Elosztott logikájú vasúti elektronikus biztosítóberendezés fejlesztése

A projekt azonosítószáma:

2018-1.3.1-VKE-2018-00040

A projekt időtartama:

2019. január 1. – 2023.06.30.

Konzorciumvezető:

Prolan Irányítástechnikai Zrt.

Konzorciumi tag:

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem

Támogatási összeg:

1.462.524.918,- Ft

BME támogatási összeg:

270.088.000,- Ft

A projekt célja

A Nemzeti Kutatási, Fejlesztési és Innovációs Alap, VKE pályázati felhívására a Prolan Zrt. konzorciumban a Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetemmel közösen, nyújtott be pályázatot az alábbi címmel: Elosztott logikájú vasúti elektronikus biztosítóberendezés fejlesztése.
A vasúti közlekedési rendszerekben központi szerepet lát el a vasúti biztosítóberendezés, egy biztonságkritikus irányítástechnikai rendszer, melynek feladata a váltók, jelzők és további vasúti objektumok vezérlése és felügyelete, továbbá a működtetések veszélytelenségének ellenőrzése, szükség esetén végrehajtásuk megakadályozása, az emberi hibák kiszűrése. A projekt célja egy 100 %-ban magyar fejlesztésű és gyártású elektronikus vasúti biztosítóberendezés kifejlesztése volt: PRORIS-E.
A PRORIS-E egy elosztott logikájú biztosítóberendezés, a terepi illesztő objektummodulok önállóan valósítják meg a vasúti biztosítóberendezési pálya menti objektumok vezérlését és felügyeletét. A topológiai biztonsági függéseket megvalósító alrendszer számára Prolan Interlocking Language (PIL) nevű szakterület specifikus nyelv került kifejlesztésre, amelyben a biztosítóberendezési szakértő mérnökök a hazai szabályozásoknak és igényeknek megfelelő logikákat tudnak leírni. A nyelv objektumokra szervezve elosztott automatákon alapul. Az elosztott logikájú kialakítás nagyfokú skálázhatóságot, rendelkezésre állást, megbízhatóságot és üzembiztonságot tesz lehetővé. A PIL nyelv pedig hatékony, rövid fejlesztési idejű logika programozást tesz lehetővé, amely ki tudja szolgálni a folyamatosan változó igényeket. A PRORIS-E megvalósítása során olyan, az iparágban új megoldásokat kutattunk fel, melyekkel a berendezések modell alapú metodológiával tervezhetőek. Ez a vasúti mérnökök számára gyorsabban áttekinthető leírásokat és megvalósítást eredményez. Ez mind a fejlesztési, kivitelezési idő csökkentésében, mind pedig a tervek minőségének javulásában jelent előrelépést leegyszerűsítve a későbbi engedélyeztetési folyamatot, felgyorsítva a biztosítóberendezési projektek megvalósítását. A sikeres fejlesztésben a BME oktatói és a Prolan Zrt. mérnök kollégái, közel 80 fő vett részt a megvalósításban a projekt 54 hónapja alatt. A fejlesztést nehezítette a COVID járvány, az alkatrész beszerzési nehézségek, de végül a vállalt prototípus kifejlesztésre került.
A PRORIS-E telepítésekor, a szigorú hazai vasúti szabályozásoknak is megfelelő rendszer válhat rövid megvalósítási idővel, hazai szakmai támogatással kivitelezhetővé.

