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/пУчасток заданной телеграфной сетиСреднесуточные потоки телеграфного обмена по участкам , тлгСреднесуточная нагрузка по направлениям , мин-зан.1ДУ-ОУ1345757,7362ДУ-ОУ28601888,8503ДУ-ОУ3330724,7914ДУ-ОУ4435955,4075ДУ-ОУ5270593,0116ДУ-ОУ66001317,802

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/пУчасток заданной телеграфной сетиСреднесуточный поток исходящих и входящих телеграмм Qiисх = QiвхСреднесуточный поток транзитных телеграмм Qiтр1Красноярск-Ачинск1031392Красноярск-Мариинск3451703Красноярск-Уяр118954Красноярск-Саянск1651065Красноярск-Абакан791136Красноярск-Аскиз175250 = =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:

,

где - коэффициент, учитывающий влияние на величину телеграфной нагрузки объема работы железнодорожного транспорта, развития иных видов электрической связи и других факторов;

- 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

КоэффициентыЗначения коэффициентовСеть АТСеть ПСДУ - ОУ10,1130,144ДУ - ОУ20,0780,092КчннДУ - ОУ30,1150,147ДУ - ОУ40,1010,126ДУ - ОУ50,1280,165ДУ - ОУ60,0890,109ДУ - ОУ11,4271,354ДУ - ОУ21,3481,233КснДУ - ОУ31,4321,360ДУ - ОУ41,4001,311ДУ - ОУ51,4621,407ДУ - ОУ61,3711,270

Коэффициент месячной неравномерности составляет:

для сети АТ и сети ПС - Кмн = 1,20.

Коэффициент роста составляет:

для сети АТ - Кр = 1,00

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, ЭрлКрасноярск-Ачинск3451392,0242,6862,0984,2470,2960,213Красноярск-Мариинск8601703,0014,3963,0546,5710,1730,140Красноярск-Уяр330952,0022,6372,0544,1640,3030,218Красноярск-Саянск4351062,2022,9822,2504,6360,2520,187Красноярск-Абакан2701131,8812,4421,9523,9060,3520,247Красноярск-Аскиз6002502,4923,5282,5875,4100,2100,161

. 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 связиЧисло каналовПри раздельных сетях АТ и ПСВсегоПри общей сети АТ и ПСсеть ПСсеть АТКрасноярск-Ачинск3586Красноярск-Мариинск48129Красноярск-Уяр3586Красноярск-Саянск3587Красноярск-Абакан3476Красноярск-Аскиз46108

. 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.

Коэффициент готовности - вероятность того, что объект окажется в работоспособном состоянии в произвольный момент времени в период нормальной эксплуатации. Он характеризует одновременно два различных свойства объекта: безотказность и ремонтопригодность.

,

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 сетиРасстояние L, кмЧасКрасноярск-Ачинск18415891,65777,458424,17253,647306,4780,99202Красноярск-Мариинск38511237,65674,235410,97145,553277,0800,99160Красноярск-Уяр12617562,85778,413428,06056,239315,5270,99213Красноярск-Саянск18215946,54677,490424,30653,734306,7860,99203Красноярск-Абакан5808029,24371,237398,55738,870251,2560,99115Красноярск-Аскиз6786781,09369,777392,46035,891239,2020,99091

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 ???, 2005.

Проектирование сети передачи дискретных сообщений железной дороги 1. Описание железной дороги

Больше работ по теме: