Проблемы применения микроэлектроники в системах СЦБ. Микропроцессорная централизация.

Проблемы применения микроэлектроники в системах СЦБ

            В марте 1985г. на  станции Хигаси-Канагава Японских национальных железных дорог (JNR) была введена первая система централизации с использованием микроЭВМ. Примерно в то же время на линии Токайдо-Синкансен началась опытная эксплуатация электропоезда серии 100, оборудованного микропроцессорными приемными устройствами системы автоматического управления движением поездов. В августе 1985г. вступила в строй вторая система МЦ на станции Минами-Фуруя. Затем были проведены испытания различных систем с использованием микроэлектронных устройств и микроЭВМ, предназначенных для безопасной передачи информации, рельсовых цепей, устройств переездной сигнализации и т.д. При этом возникало много проблем. Тем не менее , использование микроэлектроники в устройствах СЦБ на ж/д транспорте неизбежно. При этом прежде всего необходимо обеспечить безопасность при применении микроэлектронных схем.

1.Проблема безопасности в микроэлектронике.

              Логические и управляющие схемы, построенные на сигнальных реле, не могут реализовать функции высокого уровня , но хорошо зарекомендовали себя в части безопасности и надежности. Однако в настоящее время созданы микроэлектронные элементы, отличающиеся исключительной дешевизной, высокой надежностью, малыми габаритами и низким энергопотреблением. “Интеллектуальность” таких элементов делает их привлекательными для использования в системах СЦБ. Однако основной проблемой при внедрении микроэлектроники остается обеспечение безопасности работы.

               До настоящего времени безопасность обеспечивается , в основном, с помощью сигнальных реле. В их конструкции используется сила тяжести или усилие реакции пружин, что дает так называемые асимметричные характеристики отказа, достигаемые тщательным контролем используемых материалов, конструкции и качества изготовления. Благодаря таким характеристикам частота опасных отказов в 1000 раз ниже частоты безопасных отказов (т.е. случаи размыкания контактов возбужденного реле).Это позволяет создавать схемы, переводящие систему в безопасное состояние в случае отказа.

                 В противоположность релейным микроэлектронные элементы, как правило, не обладают асимметричными характеристиками отказа. Поведение этих элементов в случае отказа непрогнозируемо, что делает невозможным их использование в системах СЦБ. Учитывая высокую степень интеграции, сложно локализовать отказ внутри микроэлектронной схемы. Затруднителен даже полный контроль поставляемых деталей на соответствие техническим условиям. Кроме того, при загрузке программы в микроЭВМ важно убедиться в том, что в программе нет ни одного пропуска. Даже незначительная корректировка в процессе программирования может оказать непредсказуемое влияние на другие области программы, и объем необходимой в результате этого проверки не поддается прогнозированию.

2.Обеспечение безопасности функционирования.

       Специалисты JNR считают, что устройство на микроэлектронной базе, принимающее безопасное состояние при отказе, может быть создано, если для диагностики системы и обнаружения отказов с высокой частотой используются такие свойства микроэлектроники как программная обработка и быстродействие. На существующем уровне развития техники экономически целесообразно использовать для обнаружения отказов метод сравнения результатов обработки, выдаваемых несколькими микроЭВМ. В этом случае схема сравнения должна быть защищена от опасных отказов и управлять выходными сигналами при переходе схемы в безопасное состояние после отказа.

         Вероятность возникновения двойного отказа должна поддерживаться на пренебрежимо низком уровне посредством обеспечения высокой частоты диагностики.

Программу составляют с максимально возможной доступностью, выделяя ту ее часть, которая относится к обеспечению безопасности. Отладка программы осуществляется в лабораторных и полевых условиях с учетом всех возможных при эксплуатации ситуаций.

         Выполненные таким образом устройства МЦ реализуют тот же принцип безопасности отказов, что и традиционные системы СЦБ. Новые устройства имеют большие возможности локализации отказов при переходе в безопасное состояние. Они обладают повышенной безопасностью и эксплуатационной готовностью благодаря специальному программному обеспечению, диагностике отказов, запоминанию последовательности действий и т.д.

       Технологию разработки микроэлектронных устройств с безопасными отказами можно рассмотреть на примере МЦ. В данном случае основные функции обеспечения безопасности возлагались на аппаратуру и меньшая их часть на программу.

      Точка зрения специалистов JNR на обеспечение безопасности аппаратным методом заключается в следующем. Обрабатывающее устройство должно иметь конструктивную избыточность, и отклонения от нормальной работы должна обнаруживать схема сравнения, защищенная от опасных отказов.