Рис. 5 Мониторинговое окно состояния перегонных устройств

На правах рукописи
СЕПЕТЫЙ АЛЕКСАНДР АНАТОЛЬЕВИЧ
АВТОМАТИЗАЦИЯ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ, МОНИТОРИНГА
И ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ УСТРОЙСТВ
ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЙ АВТОМАТИКИ И ТЕЛЕМЕХАНИКИ
Специальность: 05.13.06 – Автоматизация и управление технологическими
процессами и производствами (на транспорте)
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Ростов-на-Дону
2011
2
Работа выполнена на кафедре «Автоматика и телемеханика на
железнодорожном транспорте» федерального государственного бюджетного
образовательного учреждения высшего профессионального образования
«Ростовского государственного университета путей сообщения» (ФГБОУ
ВПО РГУПС).
Научный руководитель
доктор технических наук, профессор
Иванченко Владимир Николаевич
Официальные оппоненты
доктор технических наук, профессор
Шалягин Дмитрий Валерьевич
кандидат технических наук
Соколов Владислав Николаевич
Ведущая организация
Московский государственный
университет путей сообщения (МИИТ)
Защита диссертации состоится « 30 » июня 2011 г. в 11.00 часов на заседании
диссертационного совета Д 218.010.03 при федеральном государственном
бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального
образования «Ростовский государственный университет путей сообщения»
по адресу: 344038, г. Ростов-на-Дону, пл. Ростовского Стрелкового Полка
Народного Ополчения, 2, конференц-зал.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО
РГУПС.
Автореферат разослан «28» мая 2011 г.
Ученый секретарь диссертационного
совета, доктор технических наук,
профессор
М.А. Бутакова
3
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы исследования. Принятая Департаментом автоматики и телемеханики ОАО «РЖД» стратегия развития глобальной многоуровневой отраслевой системы технического диагностирования и мониторинга устройств ЖАТ (СТДМ) в условиях интенсивного внедрения микропроцессорных СЖАТ имеет самое приоритетное значение и актуальность.
Отечественные системы АПК-ДК, АСДК и АДК-СЦБ решают поставленные задачи автоматизации процессов диагностирования, контроля и
мониторинга устройств на станциях и перегонах и обеспечены техническими
решениями, типовыми материалами и альбомами для проектирования на сети
железных дорог.
Однако проблема развития и совершенствования перечисленных систем
остается открытой в контексте теоретических исследований и практического
расширения функциональных возможностей.
Руководствуясь утвержденными Департаментом автоматики и телемеханики ОАО «РЖД» эксплуатационно-техническими требованиями к интегрированной системе СТДМ, установлена необходимость развития ее функциональных возможностей в плане автоматизации процессов диагностирования перегонных устройств ЖАТ и автоматизации их технического обслуживания на станциях и перегонах.
В постановке этих задач правомерно считать внедряемый комплекс
АДК-СЦБ станционным (СК АДК-СЦБ), а вновь создаваемый – перегонным
(ПК АДК-СЦБ). Решение комплекса задач автоматизации технического обслуживания станционных и перегонных устройств ЖАТ обретает аббревиатуру КЗ АТО, а суточный план техобслуживания - СПО. Проблема интеграции всех уровней СТДМ и программно-аппаратная организация дорожных
диагностических центров ДДЦ-ТДМ и увязка с АСУ-Ш2 остается открытой.
Необходимость решения этих ключевых задач для развития отраслевой
СТДМ дает основание считать тему диссертации актуальной в теоретическом
плане и аспекте практического внедрения результатов исследования на сети
железных дорог ОАО «РЖД».
Анализ и теоретическое обобщение состояния обозначенной проблемы
позволили сделать вывод о ее нерешенности и сформулировать основные
направления диссертационной работы:
4
1. Разработка концепции и принципов построения нового поколения комплекса автоматизации технического диагностирования и мониторинга перегонных устройств ЖАТ.
2. Разработка структур программно-аппаратных средств и ЛВС ПК АДКСЦБ, предусматривающих информационное взаимодействие со станционным
АДК-СЦБ и верхними уровнями СТДМ, а также увязку с АСУ-Ш2.
3. Разработка нового подхода и эксплуатационно-технических требований к КЗ АТО, предусматривающих использование прогрессивной технологии обслуживания устройств по планам СПО, разработку технологических
карт (ТК) и графиков техобслуживания «по состоянию» устройств.
4. Выбор и развитие теоретических подходов, методов, информационных
моделей и процедур интеллектуальной поддержки решаемых задач автоматизации диагностирования перегонов и КЗ АТО на линейном уровне.
5. Разработка алгоритмических основ автоматизации процессов диагностирования и АТО, предусматривающих возможность идентификации и протоколирования отказов и предотказов, формирования планов СПО, а также
интеллектуальную поддержку АРМов на всех уровнях СТДМ.
6. Разработка геоинформационной интеграции данных станционных и перегонных комплексов АДК-СЦБ, КДК-ШЧД с ДДЦ-ТДМ.
Решение перечисленных основных направлений работы вызывает необходимость адаптации фундаментальных теоретических подходов, к числу которых относятся: методы и модели дискретного анализа и синтеза булевых
функций; логико-алгебраические преобразования; теория информации и передачи данных, геоинформационные модели, методы и алгоритмы интеллектуальной поддержки процессов принятия решений и др.
Степень разработанности проблемы. Постановке перечисленных в
диссертации задач предшествовали многочисленные теоретические исследования, труды и практические разработки ученых и специалистов в России.
