Szimulátor alkalmazása az Osztrák Szövetségi Vasutakon (ÖBB) tervezési feladatok támogatására

Átírás

1 Szimulátor alkalmazása az Osztrák Szövetségi Vasutakon (ÖBB) tervezési feladatok támogatására Ing. Johann Berger 1, dr. Hrivnák István, dr. Parádi Ferenc, Szilva Péter Ernő 2 A cikk az Osztrák Szövetségi Vasút számára kifejlesztett biztosítóberendezési szimulátort, annak programkörnyezetét, és elsősorban a tervezéstámogatási célú felhasználását mutatja be. Célunk ezzel beszámolni arról, milyen előnyök érhetők el a vasúti pálya és biztosítóberendezések tervezésénél egyrészt az elektronikus ellenőrzési lehetőségek révén, másrészt azáltal, hogy a későbbi felhasználó, Forgalom a még meg nem valósult létesítményeket előre kipróbálhatja, és még a tervezés fázisában módosítási javaslatokkal élhet. A szimulátor kifejlesztése, a kitűzött célok A biztosítóberendezési szimulátor fejlesztése 1997 ben kezdődött. A feladat tartalmazta az osztrák vasút egységes elektronikus kezelői felületének (Einheitliche BedienOberfläche), az elektronikus biztosítóberendezés (Elektronisches STellWerk) összes funkciójának, a kezelői felület szerkesztéséhez szükséges editor, és egyéb, az adatbevitelhez és a kiértékeléshez szükséges programoknak a kifejlesztését. A program szimulálja a teljes biztosítóberendezést, annak kezelői felületét, a külsőtéri objektumokat, a közlekedő meneteket (valódi menetdinamikával és menetrend alapján), továbbá az előbbiek lehetséges meghibásodásait, zavarait, melyek az oktatásnak szükségszerűen a részét kell képezzék. A rendszer integráns része a vonatszámkezelő és léptető modul is. Az egyik kitűzött cél szerint a szimulációnak segítenie kell az oktatást. Alkalmazásával az eredeti berendezés üzembehelyezése és a kezelőszemélyzet kiképzése elválaszthatóvá válik: a teljes feladatkör oktatása és a gyakorlás megelőzheti az üzembehelyezést. Lerövidül és jól tervezhetővé válik az oktatási idő. Független gyártótól és berendezéstípustól. A valódi berendezéstől függetlenül zajló kiképzés immár nem zavarja és veszélyezteti a forgalmat. 1 Ing. Johann Berger, Österreichische Bundesbahnen, Signal und Systemtechnik, A 1010 Wien, Friedrichstrasse 4., T.: dr. Hrivnák István, dr. Parádi Ferenc, Szilva Péter Ernő. Tran SYS KFT., H 1054 Budapest, Szemere u. 8. T.:

2 A zavarok és hibák szimulációja révén a személyzet sokkal hatékonyabban készíthető fel a várható helyzetekre; egy adott szituáció tetszőlegesen sokszor megismételhető. Rendszeres stressztréninggel a személyzet ritkán előforduló feladatokra is rutint szerezhet. (1. ábra) A másik kitűzött cél az infrastruktura és az üzemi folyamatok tervezésének támogatása. Ez utóbbi kerül részletes bemutatásra a következő fejezetekben. A tervezéstámogatás területei A szimuláció alkalmazásával a tervezés, vagyis az infrastruktura és az üzemi folyamatok optimalizálásának folyamatába visszacsatolás építhető be. A felhasználók, vagyis a biztosítóberendezési szakszolgálat és a forgalom üzem közben, realisztikus környezetben próbálhatják ki a tervezett változatot. A vizsgálat során ellenőrízhető: a vágánykapcsolatok kialakítsának célszerűsége és gazdaságos kihasználhatósága, a tervezett vágányok száma és jellemzői, a jelzőkitűzés helyessége: szükség van e minden jelzőre, ill. célszerű e további jelzők beépítése pl. kapacitásnövelési vagy oldalvédelmi szempontból, az oldalvédelem beállításainak helyessége, jelzők és más objektumok tervezési paraméterei (pl. a jelzési fogalmak megfelelnek e az onnan induló vágányutaknak) tervezett vágányutak listájának helyessége: lehetségesek e a vágánykapcsolatok szerint a tervezett vágányutak, teljes e a lista, a tervezett sebességek megfelelnek e a váltók által meghatározottnak, célszerű e az alap és kerülővágányutak kijelölése, stb. a tervezett menetrend és technológia lebonyolíthatósága, az ahhoz tartozó kapacitáskihasználási értékek. (2. ábra) Az editor leírása, a szerkesztés menete Az editor lehetővé teszi a tervezett berendezés vágányhálózatának, jelzők és egyéb objektumok grafikus szerkesztését, és azok paramétereinek beadását dialógusablakokon keresztül. A megjelenítés az EBO szerinti. Bizonyos paraméterek és egyéb adatok más rendszerekből elektronikus úton is átvehetők. A szerkesztés közben és fázisainak végén széleskörű ellenőrzést végez a program. A szerkesztés legfőbb kimenete az az adatbázis, amellyel a szimulátor működik. Legalább ilyen fontosak azonban a tervezéstámogatás számára azok a különböző adatlisták, amelyek további feldolgozásra kerülnek a tervezés egyéb rendszereiben, a vasúton belül, az engedélyező szerveknél illetve a tervezett biztosítóberendezés gyártójánál.

