Инновационные технологии ЖАТ в Финляндии

В национальных системах железнодорожной автоматики в течение длительного времени использовались разные технические решения без стандартных внешних интерфейсов, что создавало проблемы при увязке этих систем друг с другом. С появлением европейского отраслевого стандарта EULYNX стало возможным применять унифицированные интерфейсы, в том числе для сопряжения релейных систем с микропроцессорными. Это позволяет существенно снизить расходы на развертывание современных систем ЖАТ, таких как европейская система управления движением поездов ETCS.

Содержание

1. Подготовка к развертыванию ETCS в Финляндии
2. Стандарт EULYNX в Финляндии
3. МПЦ с функциями ETCS
4. Интерфейс стандарта EULYNX для подключения релейных ЭЦ к ДЦ
5. Объектные контроллеры с интерфейсом стандарта EULYNX
6. Перспективы

При отсутствии унифицированных интерфейсов увязка устройств и систем железнодорожной автоматики становится все более затратной. В связи с этим в 2014 г. несколько европейских железных дорог создали рабочую группу по изучению возможностей стандартизации интерфейсов, которая позднее была преобразована в европейский отраслевой консорциум EULYNX. Полноправными членами EULYNX, который занялся созданием одноименного стандарта (см. «ЖДМ», 2017, № 5, с. 66 – 70), являются 14 европейских операторов железнодорожной инфраструктуры.

Консорциум EULYNX сотрудничает с Европейской ассоциацией железнодорожной промышленности (UNIFE), что позволяет членам последней участвовать в деятельности консорциума и влиять на принятие решений. В конце 2022 г. ведущая роль в развитии стандарта EULYNX перешла к консорциуму System Pillar партнерства Europe’s Rail (бывшее Shift2Rail), что существенно увеличило значимость стандарта EULYNX и других отраслевых инициатив в сфере железнодорожной автоматики, включая эталонную архитектуру системы обеспечения безопасности и управления движением поездов RCA (см. «ЖДМ», 2019, № 6, с. 54 – 58). При этом возросла роль консорциума UNISIG в развитии стандарта EULYNX, а финансирование работ взял на себя Евросоюз (UNISIG объединяет ведущих изготовителей систем ЖАТ и занимается подготовкой спецификаций европейской системы управления движением поездов ETCS). Цель состоит при этом в доведении EULYNX до уровня европейских спецификаций эксплуатационной совместимости TSI.

В консорциуме System Pillar тематикой EULYNX занимаются несколько рабочих групп. Небольшим финским компаниям — поставщикам систем ЖАТ сложно участвовать в разработке спецификаций, однако они могут следить за этими процессами и комментировать их через так называемые зеркальные группы.

Подготовка к развертыванию ETCS в Финляндии

Протяженность сети железных дорог Финляндии составляет примерно 6000 км, из которых 88 % приходится на однопутные линии. На сети эксплуатируются система точечной АЛС на основе путевых приемоответчиков и светофорная сигнализация. В 2019 г. в Финляндии началось исследование Digirail (см. «ЖДМ», 2021, № 1, с. 46 – 49), цель которого состояла в изучении возможностей модернизации и повышения пропускной способности железнодорожной сети с учетом директив Евросоюза. После его завершения был разработан одноименный проект развертывания в Финляндии системы ETCS уровня 2 с возможным переходом к ETCS уровня 3.

Срок обновления инфраструктуры ЖАТ в масштабе сети составит несколько десятилетий, что потребовало разработки концепции по обеспечению безопасности и эксплуатационной готовности этой инфраструктуры. Меры по модернизации существующих систем позволят продлить срок их службы и оптимизировать расходы на техническое обслуживание эксплуатируемых устройств. Применение в ходе модернизации стандартных интерфейсов EULYNX способно обеспечить совместимость устаревшего оборудования с компонентами ETCS, что позволит сэкономить значительные средства и ускорит процесс развертывания этой системы.

Стандарт EULYNX в Финляндии

Финляндия стала одной из первых стран Европы, где был введен в действие стандарт EULYNX. Этот стандарт был принят Финским агентством транспортной инфраструктуры (FTIA) в рамках подготовки к внедрению ETCS.

