Проектирование сети передачи дискретных сообщений железной дороги
Проектирование сети
передачи дискретных сообщений железной дороги
1. Описание железной дороги
Красноярская железная дорога - главное звено транспортной
инфраструктуры Восточной Сибири. Магистраль проходит через четыре крупных
региона - Кемеровскую область, Хакасию, Иркутскую область и Красноярский край,
связывая Транссибирскую и Южносибирскую магистрали. Образно говоря - это мост
между европейской частью России, ее Дальним Востоком и Азией.
Управление дороги в Красноярске. В состав дороги входят 3
отделения: Абаканское, Ачинское и Красноярское. Эксплуатационная длина дороги
(01.01.2001 г.) - 3159,8 км, ок. 1250 км двухпутных участков. Тепловозной тягой
обслуживается 1121,5 км, электровозной - 2038,3 км. Дорога граничит с
Западно-Сибирской (ст. Мариинск и Междуре-ченск) и Восточно-Сибирской (ст.
Юрты, Тайшет) железными дорогами. На дороге 183 станции, из них 165 оборудованы
электрической централизацией.
В среднем, железнодорожным транспортом здесь перевозится до
80% грузов и пассажиров. Услугами КраснЖД ежегодно пользуется более 17 млн.
пассажиров, в том числе 15 млн. - в пригородном сообщении.
Для Красноярского края и Хакасии дорога - самый крупный
работодатель: на железнодорожных предприятиях работает более 40 тыс. человек.
Эксплуатационная длина Красноярской дороги составляет 3159,8
км. Общая протяженность - 4544 км. Она относится к числу погрузочных дорог
России: в больших объемах отгружает лес, уголь, нефть.
Территория, через которую проложена Красноярская магистраль,
отличается сложным рельефом: многочисленные водные преграды, горные перевалы,
неустойчивые и карстовые породы вносят дополнительные трудности при
эксплуатации. В 1965 году был сдан в эксплуатации самый «трудный» участок:
трасса мужества Абакан - Тайшет. Ее первооткрывателями были герои-изыскатели
Александр Кошурников, Константин Стафато и Алексей Журавлев. Они погибли во
время проведения исследовательских работ в 1942 году.
На магистрали расположено большое количество инженерных
сооружений: 1081 мост (108 металлических, 954 железобетонных, 18 каменных и 1
смешанный), 2100 водопропускных труб, общей длиной более 59 км. На направлении
Ачинск-Абакан, Красная Сопка-Кия-Шалтырь, Междуреченск-Тайшет проложено 18
тоннелей общей протяженностью 16,8 км (действуют 16 тоннелей, два закрыты на
реконструкцию).
Мост через Енисей был первым в России и вторым на
Евроазиатском материке по величине пролетов - 145 м.
Самое уникальное сооружение - мост через Енисей (расстояние
между его опорами достигало 140 метров).
История его строительства такова: конце прошлого века
строителям Транссиба великая сибирская река Енесей казалась непреодолимой
преградой. Решить проблему взялся профессор Московского технического училища
Лавр Проскуряков. В 1895 году им был составлен проект железнодорожного моста
через Енисей. В том же году в Красноярск прибыл инженер-механик Евгений Кнорре:
под его руководством возводился уникальный мост.
Уже через три года новый мост подвергся первым
производственным испытаниям. А 28 марта 1899 года через Енисей прошел первый
пассажирский поезд. В 1900 году это сооружение наряду с Эйфелевой башней было
удостоено Гран-при и золотой медали Всемирной выставки в Париже - «За
архитектурное совершенство и великолепное техническое исполнение». Позднее
ученые ЮНЕСКО назвали красноярский железнодорожный мост «вершиной человеческой
инженерной мысли». Мост упоминается и в «Атласе чудес света». Выдающиеся
архитектурные сооружения и памятники всех времен и народов», изданном в 1991
году в США, - в разделе «Россия», наряду с Кремлем и Петродворецом.
Только через 103 года мост было решено демонтировать -
металлические конструкции отслужили свой срок.
…И еще одна страничка истории Транссиба связана с
Красноярской железной дорогой. В 1973 году в локомотивном депо Иланская
потушили котел последнего паровоза. Отработавшую свой век машину отправили в
Центральный музей железнодорожного транспорта в Санкт-Петербурге. А в
Красноярском железнодорожном музее теперь хранятся первые рельсы магистрали.
Управление дороги находится в г. Красноярске.