3 A szerkesztés első lépése a vágányhálózat géprevitele. Ez a helyszínrajzok, szigetelési tervek és ha rendelkezésre áll a monitorterv alapján készül. A grafikus menüben kiválasztott típusú és poziciójú képelemeket a szigetelt szakaszok szerinti csoportokban kell lerakni, majd a dialógusablakban megadandó többek között a vágányszakasz azonosítója, hossza, foglaltságérzékelés módja, stb. A szakaszok egymáshozillesztése közben folyamatosan ellenőrzi a gép a koordináták összefüggőségét, a kapcsolatok megengedhetőségét, stb. (3. ábra) Második lépésben a már lerakott vágányelemekre mintegy ráültetik a jelzőket, vágányúti célpontokat, továbbá az ezekkel összefüggő grafikai elemeket (céllezárásjelző, automata jelzőüzem jelző). Az elemekhez itt is meg kell adni annak adatait, csak kiragadva néhányat: tervezett jelzési fogalmak, oldalvédelmi beállítások, helyikapcsoló funkciók. (4. ábra) A harmadik, utolsó grafikus feladat az egyéb külsőtéri objektumok (mint pl. sínérintők, sorompók, siklasztósaruk), továbbá a csak a monitoron megjelenő képelemek (feliratok, vonatszámmezők, közös zavarvisszajelző mezők, térközi menetiránynyilak, stb.) géprevitele, az előzőkhöz hasonló módon. (5. ábra) Ha a képelemek szerkesztése befejeződött, lefuttatják azt az ellenőrzést, mely az objektumok összefüggéseit, nagyobb egységek (több térköz által alkotott vonal), egész állomás, illetve a kezelői felületről távvezérelt összes állomás beállításait vizsgálja. A talált hibákat az editor kilistázza, egyessével kijelzi a hibás objektumokat és szöveges tanácsot ad a javításhoz. Eredményes ellenőrzés után kerülhet sor egyes, más rendszerekből elektronikus formában átvehető adatok bevitelére. Ilyen a váltótáblázat, a jelzőtáblázat, a váltó oldalvédelmi táblázat és a jelző oldalvédelmi táblázat. Ezeket a táblázatokat egy formátumkonverzió után beolvassa az editor, és felülírja az esetlegesen korábban a dialógusablakokon keresztül bevitt adatokat. Amennyiben ezen táblázatok nem állnak rendelkezésre (pl. teljesen új állomási berendezés tervezésénél), természetesen az említett kézi adatbevitel pótolja a táblázatost. Ezt követi az egyik legfontosabb fázis, a vágányútkeresés. A vágányútkeresés feladata, hogy a szerkesztés során bevitt információkból kiindulva megkeresse az összes lehetséges alap és kerülő, illetve egyszerű és összetett vonat és tolatóvágányutat, és azokat tárolja egy belső vágányúttáblázatban. A felhasznált alapadatok: vágányhálózati topológia, lerakott jelzők, vagyis kijelölt vonat illetve tolató start és célpontok, a jelzőkben tervezett egyéb adatok (pl. viselkedés átnyomás esetén, megcsúszási vágányutak),