В связи с этим в 2021 г. в техническое задание на новую систему централизации для крупной узловой станции Йоэнсуу (рис. 1) в Восточной Финляндии было внесено требование о реализации стандартного интерфейса SCI-RBC с будущим центром радиоблокировки. В качестве поставщика системы была выбрана финская компания Mipro.

Рис. 1. Станция Йоэнсуу

В новой системе централизации на станции Йоэнсуу используются поездные и маневровые светофоры, а свободность пути контролируют системы счета осей. Также реализован новый интерфейс с центром радиоблокировки RBC, который будет внедрен при переходе к системе ETCS уровня 2, пустить которую в этом регионе планируют в 2037 г. Пока же эксплуатируется национальная система точечной АЛС.

Кроме того, в 2022 г. компания Mipro по итогам тендера была выбрана для модернизации системы централизации на крупной станции Куопио, где также предусмотрен интерфейс стандарта EULYNX с центром радиоблокировки.

Проекты на станциях Йоэнсуу и Куопио должны быть завершены в 2023 и 2024 гг.

МПЦ с функциями ETCS

Интерфейс SCI-RBC интегрирован в разработанную компанией Mipro систему микропроцессорной централизации (МПЦ) TCS-O, которая построена на безопасных промышленных программируемых контроллерах немецкой компании HIMA (рис. 2). Для этих контроллеров имеется инструментарий, позволяющий создавать специализированные интерфейсы.

Рис. 2. Шкафы с центральным процессором (справа) и объектными контроллерами (слева) МПЦ TCS-O

МПЦ TCS-O может иметь как централизованную, так и распределенную архитектуру. Кроме того, для интерфейса SCI-RBC возможно пространственное резервирование.

SCI-RBC содержит несколько программных модулей, каждый из которых можно изменять независимо от других, если в течение срока службы интерфейса обновятся спецификации стандарта EULYNX или изменятся требования заказчика. Основными компонентами SCI-RBC являются три слоя программного обеспечения. Один из них реализует безопасный протокол RaSTA, при этом для повышения готовности в интерфейсе предусмотрено подключение через два порта Ether­net. Слой прикладного программного обеспечения охватывает структуры данных, соответствующие требованиям спецификации SCI-RBC стандарта EULYNX. Наконец, в программном обеспечении МПЦ TCS-O имеется слой конвертации данных о состоянии напольных устройств и поездных маршрутов.

Интерфейс SCI-RBC разрабатывался в условиях, когда еще не сформулированы детально финские требования к системе ETCS. Функции взаимодействия центра радиоблокировки RBC и МПЦ будут соответствующим образом изменены, когда появится окончательная версия этих требований.

Реализованный интерфейс соответвует уровню безопасности SIL4, построен на основе спецификации EULYNX базовой версии 3, релиз 6 и отвечает требованиям европейских стандартов EN 50126, EN 50128, EN 50129 и EN 50159. 

Функциональность протоколов RaSTA и SCI-RBC тестировалась с использованием компьютерной имитационной модели центра радиоблокировки.

Стандартный интерфейс SCI-RBC может также использоваться для сопряжения центра радиоблокировки с более старыми системами централизации, внедренными на линиях с невысокой интенсивностью движения.

Интерфейс стандарта EULYNX для подключения релейных ЭЦ к ДЦ

В настоящее время на севере Финляндии модернизируются диспетчерский центр и вся зона его действия, охватывающая несколько систем МПЦ и около 30 систем релейной централизации. Для единообразного подключения к диспетчерской централизации (ДЦ) релейных систем было предложено разработать интерфейс стандарта EULYNX.

Модернизация диспетчерского центра в Северной Финляндии — это совместный проект агентства FTIA и финской госкомпании Fintraffic Railway, отвечающей за организацию и диспетчерское управление движением поездов на железных дорогах страны.

В зоне действия диспетчерской централизации в Северной Финляндии расположены системы централизации разных типов и разных поколений (рис. 3). Кроме МПЦ SIMIS-C компании Siemens, эксплуатируются поставленные этой же компанией релейные ЭЦ, наиболее старые из которых введены в эксплуатацию в начале 1980‑х годов. Имеется также несколько изготовленных в Венгрии релейных систем семейства Domino швейцарской компании Integra-Signum (ныне входит в состав Siemens).