Решению важных теоретических и практических вопросов исследования
и моделирования сложных объектов и процессов, анализа и синтеза
устройств автоматики и телемеханики, разработки микропроцессорных систем, их программного обеспечения и диагностики, формирования стратегии
дальнейшего развития СЖАТ посвящены работы Д.Е. Абрамова, А.В. Горелика, И.Е. Дмитриенко, И.Д. Долгого, В.Н. Иванченко, Г.Д. Казиева, А.И.
Каменева,
Ю.А.
Кравцова,
В.М.
Лисенкова,
В.В.
Нестерова,
И.Н. Розенберга, В.В. Сапожникова, Вл.В. Сапожникова, А.Е. Федорчука,
А.Н. Шабельникова, Д.В. Шалягина, Д.В. Швалова, В.И. Шелухина и др.
5
Построению формальных описаний сложных процессов, разработке методов и моделей управления, исследованию информационных систем, формированию и развитию теоретических подходов к интеллектуализации технологических процессов посвящены работы С.Е. Ададурова, М.А. Бутаковой,
В.Н. Вагина, А.Н. Гуды, И.Д. Долгого, В.Н. Иванченко, С.М. Ковалева, Н.Н.
Лябаха, Г.С. Осипова, А.Н. Шабельникова и др.
Вместе с тем, реализация предлагаемых в анализируемых источниках
методов описания технологических процессов, автоматизация диагностирования и мониторинга устройств ЖАТ, интеллектуализации АРМов требуют
адаптации имеющихся теоретических и методических результатов, разработки нового информационного, технического математического обеспечения
задач диагностирования и АТО, развития формализованных процедур моделирования процессов принятия решений.
В настоящее время отсутствует общая методология построения систем
автоматизации диагностирования, мониторинга и технического обслуживания устройств ЖАТ линейного уровня в интеграции с ДДЦ-ТДМ и АСУ-Ш2.
Цель диссертационного исследования – автоматизация процессов диагностирования и мониторинга перегонных систем ЖАТ, а также автоматизация технического обслуживания устройств ЖАТ на станциях и перегонах в
увязке с ДДЦ-ТДМ и АСУ-Ш2.
Для достижения этого в диссертации поставлены и решены следующие
задачи:
- дано теоретическое обобщение состояния и перспектив развития многоуровневой отраслевой системы СТДМ и сформулированы направления создания нового поколения системы диагностирования перегонных устройств
ЖАТ и автоматизации технического обслуживания устройств на линейном
уровне станций и перегонов;
- предложена концепция и принципы построения перегонного комплекса
ПК АДК-СЦБ автоматизации процессов диагностирования и мониторинга
распределенных сигнальных установок и переездов;
- разработаны технические решения и структуры ЛВС «Ethernet» ПК
АДК-СЦБ, предусматривающие использование нового поколения ИВК-ТДМ
на основе блоков автоматики и микромодулей, размещаемых в релейных
шкафах на перегоне;
- обоснована новая технология автоматизации технического обслуживания устройств ЖАТ «по состоянию» и разработаны требования к КЗ АТО,
6
предусматривающие использование вновь разработанных технологических
карт и графиков техобслуживания на основе планов СПО и взаимодействия с
АСУ-Ш2;
- разработаны методы, модели и процедуры поддержки и реализации
задач автоматизации диагностирования, мониторинга и технического обслуживания станционных и перегонных устройств ЖАТ.
Положения, выносимые на защиту:
1. Новый подход к автоматизации процессов диагностирования и мониторинга перегонных устройств ЖАТ на основе программируемых измерительно-вычислительных средств.
2. Концепция и новая технология автоматизации технического обслуживания устройств ЖАТ «по состоянию», предусматривающая использование
диагнозов задач ТДМ и новых технологических карт АТО, на основе планов
СПО и взаимодействия с АСУ-Ш2.
3. Метод логико-алгебраического анализа и синтеза в задачах автоматизации диагностирования устройств ЖАТ, обеспечивающий формализацию
диагностических правил вывода БЗ на основе таблиц истинности.
4. Математические модели идентификации неисправностей устройств
ЖАТ на основе булева дифференциального исчисления и математическая
модель компенсации межсимвольных искажений при передаче данных на перегоне.
5. Алгоритмы автоматизации технического диагностирования и мониторинга перегонных устройств ЖАТ.
Методологической и теоретической основой диссертационного
исследования явились труды отечественных и зарубежных ученых по данной проблеме, новая нормативно-техническая база «Организация обслуживания и ремонта технических средств ЖАТ», «Технологический процесс автоматизированного контроля параметров устройств ЖАТ», «Альбом учетных
форм протоколов автоматизированных измерений параметров устройств
ЖАТ …», «Типовые проекты организации обслуживания…» и «Стандарт по
обслуживанию МПУ».
Информационно-эмпирической базой исследования послужили отчеты о результатах эксплуатации комплексов АДК-СЦБ, графические и текстовые протоколы диагностирования и мониторинга устройств ЖАТ, протоколы
статистики отказов и предотказов, автоматически формируемых в ШЧ и
ДДЦ-ТДМ, опубликованные информационно-справочные материалы и др.
7
Научная новизна работы заключается в следующем:
1. Предложен новый подход к автоматизации процессов диагностирования перегонных систем ЖАТ, обеспечивающий непрерывность мониторинга
устройств линейного уровня на основе современного поколения программируемых измерительно-вычислительных микромодулей.
2. Разработана концепция и методология автоматизации технического обслуживания устройств ЖАТ «по состоянию», реализующая принципиально
новую технологию эксплуатации СЖАТ на основе СПО в увязке с АСУ-Ш2.
3. Предложен метод логико-алгебраического анализа в задачах автоматизации диагностирования и АТО, обеспечивающий формализацию правил вывода БЗ на основе таблиц истинности.