4 váltókban tervezett sebességadatok. Amennyiben nem áll rendelkezésre az ÖBB nél használatos vágányúttáblázat (mely tartalmazza az összes tervezett egyszerű és összetett alap vonatvágányutat), a kereső algoritmus a megfogalmazott szabályok szerint megkeresi az fent említett összes lehetséges vágányutat, beállítja az alap / kerülő attribútumokat, priorizálja a kerülővágányutakat, megállapítja a váltók által meghatározott megengedhető sebességet, az alkalmazandó sebességjelzést. Ha az ÖBB táblázat rendelkezésre áll, azt a vágányútkeresés mint szűrőt használja fel; ekkor az alábbi három eset lehetséges: ha a táblázatban szerepel egy tervezett vágányút, és azt az algoritmus megtalálja, azt átveszi a belső vágányúttáblázatba, ha a táblázatban szerepel egy tervezett vágányút, de azt az algoritmus nem találja, figyelmeztetést küld, és hibásként veszi fel a táblázatba, ha az algoritmus olyan vágányutat talál, mely nem szerepel a táblázatban (mert pl. kimaradt vagy szándékosan nem tervezett), figyelmeztetést küld, és passzívként felveszi az új vágányutat. Az így kialakított vágányúttáblázat tartalma ezután még grafikusan is megjeleníthető és kézzel tovább szerkeszthető. (6. ábra) Az így elkészült adatbázis és vágányúttábla szükséges a szimulátor futtatásához. Ezeknek az ÖBB által kért formátumban elkészített kivonatait (pl. váltó paramétertáblázat, vonatvágányút táblázat) az editor különböző fájlokban bocsájtja rendelkezésre, a fent említett további felhasználók számára. A szimulátor és segédprogramjainak alkalmazása a tervezés során A puding próbája az evés: az új állomást ki kell próbálni. Míg az editorban a tervezett berendezés elemeinek alapvetően szintaktikai jellegű, statikus ellenőrzése történt meg, addig a teljesítőképesség és kapacitáskihasználás jellegű, dinamikus vizsgálatok a szimulátorban végezhetők. A menetrendszerű forgalom szimulációjához rendelkezésre áll egy menetrend szerkesztő program. Ennek alapvető feladata egy, a hivatalos menetrendből az adott állomás(ok)ra vonatkozó kivonatot kezelni, akokat kiegészíteni, módosítani, illetve szükség esetén létrehozni. Az így előkészített menetrend kiegészíthető a menetrendszerűen lebonyolítható tolatómentekkel is. A menetrend az időadatokon túl tartalmazza a vonattal ill. tolatómenettel az adott helyeken végrehajtandó műveletet (leakasztás, összezárás, vonatszámcsere) is. A tervezett menetrend alapján bonyolított forgalommal vizsgálható az állomás teljesítőképessége. A teszt során a vágányútállítás egy tapasztalt szolgálattevő feladata, vagy automatikus jelzőüzemmel előre programozható. Eredményesen

5 használhatók ki a szimulátor hibaszimulációs lehetőségei is annak vizsgálatára, hogyan lehet lebonyolítani az üzemet adott korlátok mellett. Az ismételhetőség kedvéért a hibabeadás és egyéb események is egy előre rögzített eseményállományból is lejátszhatók. A forgalom lefolyása egy út idő diagramm és egy elem (váltó, jelző, stb.) állapotidő diagramm formájában kerül rögzítésre, mely mind on line, mind utólag offline megjeleníthető a kiértékeléshez. (7. ábra) Mindkettő szemléletesen nyújt képet a tényfutásokról, utat mutatva a tapasztalt elemzőnek az esetleg szükséges változtatáshoz. A pontos, számszerű kiértékeléshez egy statisztikai modul nyújt segítséget, mellyel például másodperc pontossággal és százalékos formában számíttatható ki egy váltó foglalt, lezárt állapotának ideje. A tervezés ciklikus módszere A tervezés támogatása iteráló ciklusokkal valósul meg. (8. ábra) Az előző fejezetekben leírt szerkesztési folyamat a tervezési ciklus első fázisának tekinthető. A második fázisban a szimulátor segítségével lehet tesztelni a legújabb tervváltozatot. A teszt elemzése alapján ki kell dolgozni a módosítási javaslatokat, majd a ciklust zárva a javaslatoknak megfelelően az editorban módosítani kell a vágányhálózatot, vagy bizonyos elemek beállításait, vagy éppen a vágányúttáblázatot. Ezt a ciklust addig ismétlik, amíg az optimális változat ki nem alakul. A módszer előnyei: egyszerű szerkeszthetőség (géprevitel és módosítás), valószerű környezetben történő tesztelési lehetőség a tervező és a felhasználó részére egyaránt, több, különböző változat egyszerűen és objektíven összehasonlítható, mérsékeltebb tervezési költségek. A szimulátor további kiegészítései Nem volt ugyan a projekt része, de a szimulátort kiegészítettük egy manuális mozdonyvezetési modullal. Ennek segítségével az egyébként automatikusan, a jelzők és váltók állapotának megfelelően közlekedő vonatok átvehetők kézi üzemere, és egy mozdonyvezető kézzel szabályozhatja a menetet (gyorsítás, fékezés). Ehhez a mozdonyvezető egy ETCS szerű jármű MMI t (kezelői felületet) kap, az alapján vezetheti vonatát. Az ETCS MMI számára az adatokat egy hálózati interfészen keresztül a szimulátor szolgáltatja. Ezt a kiegészítő modult az elképzelések szerint a Német Vasút (DB) fogja először alkalmazni.