Рисунок 1 - Красноярская железная дорога
Рисунок 2 - Стилизованная схема Красноярской железной дороги
2. Определение среднесуточной нагрузки станции
абонентского телеграфирования
Среднесуточная нагрузка проектируемой станции абонентского
телеграфирования (АТ) зависит от потока телеграфного обмена местных и
иногородних абонентов. Среднесуточная нагрузка местных абонентов может быть
определена из выражения
, (2.1)
где - средняя нагрузка местного абонента в
минуто-занятиях за сутки; - количество местных телеграфных абонентов
проектируемой станции.
мин-зан.
Среднесуточная нагрузка местных абонентов определяется суммой
, (2.2)
где - нагрузка между местными абонентами; - нагрузка между местными абонентами и иногородними;
- нагрузка между местными абонентами по
сети общего пользования.
Следовательно,
мин-зан.
мин-зан.
мин-зан.
Общая среднесуточная нагрузка проектируемой станции АТ с другими
телеграфными станциями определяется по формуле
, (2.3)
где - нагрузка между иногородними абонентами
через проектируемую станцию.
мин-зан.
Следовательно,
. (2.4)
мин-зан.
Распределение величины по направлению пропорционально среднесуточному обмену на участках
заданной телеграфной сети
, (2.5)
где - среднесуточный поток телеграфного обмена
по системе прямых соединений (ПС) между проектируемой и i-й станциями; - число телеграфных станций, с которыми должна быть организована
телеграфная связь по системе АТ ().
Произведем расчет среднесуточной нагрузки по участку ДУ-ОУ1
(Красноярск-Ачинск):
мин-зан.
Аналогично производим расчет среднесуточной нагрузки проектируемой
станции по остальным участкам и результаты расчета сводим в таблицу 3.
Таблица 3 - Расчет среднесуточной нагрузки проектируемой станции
№ п/п
|
Участок заданной телеграфной сети
|
Среднесуточные потоки телеграфного обмена по
участкам , тлгСреднесуточная нагрузка по направлениям , мин-зан.
|
|
1
|
ДУ-ОУ1
|
345
|
757,736
|
2
|
ДУ-ОУ2
|
860
|
1888,850
|
3
|
ДУ-ОУ3
|
330
|
724,791
|
4
|
ДУ-ОУ4
|
435
|
955,407
|
5
|
ДУ-ОУ5
|
270
|
593,011
|
6
|
600
|
1317,802
|
|
|
|
|
Среднесуточная нагрузка проектируемой станции АТ определяется
из выражения
. (2.6)
мин-зан.
3. Определение потока телеграфного обмена по системе прямых
соединений
Общий среднесуточный поток телеграфного обмена по каналам системы
ПС проектируемой станции определяется из выражения
Qкпс =,
где n - число станций, с которыми организуется
связь по системе ПС (n=m=6).
Qкпс =
345+860+330+435+270+600=2840 телеграмм.
Среднесуточный поток телеграфного обмена с помощью стартстопных аппаратов
станции по направлениям может быть представлен в следующем виде:
Qiссг = Qiисх
+ Qiвх + Qiтр,
где Qiисх, Qiвх
и Qiтр - соответственно поток исходящих, входящих и транзитных
телеграмм, передаваемых по каналам между проектируемой и i-й станциями.
Предположим, что потоки исходящих и входящих телеграмм по каждому
направлению равны между собой Qiисх = Qiвх, тогда
Qiисх = Qiвх
= 0,5 (Qiссг - Qiтр).
Q1исх = Q1вх = 0,5 (345 - 139)=103 телеграммы.
Общий среднесуточный поток исходящих и входящих телеграмм
проектируемой станции по системе ПС определяется из выражения
Qисх1 = Qвх1 = 0,5 (Qссг - Qтр),
где Qисх1= - среднесуточный поток исходящих
телеграмм, передаваемых по системе ПС;
Qвх1 = - среднесуточный поток входящих
телеграмм, передаваемых по системе ПС;
Qссг = - общий среднесуточный поток телеграфного
обмена по системе ПС;
Qтр = - среднесуточный поток транзитных
телеграмм по связям, каналы которых эксплуатируются с отказами более 2%.
Qисх1 = Qвх1 = 103+345+117,5+164,5+78,5+175=984 телеграмм.
Qссг =
345+860+330+435+270+600=2840 телеграмм.
Qтр =
139+170+95+106+113+250=873 телеграмм.
Qисх1 = Qвх1 = 0,5 (2840-873)=984 телеграмм.
Результаты расчета среднесуточного потока телеграфного обмена по
системе ПС сведем в таблицу 4.