4. Разработана математическая модель идентификации неисправностей
устройств ЖАТ на основе булева дифференциального исчисления.
5. Предложена геоинформационная модель в СТДМ взаимодействия
станционных и перегонных комплексов АДК-СЦБ с КДК-ШЧД и дорожным
диагностическим центром мониторинга устройств в едином информационном пространстве и реальном времени.
6. Разработано множество продукционных правил БЗ и на их основе алгоритмов автоматизации диагностирования и технического обслуживания
устройств с интеллектуальной поддержкой АРМов всех уровней СТДМ.
Теоретическая значимость диссертационного исследования определяется направленностью теоретических результатов на принципиальное развитие процессов автоматизации диагностирования, мониторинга и технического обслуживания устройств ЖАТ, обеспечивающих «малолюдную» технологию эксплуатации СЖАТ.
Практическая ценность работы определена реальным внедрением ПК
АДК-СЦБ и решением комплекса задач ТДМ и АТО на полигоне станций и
перегонов сети железных дорог ОАО «РЖД».
Передача результатов диагностирования и АТО устройств с линейного
уровня в ДДЦ-ТДМ повышает достоверность информации о состоянии
устройств ЖАТ в пределах всей дороги, оперативность принимаемых решений инженерами-технологами. Важной составляющей практической значимости результатов диссертации является возможность своевременного прогноза работоспособности (неработоспособности) устройств ЖАТ (на основе
статистики отказов и предотказов), формирования плана СПО и принятия соответствующих мер на уровне линейных объектов, ШЧ и ДДЦ-ТДМ.
8
Апробация результатов работы. Основные положения и результаты
докладывались и одобрены на совместном заседании кафедр «Автоматика и
телемеханика на железнодорожном транспорте» и «Информатика» РГУПС,
на отраслевых выставках ОАО «РЖД», на международных научнопрактических конференциях «ТрансЖАТ», проводившихся в 2004, 2005,
2006 и 2010 гг и др.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 27 печатных работ
(из них 10 в изданиях, рекомендуемых ВАК).
В число печатных работ в соавторстве вошли два учебника для вузов
железнодорожного транспорта (2008, 2009г.г.) и монография (2010г.).
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения,
четырех глав, заключения и Приложений. Она содержит 167 стр. машинописного текста, 83 рисунка, 29 таблиц и библиографию из 108 наименований.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении дано обоснование актуальности темы, показана цель
диссертационного исследования, обозначена предметная область, сформулирована научная новизна и положения, выносимые на защиту, раскрыты
теоретическая и практическая значимость результатов исследования и
структура изложения диссертации.
В первой главе дано теоретическое обобщение состояния проблемы
автоматизации процессов диагностирования и мониторинга устройств ЖАТ
на линейном уровне отраслевой СТДМ.
Принимая во внимание стратегическое назначение СТДМ в автоматизации процессов диагностирования, мониторинга и технического обслуживания релейных и микропроцессорных устройств ЖАТ, становится необходимым и обязательным создание нового класса комплекса диагностирования
перегонных устройств ПК АДК-СЦБ, взаимоувязанного со станционным СК
АДК-СЦБ, КДК-ШЧД и ДДЦ-ТДМ (рис.1).
В главе предложены концепция и принципы построения нового комплекса автоматизации диагностирования и мониторинга перегонных
устройств. Сформулированы 10 принципов, которые должны стать основополагающими при построении ПК АДК-СЦБ.
Сформулированы задачи и функциональные возможности, состав новых
аппаратных средств, принципы организации ЛВС на сигнальных установках
и переездах. Входящие в состав ПК АДК-СЦБ блоки автоматики станционные БАс обеспечивают взаимодействие с блоками БАп перегонного
9
комплекса и АРМа ШН, а также увязку с СК АДК-СЦБ и/или другими
системами линейного и верхнего уровня.
Рис. 1 Станционные и перегонные диагностические комплексы
В состав ИВК-ТДМ входят распределенные (до 30шт.) по релейным
шкафам блоки автоматики перегонные БАп, которые содержат модули
МДАВ2 с субблоками, микромодули дискретного и аналогового ввода. В
блоке БАс предусмотрены порты вывода и передачи информации о состоянии перегонных устройств в смежные системы ЖАТ.
В первой главе также дано обоснование возможности и необходимости
реализации нового подхода к автоматизации технического обслуживания
АТО устройств ЖАТ, базирующегося на результатах диагностирования
станционным и вновь создаваемым перегонным ПК АДК-СЦБ. Для этого
сформулированы в новой редакции (взамен существующих) 18 технологических карт технического обслуживания на основе опыта эксплуатации СК
АДК-СЦБ на реальных объектах и разработаны требования к комплексу
задач АТО.
Вторая глава содержит теоретические подходы, методы и модели,
поддерживающие разработку ПК АДК-СЦБ, решение задач диагностирования, выявление диагнозов, требующих оперативное устранение неисправностей, а также, решение комплекса задач КЗ АТО.
Дана адаптация логико-алгебраического дискретного анализа и синтеза
принципиальных электрических схем, используемых в диагностировании перегонных устройств. В задачу анализа входит выяснение поведения автомата
при каких-либо повреждениях. Применительно к комбинационным схемам
условия их работы определяются рабочими и запрещенными наборами вход-
10
ных воздействий каждого выхода автомата. По полученным логическим
выражениям для каждого выхода строится таблица истинности.
Апробация алгоритма выполнена на примере анализа релейноконтактной схемы, имеющей четыре входа
и два выхода
и . Логические выражения выходов следующие:
(1)
.
(2)
Чтобы установить условия функционирования заданной схемы были построены таблицы истинности логических выражений выходов
и .
