автореферат диссертации по транспорту, 05.22.08, диссертация на тему:Методы и средства анализа качества функционирования систем автоматики и телемеханики на перегоне

р ^ 5 О Л правах рукописи

^ РУБИНШТЕЙН Николаи Игоревич

УДК 656.212.5:621.388

У1ЕТОДЫ И СРЕДСТВА АНАЛИЗА КАЧЕСТВА ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ СИСТЕМ АВТОМАТИКИ И ТЕЛЕМЕХАНИКИ НА ПЕРЕГОНЕ

Специальность 05.22.08— Эксплуатация железнодорожного транспорта (включая системы сигнализации, централизации и блокировки)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

1995

Работа выполнена в Петербургском государственном университете путей сообщения.

Научный руководитель —

доктор технических наук, профессор М. Н. ВАСИЛЕНКО

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Л. А. БАРАНОВ;

кандидат технических наук Г. А. ГЛАЩЕНКОВ

Ведущее предприятие — проектный институт «Гипротранс-сигналсвязь» (г. Санкт-Петербург).

Защита состоится 25 мая 1995 г. в 13 час 30 мин на заседании диссертационного совета Д114.03.03 Петербургского государственного университета путей сообщения по адресу: 190031, г. Санкт-Петербург, Московский пр., 9, а уд. 7-320.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Петербургского государственного университета путей сообщения.

Автореферат разослан « ... » апреля 1995 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук

В. Б. КУЛЬТИН

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблема. Комплексная механизация и автоматизация технологических процессов железнодорожного транспорта является ваззгейизм средством повышения эффективности его работы, начиная с обеспечения необходимой пропускной и провозной способности, безопасности и точности регулирования движения, и кончая вопросами экономической эффективности.

В процессе совершенствования транспортких систем ведущую роль играет создание и внедрения автоматизированного технологического комплекса управления даизонием поездов на перегоне (АТК-П), представляющего из себя сложную систему, юслючапщую: объекты управления, напольное, бортовое и постовое техколоппеское оборудование ЕалознодоронноЗ автоматики и телемеханики, средства оперативно-даспотчорского управления и разнообразный персонал для обслуживания всего котшлэкса.

В большинства исследований проблема апализа эффективности функционирования АТК-П рассматривается либо на уровне отдельных подсистем управления, либо в отрыве от процессов движения поездов а алгоритмов функционирования элементов технологического комплекса в реальных условиях эксплуатации.

Слояность решения укозенноЗ проблемы связана с необходимостью оСыэдпвэпзя разпообрвзншс катематэтзских катодов и моделей в единую сястсму; СольаоЗ трудоемкостью проведения таких исследования аналитическими катодами, учитывавшими параметры надежности и свойства внешяэЯ среда; а также требованиями достижения высокой точности и достоверности оценки исследуемых показателей.

Анализ результатов известных исследований процессов функционирования систем класса АТК-П, выполненных специалистами *:е>Л''.чв

1

дорожного транспорта, а также в смокшхг областях, показывает, что наиболее успешное решение поставленной проблемы моевт Оыть достигнуто при помогай методов кхлтедаошгаго кодолирсйанкя. Перспектив-, ность и эффективность имитационного моделирования постоянно увеличиваются с" ростом объемов памяти, бцстродействия и совершенствова-нкя математического обеспечегшя современных ЭВМ. При атом открываются возможности кэ только анализировать различные характеристики комплекса в целом, но и реветь актуальные задачи структурного, алгоритмического и параметрического синтеза АТК-П.

Диссертационная работа выполнена в соответствии с планом работ по теме 6.10 проблема 2.2.1. Программа многостороннего сотрудничества в области создания и внедрения САПР на 1986-1990 гг., а такжо "Отраслевой программой работ на 1986-1990 гг. и на период до 2000 года в области создания и развития САПР в МПС" (приказ {Министра от 27.05.85 г.).

Целью диссертационной работы является разработка теории и катодов анализа АТК-П и их. практическое внедрение на г-елезяодороЕаом транспорте для исследования качества функционирования слокннх систем автоматики в телемеханики.

В диссертационной работе разработан теоретический аппарат для комплексного анвзиза качества функционирования АТК-П. Решение етой научной задачи способствует повышению качества функционирования слохэшх систем ЕАТ а уволзчена» эффективности их разработки и эксплуатации.

Основные направления выполненных исследования:

- теоретическое обобзенаэ вэтодов качплэксного анализа показателей качества функционирования АТК-П п разработка принципов их исследования с использованием имитационного моделирования;

- разработка методов имитационного нод^фования дискретных

устройств АТП с учетом еозмоеиости исследования влияния отказов;

- разработка методов и алгоритмов исследования влияния отказов дискретных схем автоматики нв процесс функционирования технологического комплекса управления лвигешвм поездов на перегоне.

