ELEKTRO 6/2012 11 Vývoj programového vybavení pro trakční aplikace (1. část)1. Úvod Hlavním tématem je problematika vývoje programového vybavení regulátorů elektrické výzbroje trakčních vozidel. Jelikož tento vý-voj probíhá také podle norem určených v prv-ní řadě pro železniční zabezpečovací zařízení, je nutné se nejprve dotknout i tohoto oboru.Nejdůležitějším požadavkem na železnič-ní provoz je zajištění provozní bezpečnosti. Přesto vznikají nebezpečné situace, které mo-hou končit neštěstím. Příčinou může být ved-le selhání člověka porucha jakékoliv technické části železniční dopravní cesty nebo vozidla.Nejdůležitější jsou z tohoto pohledu želez-niční zabezpečovací zařízení, která již prošla dlouhým vývojem od mechanických prvků, přes reléová zařízení až po současné elek-tronické systémy. Jejich hlavním úkolem je zajistit bezpečnou jízdu kolejových vozidel přes výměny a znemožnit střetnutí s jinými jedoucími či stojícími vozidly. Zabezpečo-vací zařízení musí návěstit stanovenou rych-lost, kterou smí vlak jet, popř. určit místo, kde má vlak zastavit. Návěstěná rychlost může být přenášena na hnací vozidlo a na něm au-tomaticky vyhodnocována a zpracovávána.V zabezpečovacích zařízeních je defino-ván nebezpečný stav jako situace, kdy se při některé z uvažovaných poruch jednotlivých prvků systému objeví dovolující signál na výstupu systému při takových vstupních da-tech, jakým by při bezporuchové činnosti od-povídal signál zakazující. Opačný případ je sice pro plynulost provozu nepříjemný, ale není nebezpečný.S reléovými zabezpečovacími zařízení-mi byl spjat pojem fail-safe, který byl syno-nymem pro absolutní bezpečnost. Poruchy se dělily na uvažované a neuvažované. Mezi uvažované poruchy patřily ty, jejichž výskyt bylo možné předpokládat vzhledem k tech-nickému provedení a struktuře zařízení. Na-opak mezi neuvažované poruchy patřily tako-vé, proti kterým měly použité stavební prvky technologicky zajištěnou zvýšenou odolnost, poruchy způsobené násilnou obsluhou, úmy-slným poškozením nebo zneužitím zařízení.Pojem asymetrický projev poruchy použí-vaný v souvislosti s vlastní bezpečností zna-mená, že použité stavební prvky mají takovou vlastnost, že každá jejich uvažovaná porucha způsobí přechod systému do bezpečného sta-vu. Porucha je tedy zvládnuta zároveň s jejím vznikem. Jsou používána bezpečnostní relé, která svými zapínacími kontakty hlásí dovo-lující stav do zabezpečovacího zařízení a jsou v této poloze buzena.Jestliže se přesto vyskytne nebezpečná po-rucha, musí být do určité doby detekována, a především musí být řízený objekt uveden do bezpečného stavu, v tomto případě se mluví o tzv. reakční bezpečnosti. Systém se tedy může nacházet v nebezpečném stavu po ta-kovou dobu, aby nebyla ohrožena bezpečnost řízeného procesu.Zatímco funkce reléových systémů byla dána vytvořenými závislostmi mezi funkč-ními bloky nebo i jednotlivými relé, chová-ní moderních elektronických zařízení určuje především jejich programové vybavení (soft-ware, SW). Navíc se SW musí vypořádat s předpokládaným symetrickým projevem po-ruch v integrovaných obvodech (např. s ruše-ním, různými chybami v pamětech). Neexis-tuje žádný známý způsob prokázání absence vad v přiměřeně složitém SW vztahujícím se k bezpečnosti, zejména absence chyb speci-fikace návrhu. U elektronických součástek s vyšším stupněm integrace je v podstatě ne-možné sestavit seznam uvažovaných poruch. Ještě větším problémem by bylo jejich dete-kování systémem samým.K usnadnění vypracování návrhu softwa-ru elektronických zařízení a umožnění jeho schvalování byla vytvořena norma EN 50128. Nově se hovoří o požadované míře bezpeč-nosti, kterou musí systém zajišťovat. Vznik nebezpečného stavu nelze zcela vyloučit, ale jen silně omezit.Ustanovení normy EN 50128 se v součas-né době používají i k návrhu SW pro trakční vozidla, takže otázky jejího správného využití musí řešit všichni výrobci v tomto oboru.2. Elektrická výzbroj trakčního vozidla Při realizaci elektrické výzbroje trakčních vozidel je v současné době většina řídicích a regulačních funkcí zajišťována na bázi pro-gramovatelných systémů. Jako příklad je na obr. 1 uveden subsystém hlavního trakčního pohonu elektrovýzbroje vícesystémové loko-motivy, který se skládá z více měničů. Další subsystémy mohou obsahovat pomocné po-hony, zdroje pro palubní síť, nabíječe atd. Re-gulátory jednotlivých měničů jsou povelová-ny z nadřazené úrovně řízení jednotlivě nebo doc. Ing. Jiří Javůrek, CSc.Obr. 2. Trakční regulátor Obr. 1. Elektrovýzbroj hlavního trakčního pohonu ~ 25 kV/50 Hz nebo ~ 15 kV/16,7 Hz vstupní kompatibilní usměrňovače = 3 kV DC meziobvod potenciál zdroje 0 – 200 Hz trakční motor 1,6 MW rezistor brzdný měničtrakční střídačpotenciál koleje řízení