Таблица 4 - Среднесуточный поток телеграфного обмена по
системе ПС
№ п/п
|
Участок заданной телеграфной сети
|
Среднесуточный поток исходящих и входящих
телеграмм Qiисх = Qiвх
|
Среднесуточный поток транзитных телеграмм Qiтр
|
1
|
Красноярск-Ачинск
|
103
|
139
|
2
|
Красноярск-Мариинск
|
345
|
170
|
3
|
Красноярск-Уяр
|
118
|
95
|
4
|
Красноярск-Саянск
|
165
|
106
|
5
|
Красноярск-Абакан
|
79
|
113
|
6
|
Красноярск-Аскиз
|
175
|
250
|
|
= =984 =873
|
|
4. Коэффициенты неравномерности и прироста
телеграфной нагрузки
Одной из основных особенностей телеграфной связи является
неравномерность поступления сообщений, которая обусловлена графиком движения
поездов, дневной работой большинства административно-хозяйственных органов
железнодорожного транспорта и т.д. Поэтому расчет числа каналов и мощности
оборудования станций производится по величине нагрузки в час ее наибольшего
поступления, т.е. в час наибольшей нагрузки (ЧНН).
Для характеристики неравномерности применяют коэффициент
концентрации. Под коэффициентом концентрации часа наибольшей нагрузки понимают отношение нагрузки в час
наибольшего её поступления к суммарной нагрузке за сутки , т.е.
,
Учитывая неравномерность распределения нагрузки по дням недели,
определяют коэффициент суточной неравномерности:
,
где - нагрузка в максимально загруженные
сутки недели;
- среднесуточная нагрузка за неделю.
Неравномерность распределения нагрузки по месяцам года
характеризуется коэффициентом месячной неравномерности, представляющим
отношение нагрузки в максимально загруженном месяце года к среднемесячной нагрузке за год:
,
Увеличение телеграфной нагрузки за счет ее роста в ближайшие годы
учитывается коэффициентом:
,
- темп ежегодного прироста телеграфной нагрузки;
- период роста телеграфной нагрузки в годах.
Произведем ручной расчет коэффициента концентрации часа наибольшей
нагрузки и коэффициента суточной неравномерности для сети ПС и сети АТ по первому направлению. Для сети ПС:
,
,
где ,
tзкр.2=1,23
мин; tзка.2=0,8 мин
где - среднесуточная нагрузка по сети ПС.
Для сети АТ:
,
час-зан
где - среднесуточная нагрузка по сети АТ.
Расчет коэффициентов концентрации часа наибольшей нагрузки Кчнн
и коэффициентов суточной неравномерности Ксн для сети ПС и
сети АТ по другим направлениям выполнен на ПЭВМ. Результаты расчета
представлены в таблице 5.
Таблица 5 - Результаты расчета коэффициентов концентрации часа
наибольшей нагрузки Кчнн и коэффициентов суточной неравномерности Ксн
для сети ПС и сети АТ
Коэффициенты
|
Значения коэффициентов
|
|
Сеть АТ
|
Сеть ПС
|
|
ДУ - ОУ1
|
0,113
|
0,144
|
|
ДУ - ОУ2
|
0,078
|
0,092
|
Кчнн
|
ДУ - ОУ3
|
0,115
|
0,147
|
|
ДУ - ОУ4
|
0,101
|
0,126
|
|
ДУ - ОУ5
|
0,128
|
0,165
|
|
ДУ - ОУ6
|
0,089
|
0,109
|
|
ДУ - ОУ1
|
1,427
|
1,354
|
|
ДУ - ОУ2
|
1,348
|
1,233
|
Ксн
|
ДУ - ОУ3
|
1,432
|
1,360
|
|
ДУ - ОУ4
|
1,400
|
1,311
|
|
ДУ - ОУ5
|
1,462
|
1,407
|
|
ДУ - ОУ6
|
1,371
|
1,270
|
Коэффициент месячной неравномерности составляет:
для сети АТ и сети ПС - Кмн = 1,20.
Коэффициент роста составляет:
для сети ПС - Кр = 1,10
. Коэффициент добавочной нагрузки
При расчетах каналов и оборудования телеграфных станций сети
ПС необходимо учитывать не только нагрузку по передаче и приему телеграмм, но и
нагрузку в виде потерянных вызовов, передачи справок, запросов и т.д.
Добавочная нагрузка за счет потерянных вызовов принимается
равной 10%, а нагрузка по передаче справок и запросов - 5%. При этом общий
коэффициент, учитывающий добавочную нагрузку, Кдн =1,15.
6. Расчет нагрузки каналов сети прямых соединений
Расчет нагрузки каналов и необходимого оборудования
телеграфной станции при любой системе телеграфирования производится для часа
наибольшего значения потоков телеграфных сообщений.