- разработка принципов построения экспертных систем с использованием в качество базы зншшй кмитзцпошагх моделей и ¡ц реализация в действусаэй экспертной систокэ по проверке надежности и безопасности • схем автоматики.

Методы исследования. Теоретические исследования выполнялись на основе теории модзлирсвания, методов математической статистики и планировать экспериментов, теории систем массового обслуяивэ-ния, теорж: коночных автоматов.

Достоверность научных полояений подтверждается акспергслэн-тальноЗ проверкой адекватности разрабо?аквого кс.отдокса моделей; внедрением рекомендаций, получвнпнх кп основе имитационного моделирования по совершенствовании роальвцх и проектируема* систем SAT: включением в опнтнуа л постоянную яксплуатадазз па предприята-ях транспорта программных продуктов, разработанных на основе предложенной теории моделирования.

Научная новизна работа заклинается в слздуювем: предложены состав, структура и концепция построения я использования базовой имитационной подели АТК-П, поззолявдой гфХективяо ревать задзчл комплексного анализа систем;

разработана методика сквозного синтеза нотационных моделей, обладающая свойством универсальности, учитывающая епецкфпсу анализе АТК-П и соЕмещаацая процесс построения модели с поэтапной проверкой ее адекватности;

разработана методика анализа качества функционирования АТК-П ь условиях возникновения и устранения о та а зов лвбых составляющие

элементов. С этой целью предложены: математические схемы моделей отказов элементов, методика последовательного анализа влияния отказов из заданного списка на работоспособность АТК-П с использованием данных схемного к системного моделирования.

Практическая ценность полученных в диссертации результатов заключается: в разработке эффективных методов комплексного анализа слоеных систем EAT, позволяющие повысить качество проектировашя и вксплуатации этих систем; в разработка и внедрении програглшых средств для реализации предложенных usгодов анализа. Результата исследования легли в основу рекомендаций по повышению надегности п безопасности ряда реальных систем ЖАТ, создания систем автоматизации проектирования и экспертных скотом Еэлезподорокной евтоматша.

Реализация результатов работы. Диссертация выполнялась в рачках более чем 15 том научно-исследовательских работ в период с 1984 года по настоящее время. С использованием методов шштвцаонэ-го моделирования выполнен анализ эф&жтивяоетн и разработаны рекомендации по повышению надежности, безопасности и оргакпзащш технического обслуживания систем ЭЦ-И, УСАБ и УСАБ-М.

В 16 организациях транспорта внедрены программные продукты комплексной системы автоматизации проектирования £ДТ, разрабетыва-емой на основе предложенных в диссертации шитациошшх моделей.

Результаты диссертационной работы внедрены в учебный процесс при подготовке студентов по специальности "Автоматика, телемеханика и связь на келезнодорокном транспорте" и включены в учебные программы по дисциплине "Математические модели в задачах на ЭВМ".

Апробация работы. Основные результаты, полученные в диссертационной рябото. докладывались и обсушились на:

- Всесоюзной конференции "Моделирование систем и процессов управления нп транспорте" в г. Москве (1991 г.);

k

- Всесоюзном научно-тохгачесхом семинаре "Создание и развитие САПР в строительства и подготовка кадров для автоматизации проектирования" в г. Москве (1988 г.);

- Международной' конференции по статистическому моделировашго и оптимизации сложных систем "ШЦ-З" в г. Санкт-Петербурге (1992 г.).

Публикации. По тега диссертационной работа опубликовано 0 печатных работ.

Объем работа. Диссертация состоит из введения, четырех глав, и заключения. Она содержит 114 страниц основного текста, 22 рисунка, 5 таблиц, список литератур; пз 107 наименований, 11 приложений НП 71 с.

ОСНОВНОЕ СОДЕЕИНИЕ РАБОТЫ

3 первоЯ глава диссертация определено понятие айта'ятизиро-ешшого технологического кстялекса управлзгшя двиганном поездов как слоеной система 5 и Фзрлаяизованэ задача исследования показателей офгзхтпеностп я этого кс"пл<?кс9, которая сводятся в 0б'и,0ч гэдо к опртгелзшя фзппяпопзла вида , Ла, Р3, сд, 7Т, '«с,

Т), где Е ' - гзюпостпо эломзнтов, составляющих даинуи систему 5; Л0 - алгсрлтд! фунхцгюпнроввкпя элементов множества К8; Р0 -парп;:отрч элементов, суяоственше для процессов функционирования; С - характеристики структурной оргвякзацки системы Б; V - вектор технологической нагрузки система, заданная параметрами входного потока поездов; Ус - вектор влияния на систему Б внегпнеЯ среды (вкяэчоя вектор потока отказов У0); - вектор влияния сястрму технического обслуживания; Т - врзг/л, в течение которого определяется показатель рффоктивности Я.