Az eredmények összefoglalása

Megvizsgáltuk a vasúti biztosítóberendezésekre vonatkozó üzemeltetési és karbantartási utasításokat. Részletes statisztikai elemzés született a hazai elektronikus biztosítóberendezések 2004 óta rögzített meghibásodási adataiból, valamint a jelentősebb külsőtéri elemek eseményeiből. Áttekintettük az aktuális forgalmi utasításokat és a forgalomirányítás folyamatait. Kidolgozásra kerültek azok az optimalizációs metódusok, amelyek menetrendi zavarok esetén képesek az újratervezésre, így támogatva az energiahatékony közlekedést.
A modell alapú fejlesztéshez formális verifikációs technikát dolgoztunk ki, valamint egység- és integrációs tesztgenerálási algoritmusokat valósítottunk meg fedettségi kritériumok alapján.
Elkészült a PIL DSL szintaxisának formális nyelvtani specifikációja és egy leképzés a PIL leíró nyelv XSML reprezentációjához. Megterveztük az immutable fordító keretrendszer komponenseit.
A módszerek bemutatásra kerültek a RIGEL protokoll állapotgépe alapján történő szisztematikus tesztgenerálással. A MSZ EN 50128:2011 fejlesztési szabvány megfelelőség vizsgálatához értékelési jegyzőkönyvek készültek. Új dekompozíciós módszer került kidolgozásra a vasúti objektumok objektum-vezérlőkhöz történő automatikus hozzárendelésének támogatására. Kidolgozásra került egy prototípus illesztőkártya, amely fenti objektumvezérlő kártyák elosztott logikájú RaSTA kompatibilis hálózatra való illesztését végzi el. Modellezési módszerek és állapotfüggő, prediktív karbantartási algoritmusok alkalmazhatóságát vizsgáltuk egyes vasúti biztonsági berendezések esetében. Felmértük a biztonságkritikus vasúti munkahelyen dolgozó alkalmazottak éberségének becslésére alkalmas módszereket.
Elkészültek a PRORIS rendszer követelmény specifikációi, és a rendszer architektúrája. A biztosítóberendezési funkciók szétosztásra kerültek az egyes alrendszerek közt. Specifikáltuk és megvalósítottuk a rendszerben használt biztonsági protokollokat. Megterveztük a ProSigma alrendszer elosztott architektúráját a robusztussági és biztonsági céloknak megfelelően. Hibadetektálási, hibakezelési, javítási algoritmusokat, FMEDA és QFTA elemzéseket sztochasztikus modelleket készítettünk. Minőségbiztosítási és verifikációs terveket írtuk. Szoftverek készültek a ProSigma alrendszer beüzemeléséhez, karbantartásához, diagnosztizálásához és megvalósult a logikai alrendszer diagnosztizálásához szükséges webes szoftver. Elkészültek a ProSigma szoftver komponensek, tesztek, mérések, elemzések. A tervezett biztonsági mechanizmusok beépültek a szoftverbe. Előálltak a PRORIS Biztosítóbenredezés modell alapú tervezőrendszer (ProrisCAD) specifikációi, a funkciókhoz tartozó modulok és azok implementációja. Definiálásra került a biztosítóberendezési függőségek leírására szolgáló nyelv (PIL). Kifejlesztésre kerültek a PIL, XSML fordítók szintaktikai komponensei, valamint a biztonságkritikus programozási szabályokat ellenőrző szemantikai elemzést végző szoftverkomponens. Elkészült a tesztgeneráláshoz és verifikációhoz szükséges leképzés a PIL nyelv reprezentációjához, valamint sztochasztikus biztonsági analízisek meghatározott komponensekhez. A PIL és az XSML toolchain integrálva lett. Ezt felhasználva a vágányúti logika számára PIL kódú implementációk és abból Java és C nyelvű kódgenerátumok készültek. XSML kódból Generált protokoll kódok, valamint Latex dokumentáció is készült. Külső teret szimuláló eszköz fejlesztése is elkészült és a terepi objektumok közvetlen meghajtásához szükséges HW platform, valamint a külsőtéri elemeknek megfelelő hardverarchitektúrái és a terepi illesztők (a váltó, jelző és általános IO).
Felépítettünk egy kísérleti mintarendszert, amiben a tervezett működéseket a rendszer futtatásával és stresszelésével vizsgáltuk. Elvégeztük a ProSigma és kezelő-megjelenítő alrendszer integrációs tesztjét. Az elkészült verifikációs tervek alapján elvégeztük a verifikációt.
A kísérleti mintarendszeren a tervek alapján elvégeztük a validációt és utána kiállítottuk a validációs jelentést.

Médiamegjelenés