 Рис. 3. Проект обновления диспетчерской централизации в Северной Финляндии

Хотя почти все эти системы централизации разработала одна компания, подключение к прежним ДЦ было реализовано по-разному. В связи с этим агентство FTIA приняло решение о разработке унифицированного интерфейса для всех релейных ЭЦ, которые планируется подключить к новой системе диспетчерского управления на платформе VICOS компании Siemens.

Вместо разработки нового протокола или использования традиционных частично устаревших протоколов FTIA выбрало протоколы RaSTA и SCI-CC стандарта EULYNX.

Агентство FTIA является активным членом консорциума EULYNX с первой половины 2010‑х годов и участвовало в создании интерфейса SCI-CC. Специалисты FTIA хорошо знакомы с этим интерфейсом, предназначенным преимущественно для цифровых систем микропроцессорной централизации нового поколения и центров радиоблокировки. Интерфейс SCI-CC с протоколом RaSTA до сих пор нигде не реализовывался для подключения релейной централизации к ДЦ. В целом этот интерфейс встречается на практике пока редко. В сравнительно больших масштабах он получил распространение только в новых системах МПЦ в Норвегии, которые будут работать совместно с ETCS, разворачиваемой в этой стране.

Требования к интерфейсу

Интерфейсный модуль, обеспечивающий безопасный обмен данными с ДЦ по протоколам SCI-CC и RaSTA поверх стандартного протокола IP, считывает информацию о состоянии реле ЭЦ и транслирует в систему централизации команды, получаемые из диспетчерского центра. Модуль построен на основе промышленного компьютера.

Информационные сообщения от систем централизации и команды из диспетчерского центра передаются через частную сеть IP. Когда диспетчер отправляет команду для ЭЦ, в диспетчерском центре формируется сообщение, соответствующее требованиям SCI-CC, которое затем отправляется через сеть в интерфейсный модуль. В этом модуле имеется буферный накопитель, где это сообщение может определенное время сохраняться, пока соответствующая система централизации не выполнит предыдущую команду.

Считывание состояний релейной ЭЦ может выполняться тремя способами: через цепи ламп на пульте-табло дежурного по станции, с использованием контактов реле, которые изначально предназначались для подключения к линейному пункту ДЦ, или через другие подходящие контакты реле.

Выбор того или иного способа подключения определяется конкретными условиями и в соответствии с критерием максимального упрощения доступа к нужным сведениям о состоянии ЭЦ.

При считывании информации с цепей управления лампами на пульте-табло в интерфейсном модуле должны быть реализованы логические функции, позволяющие, например, различать мигание и непрерывное горение лампы. Кроме того, одно из требований к разработчикам интерфейса состояло в возможности полностью отключать индикацию на пульте-табло в режиме телеуправления для увеличения срока его службы, что повлекло за собой необходимость добавления диодов в цепи ламп.

Для передачи в релейную централизацию команд диспетчерского центра применяют преимущественно цепи кнопок пульта-табло.

Техническая реализация

Перед началом тендерных процедур, направленных на получение предложений от потенциальных изготовителей интерфейсных модулей, агентство FTIA вместе с группой экспертов разработало общую концепцию модуля и его интеграции в релейные ЭЦ, а также детальную концепцию применения протокола RaSTA для связи с диспетчерским центром. Все это стало частью тендерной документации.

В тендере приняли участие три финские компании, победителем была выбрана GRK Rail, входящая в состав группы GRK, которая специализируется на транспортном строительстве.

В дальнейшем совместно с компанией GRK Rail были детально проработаны возможности оптимизации использования протокола RaSTA для релейной централизации. Кроме того, была поставлена цель по возможности не использовать дополнительные реле для сбора данных. Также потребовалось ввести идентификаторы для отдельных маршрутов и объектов управления — стрелок, светофоров и т. п. В результате был составлен документ, включающий идентификаторы и национальные изменения в спецификации SCI-CC, учитывающие условия Финляндии и особенности подключения к релейным ЭЦ. В частности, спецификацию пришлось дополнить с учетом того, что на железных дорогах Финляндии применяются устройства обогрева стрелок, управляемые термостатами. Эти дополнения были отправлены в комитет, который отвечает за разработку интерфейса SCI-CC, чтобы учесть их в следующих версиях спецификации и сделать тем самым доступными для других стран.