6 Az egyeztetett tervek szerint az elkészült szimulátort további funkciókkal kell bővíteni az ÖBB számára, ezek: EBO val kezelt SpDrL típusú jelfogós biztosítóberendezés szimulátora, EBO val kezelt VGS80 típusú jelfogós biztosítóberendezés szimulátora, Önműködő jelzőüzem, Vonatirányszámos vágányútállítás, Vonatszámos vágányútállítás külön programszámítógéppel, Tolatási vágányútautomatika, Vonatjelentő szükségüzem. Stellwerkssimulator der ÖBB als Planungstool Kurzfassung Der Artikel gibt einen Überblick über den Stellwerkssimulator entwickelt für die ÖBB, seine Programmumgebung, und seine Anwendung als Planungstool. Es wird dargestellt, welche Vorteile sich in der Planung der Stellwerksanlagen ergeben, einerseits durch die Kontrollmöglichkeiten und anderseits dadurch, dass der Planer und der zukünftiger Benutzer (der Betrieb) die Anlagen noch vor ihrer Inbetriebnahme erproben kann und noch in der Planungsphase Änderungen vorschlagen kann. Interlocking simulator of Austrian Railways as a planning tool Summary The article describes the interlocking simulator developed for Austrian Railways, its programm enviroment and its application as a planning tool. It will be summarized what benefits can be achieved in the planning process of a new signal box with using simulator to check databases. Also, the later user, the Rail operator can test the planned system before putting it into operation, and he can make suggestions to modify the plans.

7 1. ábra: Szimulátor alkalmazása az oktatásban 2. ábra: Tervezéstámogatás: vágányhálózat teljesítőképességének vizsgálata 3. ábra: A vágányhálózat szerkesztése

8 4. ábra: A jelzők lerakása 5. ábra: Egyéb elemek szimbólumai

9 6. ábra: Vágányútszerkesztés 7. ábra: Út idő diagram és elemállapot idő diagram

10 START MODIFICATION MÓDOSÍTÁS TOPOGRÁFIA TERVEZÉS DESIGN SIMULATION SZIMULÁCIÓ MENETREND ANALYZIS ELEMZÉS BIZTOSÍTÓ BERENDEZÉS TECHNOLÓGIA TESZT TEST OPTIMÁLIS OPTIMAL SOLUTION VÁLTOZAT 8. ábra A tervezés ciklikus módszere ************************************************************* Rövidhír A VST Vossloh System Technik GmbH és a Tran SYS KFT. (Budapest) megbízást kapott a DB től egy BZ szimulációs rendszer megvalósítására. A projekt kezdetén az eddig a DB nél használatos (VST Tran SYS fejlesztésű) szimulációs rendszer kiegészül tervezési célú felhasználást lehetővé tevő modulokkal. A projekt keretében megvalósul az üzemirányító központokban (BetriebsZentrale) használt (KÖFE szerű) irányító rendszer és a hozzá tartozó állomások szimulátorainak integrációja. A projekt része még további 30 állomás szimulátorának elkészítése. A projekt 2001 végén fejeződik be. Megbízást kapott továbbá a fenti két cég a Hamburgi Magasvasút Társaságtól az általuk szállított MESSINA szimulációs rendszer kiegészítésére a jelfogós biztosítóberendezéseknél alkalmazott távvezérlő felület megvalósítására.