При системе ПС, в случае занятости каналов внутридорожной
сети, транзитные телеграммы направляются на автоматизированные аппараты
переприема.
Исходя из оптимальных капитальных затрат и эксплуатационных
расходов, процент отказов на внутридорожных связях в среднем принимается около
50%, а это значит, что при равном количестве исходящих и входящих телеграмм 25%
транзитных телеграмм с проектируемой станции будут передаваться по каналам
внутри дорожной сети с помощью автоматизированных аппаратов.
Тогда нагрузку внутридорожных каналов в ЧНН между
проектируемой и i-й станцией можно определить по формуле, Эрл
,
- произведение коэффициентов неравномерности, прироста и
добавочной нагрузки для сети ПС.
Для первого отделения:
.
Значения коэффициентов Кпс и нагрузок Укпс
приведены в таблице 6 в параграфе 8.
7. Расчет нагрузки каналов сети абонентского
телеграфирования
При организации самостоятельной сети АТ нагрузку каналов в
ЧНН между проектируемой и i-й станциями можно представить в следующем виде, Эрл
,
где - общий коэффициент при расчете нагрузки
каналов сети АТ; - коэффициент добавочной нагрузки в виде
потерь вызовов на сети АТ.
Произведем все необходимые расчеты для первого участка:
.
Эрл.
Значения коэффициента и нагрузок приведены в таблице 6 в параграфе 8.
8. Расчет нагрузки каналов общей сети
абонентского телеграфирования и прямых соединений
Объединение сетей АТ и ПС позволяет достигнуть лучшего
использования каналов для обеих систем за счет укрепления пучков и смещения
максимумов нагрузки на сетях АТ и ПС. Хотя общая сеть АТ и ПС предусматривается
для передачи сообщений по каналам магистральной связи, но в ряде случаев
целесообразно применение общей сети АТ и ПС на внутридорожной связи.
При организации объединенной сети АТ и ПС внутридорожной
связи общую нагрузку каналов в ЧНН между проектируемой и i-той станциями можно
определить по формуле
,
где - нагрузка каналов системы ПС в ЧНН на i-м участке общей телеграфной сети при отказах не более 2%; - коэффициент, выражающий нагрузку
каналов системы АТ на i-м участке
через величину во время наибольшего значения общей
нагрузки.
Нагрузка каналов сети ПС в ЧНН, Эрл
.
Произведем все необходимые расчеты для первого участка:
Эрл.
Эрл.
Аналогично произведем расчеты для всех остальных участков.
Результаты расчетов занесем в таблицу 6.
Таблица 6 - Результаты расчета нагрузки каналов
Участок телеграфной связи
|
, тлг, тлг, Эрл, Эрл, Эрл, Эрл
|
|
|
|
|
|
|
|
Красноярск-Ачинск
|
345
|
139
|
2,024
|
2,686
|
2,098
|
4,247
|
0,296
|
0,213
|
Красноярск-Мариинск
|
860
|
170
|
3,001
|
4,396
|
3,054
|
6,571
|
0,173
|
0,140
|
Красноярск-Уяр
|
330
|
95
|
2,002
|
2,637
|
2,054
|
4,164
|
0,303
|
0,218
|
Красноярск-Саянск
|
435
|
106
|
2,202
|
2,982
|
2,250
|
4,636
|
0,187
|
Красноярск-Абакан
|
270
|
113
|
1,881
|
2,442
|
1,952
|
3,906
|
0,352
|
0,247
|
Красноярск-Аскиз
|
600
|
250
|
2,492
|
3,528
|
2,587
|
5,410
|
0,210
|
0,161
|
. Определение числа телеграфных каналов
Для определения необходимого числа каналов на участках между
проектируемой станцией и заданными узлами связи дороги воспользуемся
номограммой. Процент отказов на внутридорожных связях примем для сети ПС - 50%
(Pв = 0,5), АТ - 20% (Pв = 0,2), общей сети АТ и
ПС - 20% (Pв = 0,2).
Найденное число каналов для каждого участка при организации
общей и раздельных сетей АТ и ПС внутридорожной связи представим в виде таблицы
7.
Сопоставляя результаты определения числа каналов, выбирают
тот вариант организации внутридорожной телеграфной связи на каждом участке,
который требует наименьшего числа каналов.
Количество соединительных линий между проектируемой станцией
и ее абонентами можно принять равным числу заданных абонентов.