По рабочим и запрещенным наборам, полученным в таблицах истинности,
были определены условия работоспособности (неработоспособности) схемы
комбинационного автомата.
Можно утверждать, что таблицы истинности – это основа формирования
правил вывода БЗ и алгоритмов диагностирования устройств ЖАТ.
Для идентификации сбоев перегонных устройств использование такого
метода позволило сформулировать 8 правил вывода для задачи диагностирования устройств частотного диспетчерского контроля ЧДК, 12 правил вывода
для диагностирования схем кодирования РЦ и 5 правил для диагностирования дешифратора кодов на проходной сигнальной установке.
Ниже, в качестве примера, приведены два правила вывода, сформулированные по результатам анализа и синтеза диагностической задачи «Кодирование РЦ числовой кодовой АБ». Эти правила содержат условия формирования протоколов «Отсутствие кодирования» для движения в неправильном
направлении «Н» = 0 (3) и в правильном направлении «Н» = 1 (4).
{«Н» = 0 & «Ж» = 0 & «П» = 1 ˅ «Ж» = 1
(3)
& (П = 0 ˅ П = 1) Т = 6сек}, Пр «ОК»
{«Н» = 1 & «Ж» = 0 & («ОК» Т = 6 сек) &
(«GRDSig» = 0) & (« KrOORDSig» = 0)
(4)
& («KrRezervORDSig» = 0)}, Пр «ОК»
Здесь введены следующие обозначения: «Т», «Н», «Ж», «П» - контроль
соответственно трансмиттерного реле, реле направления, показаний светофора, занятости РЦ; «GRDSig» - показание впередилежащего светофора;
«KrOORDSig» - контроль основной нити лампы красного огня;
«KrRezervORDSig» - контроль резервной нити лампы красного огня на С/У;
Пр «ОК» - автоматическое протоколирование отказа «Отсутствие кодов».
Одним из альтернативных методов и подходов к диагностированию
цифровых устройств является аппарат булева дифференциального исчисле-
11
ния. В контексте автоматизации процессов диагностирования и технического
обслуживания устройств во второй главе дана интерпретация такого математического аппарата.
Пусть E 2 – множество со структурой поля порядка 2. Для произвольного
натурального числа
будем рассматривать векторное пространство диагностических наборов (правил вывода) длины n с компонентами из E 2 :
E2  ...  E2  E 2n
(5)
n раз
Функция от n переменных, являющаяся отображением из E2n в E 2
( f : E2n  E2 , E2  0,1 ), называется булевой .
Векторный базис пространства E2n :
e1  1,0,...,0  , e2   0,1,...,0  , …, en   0,0,...,1
T
T
T
(6)
Пусть F2 - конечное поле (поле Галуа порядка 2). Полиномом над F2 от
x является формальное выражение вида:
f (x)=
,
где a0 ,..., ai ,..., an  F2 – коэффициенты полинома.
Полином в общем случае имеет вид:
(7)
(8)
Пусть имеется двоичная диагностируемая техническая система, у которой цифровой сигнал st(i )  0,1 может изменить свое значение при сбоях.
Тогда ситуацию изменения сигнала можно выразить в виде st(i )1  st(i ) . Она обнаруживается при изменении логического 0 на логическую 1 и наоборот. В
остальных случаях обнаружение изменений невозможно, поскольку 0  0  0
и 1  1  0 . Тогда получается, что для произвольной булевой функции изменения можно выявить, когда
ft ( x1 ,..., xi ,..., xn )  ft 1 ( x1 ,..., xi ,...., xn )  1 , а это возможно в случае, когда некоторая переменная xi изменила свое значение на противоположное.
Базовым понятием, необходимым для развития идей диагностики дискретных систем, является булева разность, называемая булевой производной.
Производная булевой функции f  x1,..., xi ,..., xn  (булева производная) по
переменной xi представляет собой выражение вида:
f
f x'i 
 f  x1 ,..., xi ,..., xn   f  x1,..., xi  1,..., xn  .
xi
(9)
12
Выражение (9) используется в каждом конкретном случае технического
диагностирования устройств ЖАТ. В качестве примера диагностическая тестовая функция T0 для обнаружения «короткого замыкания» на входе xi
схемы выглядит:


T0  f ( x) f  ( x)  f ( x) f ( x)  f ( x)  f ( x)  xi f i (0)  xi f i (1)  f i (0) 
f
(10)
 xi f x'i .
xi
Для «разрыва цепи» диагностическая тестовая функция представляет
 xi fi (1) f i (0)  xi f i (1) fi (0)  xi  fi (1)  fi (0)  
собой выражение T1  xi f x'i .
Во второй главе также разработана математическая модель компенсации
межсимвольных искажений при передаче диагностических данных от БАп к
БАс о состоянии перегонных устройств ЖАТ.
Актуальность решения такой задачи иллюстрируется рис. 2., где на последовательности информационных импульсов (1) передаваемого сообщения
показано формирование огибающей выходного сигнала (2).
(1)
(2)
(3)
Р
ис. 2 Иллюстрация процессов приёма-передачи и
межсимвольной интерференции
Суммарный сигнал (3) без учета помех и искажений в линии связи изображен в виде результирующей выходной последовательности импульсов с
выхода приёмника. Амплитуда результирующих импульсов (3) имеет величину разброса около 20% в результате межсимвольной интерференции и при
наличии фазово-частотных искажений значительно возрастает.
13
Математическая модель передаваемых сообщений и их взаимовлияния представлена в векторно-матричном виде в пространстве
:
, где
равен «1» или « » для импульсов
1 или 0 соответственно, а индекс j определяет переданный смежный импульс.