Показано, что в качестве показателей эффективности функционирования АТК-П могут рассматриваться показатели уровня безопасности движения поездов; производительности технологического комплекса; точности регулирования графика, скорости движения н остановка в заданной координате и т.п.

Приведен анализ результатов известных исследований функционирования сложных систем, выполненных специалистами келезнодорозаюго транспорта, а твккэ в смежных областях, который показывает, что наиболее успешное решение поставленной проблемы анализа И может бить получено методами машинного анализа на основе математического аппарата имитационного моделирования. Показано, что известные метода оценки показателей качоства Функционирования АТК-П не решают задачи их комплексной оценки, в отсутствие методологического единства не позволяет создать эффективную систему проектирования АТК-П, обеспечивающую построение систем с заданными показателями качества функционирования. Поэтому для ровения этой задачи необходимо разработать имитационную кодель АТК-П,. в которой модель объекта будут составлять имитационные модели системы на схемном и функциональном уровне, позволящае отражать реальный процесс функционирования системы АБ, АЛС. САУТ и АПС с учетом потока поездов а отказов У0. Прл этоа системная модель АТК-П, отражающая структуру Са а параметры системы Р0, позволит получить вектор входных воз действий на схема АБ, АЛС и АПС, а схемная модель, отражаемая алгоритм функционирования ¿Б - получать вектор ешодкых реакций этих систем с учетом отказов элементов комплекса, с помощь» передаточной функции

Во второй главе диссертации истолнеи синтез универсальной имититвционной модели дискретных устройств АТП.

Внешняя среда в данной модели отображается генератором набо-

ров входных сигналов Х^), где 2Ж, эе=Т7К - сигнал на х входе устройства, К - количество входов ДУ, подаваемых на ДУ. При включении КМ ДУ в модель АТК-П последовательность Х^) определяется реалиа-ззцией технологического процесса в ИМ АТК-П. Кввдый сигнал из набора описывается одной структурой, содержащей номер входа, время появления или пропадания сигнала, признак появления или исчезновения и номер состояния схемы, в котором она долхна находиться к моменту появления сигнала на входе. ■

Каждому реле1 и^ в модели соответствует элемент структуры, содержащий временные параметры данного реле в данном эксперименте т, тзкупее состояние реле з, схему включения реле матрицу сеязи с другими элементами НГи^), которая строится программой автоматически на основе анализа всех й=-Т7$.

В схеме включения реле положительное число указывает на фрон-тог-ой контакт реле с соответствующим номером, а отрицательное число - ез тыловой. Последовательное включение контактов обозначается сгаволом *, а параллельное - символом +.

Модуль контроля работоспособности осуществляет сравнение установившегося состояния схега с заданным разработчиком для данной технологической ситуации. При аз. расхоздэюш моделирование прокра-азотся и шдаэтея временнпя диаграмма работа схемы и список тех рело, состояние которых не удовлетворяют.заданному. Также модуль контроля работоспособности осуществляет прерывание моделирования при зацикливании схеги, путем сравнения числа тактов ее реальной работа с нсгрмалышк количеством, заданным разработчиком.

Модуль ухтравленил экспериментом задает тип эксперимента (проверка работоспособности или надежности схем), напрякение питания, разброс параметров реле, число проверяемых схем и т.п.

Модель реле представляет из себя универсальный программный

?

модуль, моделирующий вое D релэ исследуемого устройства. Для обеспечения адекватности ИМ ДУ модель реле учитывает:

1) зависимость времени отпадания якоря от времени нахождения реле под током;

2) поступление сигнала подпитки до окончания времени отпадания;

3) поступление нескольких сигналов на реле во время перелета якоря.

Для оценки работоспособности системы при колебаниях питавшего напряжения и разбросе характеристик релэ, предложенная структура ИМ РКС дополняется блоком, модифицирупцим временные параметры ролэ (время притякения гп и время отпадания tQ). Новое время Т вычисляется по формуле г'=тн*К, гдэ *сн - нормативное значение врамекно-го параметра, К - коэффициент, отрэяаювдай изменение времени т пра изменении питанного напряжения. Значение К вычисляется нз непрерывной функции методом кусочно-линейной интерполяции. Значения данной функции были получены с помоаьв теории переходах процессов в цепях RL, путем усреднения данных по нескольким типам реле.

Для оценки внезапных отказов разработана методика: сначала проводится эксперимент при номинальных значениях параметров элементов системы и получается идеальная выходная последовательность Z. После этого задается список неисправностей (номера реле е ех состояние) и при этих s:e временных параметрах проводится эксперимент с неисправностью. В этом эксперименте релэ с соответствующим номером присваивается заданное состоянио и все сигналы, поступавшие на это реле не обрабатываются. Остальные реле работают по алгоритмам, рассмотренным выше. В результате эксперимента получается выходная последовательность Zi при i-ой неисправности, которая

сравнивается с идеальной последовательностью Z до первого расхок-

8

дения.