Таблица 7 - Число телеграфных каналов полученное в результате
расчетов
Наименование участков телеграфной связи
|
Число каналов
|
|
При раздельных сетях АТ и ПС
|
Всего
|
При общей сети АТ и ПС
|
|
сеть ПС
|
сеть АТ
|
|
|
Красноярск-Ачинск
|
3
|
5
|
8
|
6
|
Красноярск-Мариинск
|
4
|
8
|
12
|
9
|
Красноярск-Уяр
|
3
|
5
|
8
|
6
|
Красноярск-Саянск
|
3
|
5
|
8
|
7
|
Красноярск-Абакан
|
3
|
4
|
7
|
6
|
Красноярск-Аскиз
|
4
|
6
|
10
|
8
|
. Расчет коэффициента готовности каналов связи
Анализ статистических данных показал, что отказы в телефонных
каналах, образованных в кабельных магистралях связи по ряду причин делят на три
группы:
длительные (от нескольких десятков минут до нескольких часов)
- отказы первого рода;
средней длительности (от 3 до 30 мин) - отказы второго рода;
кратковременные (менее 3 мин) - отказы третьего рода.
Длительные отказы возникают в результате повреждений кабеля и
общих станционных устройств. Для них характерен выход из строя всех каналов
данной магистрали.
Отказы средней длительности возникают при повреждении
отдельных узлов станционного оборудования, перегорании предохранителей, а также
в результате действий техперсонала. Анализ причин возникновения этих отказов
показал, что в большинстве случаев отказы второй группы обусловлены настройками
каналов, в ряде случаев причину пропадания канала установить не удается,
некоторые отказы вызваны действием помех, выходом из строя источников питания и
т.д.
Наиболее многочисленными являются кратковременные отказы.
Исследование причин кратковременных отказов показало, что в большинстве случаев
(80%), они возникают в результате повреждений аппаратуры или действий
обслуживающего персонала, 20% составляют кратковременные отказы, вызванные
импульсами помех. Средняя длительность кратковременных отказов существенно
зависит от критерия отказа и почти не меняется от длины магистрали.
,
где - среднее время наработки на отказ, - среднее время восстановления отказа.
Коэффициент готовности рассчитывается следующим образом:
,
где - среднее время наработки на отказ для
отказов первого рода;
,
где - расстояние от проектируемой станции до
отделения дороги в км;
- среднее время восстановления при отказах первого рода;
часа.
Отказы второго рода бывают некоррелированные и
коррелированные.
Для некоррелированных отказов второго рода среднее время
наработки на отказ
.
Для коррелированных отказов второго рода среднее время
наработки на отказ
.
Среднее время восстановления для отказов второго рода часа.
Отказы третьего рода также могут быть некоррелированными и
коррелированными.
Для некоррелированных отказов третьего рода среднее время
наработки на отказ
.
Для коррелированных отказов третьего рода среднее время
наработки на отказ
.
Среднее время восстановления для отказов третьего рода часа.
Расчет коэффициента готовности произведем для участка
Красноярск-Ачинск. При этом расстояние км.
Тогда
час,
час,
час,
час,
час.
Коэффициент готовности
Аналогичным образом произведен расчет для остальных участков, и
результат сводим в таблицу 8.
Таблица 8 - Результаты расчета коэффициента готовности
Участок заданной телеграфной сети
|
Расстояние L, км
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Час
|
|
Красноярск-Ачинск
|
184
|
15891,657
|
77,458
|
424,172
|
53,647
|
306,478
|
0,99202
|
Красноярск-Мариинск
|
385
|
11237,656
|
74,235
|
410,971
|
45,553
|
277,080
|
0,99160
|
Красноярск-Уяр
|
126
|
17562,857
|
78,413
|
428,060
|
56,239
|
315,527
|
0,99213
|
Красноярск-Саянск
|
182
|
15946,546
|
77,490
|
424,306
|
53,734
|
306,786
|
0,99203
|
Красноярск-Абакан
|
580
|
71,237
|
398,557
|
38,870
|
251,256
|
0,99115
|
Красноярск-Аскиз
|
678
|
6781,093
|
69,777
|
392,460
|
35,891
|
239,202
|
0,99091
|
Список
источников
станция нагрузка сообщение передача
1.
Кудряшов В.А., Семенюта Н.Ф. Передача дискретной информации на железнодорожном
транспорте. М.: 1999.
.
Шварцман В.О., Михалев Д.Г. Расчет надежностных характеристик трактов передачи
данных. М.: 1975.
.
Фомичев В. На, Буй П.М. Передача дискретных сообщений. Пособие для выполнения
лабораторных работ. Часть ΙΙΙ,
2005.