Посланное при передаче сообщение
поступает в виде искаженного
сигнала
, где – оператор, характеризующий передачу и процесс взаимовлияния передаваемых данных. Коэффициенты взаимовлияния
пренебрежимо малы в случае, если импульсы отстоят друг от друга более, чем
на три импульсных интервала.
Представим в пространстве
оператор передачи и взаимовлияния в
виде симметричной
мерной матрицы следующего вида:
А=
(11)
Для получения на приемном конце распознаваемого вектора-результата
передачи необходимо компенсировать влияние оператора передачи . Поэтому при необходимости передать вектор-сообщение , его целесообразно
подвергнуть предискажению, т.е. передавать вектор :
, где
- обозначает матрицу обратную к матрице
При этом, в результате передачи предискаженного вектора
получаем на
приеме результат в виде вектора :
Представим оператор передачи информации
единичная матрица, а матрица
.
в виде
, где
-
имеет следующий вид:
Для доказательства обратимости матрицы
стве
норму:
имеет следующую оценку:
.
(12)
рассмотрим в простран-
. Норма оператора, задаваемого матрицей
(13)
Из полученного неравенства следует, что норма удовлетворяет
ограничению:
14
Если норма
, то матрица
обратима, причем
обратная к ней представляет собой сходящийся матричный ряд:
(14)
Данный матричный ряд является сходящимся ввиду известных оценок
для нормы произведения матриц:
Из этого следует, что
.
Для частичной суммы
выпишем оценку:
членов ряда:
,
.
Поскольку при норме
то имеем:
(15)
предел полученного отношения равен 0,
.
(16)
В результате получаем сходимость ряда
,
сумма которого и является обратной матрицей.
Для проведения расчетов введем обозначение для элементов матриц
и
в виде
и
соответственно.
Вычисление элементов матрицы
показало, что число ненулевых значений в каждой вектор-строке равно 13, что ограничивает число операций
при программировании вычислений в микроконтроллерах.
Ввиду малости нормы
матрицы
для приближенного значения обратной матрицы
можно взять конечное число членов ряда и для проведения расчетов в качестве матрицы предискажения использовать следующую: . Тогда величина погрешности приближения определяется влиянием
элементов матрицы .
Вычисление элементов матрицы
при ее симметричности
показало, что среди полученных значений лишь элементы
,
имеют порядок сотых долей, а все остальные слагаемые при
высказанных предположениях будут иметь порядок тысячных и более долей.
Поэтому разность в компоненте с номером векторов и
будут составлять не более одной-двух сотых. Ничтожно малая величина погрешности
подтверждает достижение цели компенсации межсимвольных искажений.
15
В третьей главе изложены алгоритмические основы автоматизации
процессов диагностирования, мониторинга и технического обслуживания
устройств на станциях и перегонах.
Здесь разработан алгоритм диагностирования перегонной импульсной
РЦ. В число идентифицируемых пяти состояний РЦ вошли: логическая занятость, логическая свободность, пробой изостыка, занижение и завышение
напряжения на путевом реле относительно нормалей содержания.
Сформулированы 6 правил вывода, положенных в алгоритмы идентификации 4-х предотказов и 2-х отказов. На примере кодирования РЦ числовой
кодовой автоблокировки установлен перечень диагностируемых параметров
и построены алгоритмы идентификации двух ситуаций «Отсутствие кодирования» и «Занижение тока кодирования». Результат автоматической идентификации состояния «Отсутствие кодов» проиллюстрирован на рис. 3.
Рис. 3 Идентификация ситуации «нет кода» на перегоне
В главе разработан также алгоритм диагностирования дешифратора кодов на блок-участках. В основу алгоритма идентификации самого опасного
отказа - несоответствия принимаемых кодов состоянию реле «З» и «Ж» - положена синтезированная таблица истинности состояния всех реле для проходной сигнальной установки.
Принимая во внимание, что проходной светофор является самым ответственным устройством, обеспечивающим безопасность движения поездов,
разработан алгоритм его диагностирования (рис. 4). В его основу также положена методология дискретного анализа и синтеза состояния всех реле схемы контроля огней светофора и возможных 7 его неисправностей. В качестве
базовых составлены 3 таблицы истинности состояния ламп светофора и
несоответствия его показаний показаниям сигналов на следующей сигнальной установке.
16
Начало
KrOOSig
GOOSig
«Ж» = 1 &
«З» = 0 & «РО» = 0
& «Н» = 1
да
«0» = 0
да
нет
нет
KrRezervGOSig
KrRezervOSig
«Ж» = 0 &
«ОД» = 0
да
да
«Ж» = 1 &
«З» = 0 & «ОД» = 0
& «Н» = 1
нет
нет
ZOOSig
KrRezervZOSig
«Ж» = 1 &
«РО» = 0 & «З» = 1
& «Н» = 1
нет
да
«Ж» = 1 &
«З» = 1 & «ОД» = 0
& «Н» = 1
да
нет
Протоколирование
неисправностей
да
Проверка
нарушения
зависимости
Имеется нарушение
нет
Рис. 4 Алгоритм диагностирования проходного светофора
Постановка новых задач создания перегонного АДК-СЦБ и АТО обусловила необходимость принципиального развития АРМов на всех уровнях
СТДМ. Это касается создания и отображения мониторинговых окон состояния устройств ЖАТ на перегоне.
В основе мониторинга станционных и перегонных устройств лежит синтезированное отображение результатов диагностирования на АРМах ШН,
ШЧД и инженеров-технологов ДДЦ-ТДМ. На примере реального перегона
приведено на рис. 5 мониторинговое окно, интегрально отображающее состояние всех сигнальных установок и переездов, а также отдельные окна состояния аппаратуры ЖАТ в релейных шкафах РШ.