Стандартные сообщения, передаваемые через интерфейс SCI-CC, в целом не потребовали переработки, поскольку базовый функционал релейных ЭЦ не имеет существенных отличий по сравнению с МПЦ. Вместе с тем возникли некоторые проблемы с корректной интерпретацией спецификации, особенно в тех случаях, когда финский подход к увязке с ДЦ не полностью совпадал с позицией ее разработчиков. В таких случаях формирование команд осуществлялось с учетом национальной специфики. Все эти изменения, учитывающие национальные особенности, были внесены в руководство для разработчиков интерфейсного модуля.

Рис. 4. Интерфейсный модуль Relynx Gateway

Компания GRK Rail специально для разработок в сфере ЖАТ на основе стандарта EULYNX учредила стартап Relesoft, который и создал интерфейсный модуль, отвечающий требованиям SCI-CC и получивший название Relynx Gateway (рис. 4). Этот модуль соответствует требованиям стандарта EULYNX базовой версии 4. По оценке Relesoft, расходы на разработку программного обеспечения модуля Relynx Gateway для подключения ДЦ к релейной ЭЦ составляют примерно 20 тыс. евро. 

Тестирование и ввод в эксплуатацию

В ходе тестирования, которое должно было подтвердить функциональную пригодность интерфейсного модуля, были выявлены некоторые пробелы в национальной спецификации интерфейсного модуля, которые касались, в частности, сообщений о состоянии путевой блокировки и разрешенном направлении движения в случае сбоя в работе цепи считывания информации в релейной ЭЦ. Это потребовало внесения новых дополнений в спецификацию. Кроме того, если сначала планировалось добавлять диоды только в те цепи ламп пульта-табло, которые требовалось подключить к интерфейсному модулю, то в ходе тестирования стало ясно, что диоды необходимы во всех цепях всех ламп, которые могут иметь режим мигания.

Срок тестирования составил немногим больше 1 года, а первые интерфейсные модули были введены в эксплуатацию весной 2023 г. на участке Оулу — Кантиомяки. Таким образом, железные дороги Финляндии получили возможность продлить срок службы систем релейной централизации и подключать их к ДЦ вместе с МПЦ по стандартному протоколу. Кроме того, при подключении релейной централизации к ДЦ через модуль Relynx Gateway появляется возможность увязывать релейную ЭЦ с центром радиоблокировки RBC.

Объектные контроллеры с интерфейсом стандарта EULYNX

Еще одной интересной разработкой стартапа Relesoft является программное обеспечение для интерфейса стандарта EULYNX, которое позволяет реализовать сопряжение электронных объектных контроллеров с релейными ЭЦ. Это дает возможность, в частности, значительно увеличить радиус действия релейной централизации и превратить ее в распределенную систему, поскольку связь с удаленным контроллером реализуется через волоконно-оптический кабель. Кроме того, появляется возможность постепенно обновлять напольное оборудование, подключая его через современные объектные контроллеры, которые в дальнейшем при переходе к цифровым МПЦ могут быть сохранены, поскольку используют стандартный интерфейс.

Перспективы

Последовательное использование стандарта EULYNX для связи не только микропроцессорной, но и релейной централизации с внешними системами, такими как центры радиоблокировки и ДЦ, позволяет сделать менее затратным и более плавным развертывание европейской системы управления движением поездов ETCS уровня 2 и выше. Можно ожидать, что опыт Финляндии по разработке и внедрению интерфейсов, соответствующих спецификациям EULYNX, для увязки релейных ЭЦ с диспетчерской централизацией и центрами радиблокировки будет востребован в других странах, причем не только в Европе.

Важным преимуществом систем ЖАТ, построенных на основе стандарта EULYNX, является устранение зависимости от конкретного вендора. Системы централизации рассчитаны на длительный срок службы, в течение которого возникает потребность в модернизации вследствие, например, добавления новых объектов управления. Благодаря применению стандартных интерфейсов у оператора железнодорожной инфраструктуры появляется возможность привлекать к таким работам нескольких конкурирующих поставщиков, выбирая исполнителя при помощи тендерных процедур и снижая тем самым стоимость жизненного цикла таких систем.

А. Ефремов

В статье использованы материалы компаний Mipro (www.mipro.fi), GRK Rail (www.grk.fi) и Relesoft (www.relesoft.io); Signal und Draht, 2023, № 6, S. 6 – 11; 2023, № 6, S. 12 – 18.

Эта статья опубликована в журнале «Железные дороги мира», 2023, № 9.