В третьей главе также установлена необходимость мониторинга подсистемы ввода дискретных и аналоговых сигналов в БАп на каждой сигнальной
установке. Для этого разработано специальное мониторинговое окно состояния подсистем ввода информации ПК АДК-СЦБ в формате «дерева» с
названием перегона, нумерацией сигнальных установок и модулей МДАВ2,
установленных в БАп РШ (рис. 6). Здесь же «раскрывается» состав дискретных и аналоговых модулей и их состояние в реальном режиме времени.
17
Рис. 5 Мониторинговое окно состояния перегонных устройств
Рис. 6 Мониторинг текущего состояния устройств ПК АДК-СЦБ
Учитывая актуальность решения задач АТО устройств и совершенствования технологии техобслуживания устройств «по состоянию», в главе разработан новый класс алгоритмов АТО станционных устройств, к числу которых относятся стрелки и РЦ, как наиболее уязвимые в условиях эксплуатации. Для этого выявлены условия формирования протоколов и исследованы
диаграммы переходных процессов перевода одиночной и спаренной стрелки,
а также работы стрелки «на фрикцию».
18
В контексте решения задач ТДМ и АТО в третьей главе предложены алгоритмы, реализующие измерение остаточного напряжения в РЦ, а также
выбор значения напряжения для протоколирования факта ТО данной ТРЦ.
Отдельно показаны варианты текстовых и графических протоколов диагностирования, поддерживающих принятие решений на АРМ ШН (ШЧД) в
режиме АТО устройств ЖАТ, и предложена новая технология формирования
суточного плана техобслуживания – СПО «по состоянию» устройств на основе протоколов задач ТДМ и АТО.
Четвертая глава раскрывает актуальные вопросы интеграции станционных и перегонных комплексов АДК-СЦБ с ДДЦ-ТДМ посредством сервера ШЧ, который в структуре информационных потоков играет роль концентратора и транслятора данных с линейного уровня.
Как следует из рис. 7 основные потоки информации поступают от серверов ШЧ, размещаемых в КДК-ШЧД, взаимодействующих со станционными и
вновь созданными перегонными АДК-СЦБ. Такие потоки содержат протоколы АДК-СЦБ и воспринимаются модулями программного обеспечения МПО
для формирования БД на сервере в ДДЦ-ТДМ.
Сервер ШЧ
КДК-ШЧД
АДК-СЦБ
ПО СКД ШЧД
передача протоколов АДК-СЦБ
СУИВ
Центральный сервер ДДЦ-ТДМ
Files БД
МПО формирования БД
протоколов
Передача текущего поездного положения,
сбоев устройств и контроля ТО
Получение плана ТО
КУИВ
ДЦ-Юг КП «КРУГ»
КУИВ
ДЦ-Юг с РКП
КУИВ
КУИВ
Унифицированный
сервер СТДМ
(дорожный)
ЦШ,
ПКТБ ЦШ,
АСУ-Ш-2
сетевой уровень
БД
Центральное ПО сервера ДДЦ
МПО
взаимодействия
с АСУ-Ш-2
АСУ-Ш-2
Передача текущего поездного положения, сбоев устройств, контроля ТО
Доступ к протоколам: динамическому, сбоев устройств
Получение плана ТО, Получение статистики
АРМ-ы
инженеров
ДДЦ СТДМ
по районам управления
Табло коллективного
пользования
ГИД «Урал»
АРМ
по комплексам задач
АСУ-Ш-2
АРМ
по задачам АСК-ПС
АСК ПС
Рис. 7 Структура информационных потоков в ДДЦ-ТДМ
Передачу текущего поездного положения, сбоев устройств, контроль ТО
и получение плана ТО обеспечивают СУИВ на уровне ШЧ, взаимодействующие с КУИВ ДДЦ-ТДМ. В пределах дороги количество КДК-ШЧД определяется числом дистанций ШЧ.
Реализация информационного обмена серверов, АРМов, графических
станций ДДЦ-ТДМ и увязки с серверами систем ЖАТ и сетью передачи данных Intranet ОАО «РЖД» осуществляется по локальной сети, выполненной
на маршрутизаторах и коммутаторах Ethernet 1 Гбит/с. Предложены методы
ведения унифицированного информационного обеспечения (ИО) увязки
19
станционного и перегонного комплекса АДК-СЦБ с сервером КДК-ШЧД.
Основу методов составляют 7 сформулированных принципов организации
ИО, предопределивших структуру и состав БД.
В главе сформулирован перечень задач мониторинга устройств на дорожном уровне, включая задачи ТДМ и АТО. Разработан класс «геоинформационных полей» и технологических «окон», отображаемых на табло коллективного пользования и мониторах АРМов. К ним следует отнести: схему
дороги; структурированную базу данных с информацией текущего состояния
и архивов участков; перегонов и станций; объектов диагностирования и др.
При возникновении ситуаций, требующих вмешательства инженератехнолога, последний на экран монитора АРМа вызывает отображение
участка и текущих диагностических показателей по ШЧ, входящих в ту или
иную зону обслуживания по району управления в ДДЦ-ТДМ (рис.8).
Рис. 8 Мониторинговое окно «ШЧ 12: Текущее состояние»
В главе обоснована необходимость реализации сервисной поддержки
оценки ситуаций предотказов и отказов, возникающих на станциях, перегонах и участках железной дороги. Сюда относятся: настройка звукового сопровождения опасных ситуаций; настройка АРМа технолога на изменение
районов обслуживания; возможность изменения параметров нормалей обслуживаемых устройств; протоколирование статистики отказов за сутки, месяц, год.
Технологические и диагностические окна состояния станций и перегонов, протоколы ведения статистики за сутки, архивы ситуаций по типам сбо-
20
ев, протоколы ТДМ и АТО, взаимодействия с АСУ-Ш-2 и др. достаточно подробно проиллюстрированы в заключительной главе диссертации.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1. Дано теоретическое обобщение состояния проблемы автоматизации
процессов диагностирования и мониторинга устройств ЖАТ на линейном
уровне отраслевой системы СТДМ и обоснована необходимость создания
нового класса перегонного комплекса АДК-СЦБ и решения комплекса задач
автоматизации технического обслуживания (АТО).
Поставлена задача и сформулированы требования к автоматизации процессов технического обслуживания СЖАТ, формирования плана СПО при
взаимодействии с АСУ-Ш2.
2. Предложены теоретические подходы, математические методы и модели, поддерживающие разработку перегонного комплекса ПК АДК-СЦБ, диагностирование и мониторинг устройств ЖАТ перегонов, а также решение
комплекса задач АТО устройств линейного уровня СТДМ.
3. Изложены алгоритмические основы автоматизации диагностирования
перегонных устройств и технического обслуживания на станциях и перегонах. Разработаны правила вывода БЗ и алгоритмы для диагностирования импульсных РЦ, устройств кодирования блок-участков, светофоров и дешифраторов кодов и др.
4. Дано обоснование необходимости компенсации межсимвольных искажений при передаче данных от БАп к БАс о состоянии перегонных
устройств. Для этого разработана математическая модель в векторноматричном виде. Результаты преобразования матриц подтвердили достижение цели компенсации межсимвольной интерференции.
5. В контексте решения задач АТО и эксплуатации по новым технологическим картам предложены алгоритмы, реализующие методы измерения и
контроля состояния устройств ЖАТ.
6. Разработано множество диагностических и мониторинговых «окон»
для разных типов станционных и перегонных устройств, а также текстовых
протоколов, поддерживающих принятие решений на АРМ ШН (ШЧД) в режиме автоматизации технического обслуживания, а также формирование
планов СПО на КДК-ШЧД для взаимодействия с АСУ-Ш2.
7. Предложена структура интеграции станционных и перегонных комплексов АДК-СЦБ с ДДЦ-ТДМ посредством сервера КДК-ШЧД, который в
структуре информационных потоков играет роль концентратора и транслятора данных с линейного уровня на уровень дороги.
8. Сформулирован перечень задач мониторинга устройств на дорожном
уровне, включая задачи АТО. Для геоинформационной модели дороги в
21
СТДМ разработан класс «информационных полей» и технологических
«окон», отображаемых на табло коллективного пользования и мониторах
АРМов технологов.
ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ В ИЗДАНИЯХ,
РЕКОМЕНДОВАННЫХ ВАК
1. Федорчук, А.Е. Микропроцессорные технологии управления, диагностирования и технического обслуживания / А.Е. Федорчук, А.А. Сепетый //
Автоматика, связь, информатика, № 6. – 2004.
2. Кияткин, Н.А. Совершенствование технологии технической эксплуатации устройств ЖАТ / Н.А. Кияткин, А.А. Сепетый // Автоматика, связь,
информатика, № 8 – 2005.
3. Федорчук, А.Е. Функциональное развитие системы АДК-СЦБ / А.Е.
Федорчук, А.А. Сепетый, Ю.В. Снитко, М.А. Шутов, А.А. Степанова //
Автоматика, связь, информатика, № 12. – 2005.
4. Сепетый, А.А. Развитие средств автоматизации в системе АДК-СЦБ /
А.А. Сепетый, И.А. Фарапонов // Автоматика, связь, информатика,
№ 11 – 2006.
5. Федорчук, А.Е. Развитие средств системы микропроцессорной ГАЦ /
А.Е. Федорчук, А.А. Сепетый // АСИ, № 5.  2007.
6. Сепетый, А.А. Диагностика и мониторинг на Северо-Кавказской
железной дороге / А.А. Сепетый // Автоматика, связь, информатика, № 6 –
2008.
7. Сепетый, А.А. Расширение функций системы АДК-СЦБ /
А.А. Сепетый // Автоматика, связь, информатика, № 1 – 2009.
8. Сепетый, А.А. Система комплексной автоматизации сортировочных
процессов / А.А. Сепетый, А.Ю. Сергеев // Автоматика, связь, информатика,
№2 – 2009.
9. Иванченко, В.Н. Логико-алгебраический метод диагностики однократных ошибок в устройствах железнодорожной автоматики и телемеханики / В.Н. Иванченко, А. А. Сепетый, А.В. Чернов // Вестник РГУПС,
№4, 2010.
10. Сепетый, А.А. Совершенствование технического обслуживания
устройств ЖАТ / А.А. Сепетый, И.А. Фарапонов, М.В. Прищепа //
Автоматика, связь, информатика, № 1 – 2011.
22
ПУБЛИКАЦИИ В ДРУГИХ ИЗДАНИЯХ
11. Сепетый, А.А. Новый подход к управлению процессом роспуска составов на сортировочной горке / В.Н. Иванченко, Н.Н. Лябах, А.А. Сепетый /
Автоматизация управления технологическими процессами на железнодорожном транспорте: межвузовский тематический сборник // РИИЖТ. –
Ростов н/Д, 1984. – Вып. 177.
12. Сепетый, А.А. К вопросу о постановке вычислительных задач автоматизации технологических процессов на железнодорожном транспорте /
А.Н. Лябах, А.А. Сепетый, И.Е. Моисеенко / Автоматизация управления технологическими процессами на железнодорожном транспорте: межвузовский
тематический сборник // РИИЖТ. – Ростов н/Д, 1984. – Вып. 177.
13. Сепетый, А.А. Вопросы программной диагностики в управляющих
микропроцессорных системах/ А.В. Катков, А.А. Сепетый/ Микропроцессорные информационно-управляющие системы на железнодорожном транспорте: межвузовский тематический сборник // РИИЖТ. – Ростов н/Д, 1987. –
Вып. 188.
14. Сепетый, А.А Автоматизация контроля и диагностики состояния
устройств ЖАТ / Сепетый А.А. / Актуальные проблемы развития железнодорожного транспорта и роль молодых ученых в их решении / РГУПС,
Ростов н/Д, 1998.
15. Сепетый, А.А Технические средства подсистем автоматизации технологических процессов на железнодорожном транспорте / А.А. Сепетый,
А.Ю. Сергеев / Актуальные проблемы развития железнодорожного транспорта и роль молодых ученых в их решении / РГУПС, Ростов н/Д, 1998.
16. Сепетый, А.А. Современные аппаратно-программные средства и
подсистемы автоматизации для систем железнодорожной автоматики и телемеханики / А.А. Сепетый, В.В. Кольцов, А.В. Катков, А.Ю. Сергеев / Проблемы и перспективы развития устройств автоматики, связи и вычислительной техники на железнодорожном транспорте: юбилейный международный
межвузовский сборник научных трудов //РГУПС. – Ростов н/Д, 1999.
17. Сепетый, А.А. Изменение технологии технического обслуживания
средств ЖАТ / А.А. Сепетый / СПб.: Автоматика и телемеханика на железнодорожном транспорте «ТрансЖАТ2004».
18. Сепетый, А.А. Проектирование системы автоматизации диагностирования, контроля и технического обслуживания устройств ЖАТ /
А.А. Сепетый, А.Е. Федорчук, Е.А. Гоман, Б.Г. Гантварг // Ж.д транспорт
Сер. «Сигнализация и связь». – ЭИ/ЦНИИТЭИ. – 2004. – Вып. 4.
23
19. Сепетый, А.А. Совершенствование технологии технической эксплуатации устройств ЖАТ в системе АДК-СЦБ / А.А. Сепетый, Е.А. Гоман, А.Е.
Федорчук.  Ростов н/Д: Автоматика и телемеханика на железнодорожном
транспорте «ТрансЖАТ2005».
20. Сепетый, А.А. Эксплуатационно-технические требования к системам
технического диагностирования и мониторинга / В.В. Нестеров, М.В. Долгов,
А.А. Иванов, С.А. Аверкиев, А.А. Сепетый, Е.А. Гоман // Ж.д транспорт Сер.
«Сигнализация и связь». – ЭИ/ЦНИИТЭИ. – 2005. – Вып. 3-4.
21. Сепетый, А.А. Автоматизация в технологии обслуживания устройств
ЖАТ / А.А. Сепетый / Автоматика и телемеханика на железнодорожном
транспорте «ТрансЖАТ2006».
22. Сепетый, А.А. Информационное и техническое обеспечение системы
АДК-СЦБ: структуры БД и технология проектирования / А.А. Сепетый, А.Е.
Федорчук, Ю.В. Снитко, И.А. Фарапонов, Н.А. Фарапонова // Монография. –
Ростов н/Д, РГУПС, 2010. – 374 с.
23. Сепетый, А.А. Комплекс аппаратно-программных средств автоматизации диагностирования и контроля устройств и управления технологическими процессами / Патент на полезную модель № 61438 / 2007.
24. Сепетый, А.А. Комплекс программно-аппаратных средств автоматизации технического диагностирования и мониторинга устройств и управления технологическими процессами / Патент на полезную модель
№ 68723 / 2007.
25. Федорчук, А.Е. Новые информационные технологии: автоматизация
технического диагностирования и мониторинга устройств ЖАТ (система
АДК-СЦБ): учебник для вузов железнодорожного транспорта / А.Е Федорчук, А.А. Сепетый, В.Н. Иванченко; Рост. гос. ун-т путей сообщения. –
Ростов н/Д, 2008. – 443 с.
26. Сепетый, А.А. Измерительно-вычислительные средства в системе
автоматизации диагностирования и контроля устройств ЖАТ: учебник для
вузов железнодорожного транспорта / А.А. Сепетый, В.В. Кольцов, В.С.
Прищепа, Ю.В. Снитко, А.Е. Федорчук, В.Н. Иванченко, Е.А. Гоман //
РГУПС. – Ростов н/Д, 2009. – 406 с.
27. Сепетый, А.А. Задачи повышения надежности работы систем ЖАТ. /
А.А. Сепетый, А.Е Федорчук / Евразия Вести «ТрансЖАТ – 2010», 2010.
24
СЕПЕТЫЙ АЛЕКСАНДР АНАТОЛЬЕВИЧ
АВТОМАТИЗАЦИЯ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ, МОНИТОРИНГА
И ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ УСТРОЙСТВ
ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЙ АВТОМАТИКИ И ТЕЛЕМЕХАНИКИ
Специальность: 05.13.06 – Автоматизация и управление технологическими
процессами и производствами (на транспорте)
Автореферат диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Подписано к печати 27.05.2011 г. Формат бумаги 60
Бумага офсетная. Печать офсетная. Усл. печ. л. 1,4.
Уч-изд. л. 1. Тираж 100. Заказ № 38/87
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования «Ростовский государственный
университет путей сообщения».
Адрес университета: 344038, г. Ростов-на-Дону, пл. Ростовского
Стрелкового Полка Народного Ополчения, 2.