Взятой задачей исследования работы ДУ является моделирование его работы как "черного лайка", т. к. включение схемных моделей ДУ ЖАТ непосредственно в состав ИМ АТК-П вызывает определенные трудности, вызванные ограниченностью ресурсов современных ПЭВМ и сложностью согласования программных средств схемного и системного моделирования. С этой целью разработана модель ДУ ЖАТ как обслуживэ-паего прибора х, перерабатывающего входную рабочую последовательность дискретных сигналов -(ВРП) в выходную рабочую последовательность. Кзядый входной двоичный вектор последовательности ВРП рассматривается как заявка на обслуживание. Модель операции, выполняемой с этой заявкой, состоит в изменении внутреннего состояния Y и выходного набора Z автомата.

Функция обслуживания заявки по времени заключается в опредэ-лэшш времени т^ переходных процессов в ДУ при изменении его внутреннего состояния под воздействием входного набора. Время ».газет быть задано детерминированной величиной, либо принимает некоторые случайные зваче:шя с заданным законом распределения.

При моделировании ДУ SAT нэ системном уровне в рамках приведенной математической схемы описывается широкий класс отказов ДУ -различные виды сбоев в работе автомата и отказов в избыточных элементах; постепенные отказы логических элементов, выражающиеся в изменении времени переходных процессов; все еиды реализаций "неисправностей" з передаточной функцаи zWfX.Y.t), где -соответствующая функция неисправности. Для получения реализации Pl(X,Y,t) предлагается использовать результата схемного моделирования ДУ SCAT.

Эффективность предложенного метода моделирования проверена на

модели реальной сигнальной точки унифицированной систега АБ, oras-

9

ошаомсЛ множеством дискретных сигналов: входных X (вхлвчая под-шогасгвв от путевых датчиков Хп, светофоров Х0. смежных сигналь-1шх точек Х^, увязки со станциями и перэездш^з Ху, прочих внешних воздействий Хв); внутренних сигналов У, описываивдх взаимодействио отдельных функциональных блоков сигнальной точки; выходных сигналов Ъ (включая подмножества сигналов, воздоПствущих па светофоры 1С, смежные сигнальные точки путевые датчики 1Е, устройства увязки со станциями и пореоздачи гу).

КозаЕис.с.ими входным! перемешпап модели, определяющими переходы сигнальной точки из одного состояния1 в другое являются: -состошше блок-участков (1 - (-ыЗ блок-учосток свободен; О - (-ый Олок-участок занят); Хп{ - состояние путевого рело 1-го блок-участка (1 - рале включено; 0 - реле выключено); испрашость основной (резервной) нити красной лампы Х0{(Хр1) (1 - кать исправна; О -нить неисправна).

Внутренними перашшпаа {¿одели сигнальной точка УСАБ являются: наличие контроля об исходе тестовой проверки работы путевого роле (1 - исход положите льшЗ; О - исход отрицательный); контроль фактического занятая поездом блок-участка Укз{ (1 - участок фактически занят; 0 - участок фактически свободен); контроль фактического освобоздэния поездом блок-участка Уо1 (1 - участок фек-тпчески свободен; О - участок фактически занят).

Выходные гореиенные шдвдя сигнальной точки включают: сигналы шшявння красной ), кэлтой (г^ц) а звлвноа (г^) светофорных ламп <1 --дашга вюшчэаа; 0 - лагла вшишчэна); сигналы включены кодов КН (2^). г (га!(}, 3 в релъсовув лини» (1 - код вхлшоа; 0 - код вэ включен.

Внутренние шрвгвепкые Т в реальной схема сятнальной точки ¿5 реализуете« специальная схеыаш фазочаототного. дешифратора (Уд£),

тестовой проверки (Ут{), контроля занятости (Ук3() и контроля освобождения (У0 ^). При моделировании эти перемегаше могут Сыть описаны слэдутеими система'® уравнений:

удГ*п«яд. <"

где Нд - логическое условие положительного исхода дешифрации состояния путевого реле (проверки частотных, фазовых и временных характеристик сигнала из рельсовой цепи);

ут{=хп1-.? ^гл- (2)

где - логическое условие положительного исхода тестовой проверки путевого реле (путевое реле выключается при отключении источника питания);

укз1=хп1-1 УОГХП1 ^£ + 1

Сункции включения светофорных лают с учетом входных и рентах переменных имеют вид:

2зл гх1 уд£ У0£_УТ£ Х£ + 1 уд{ + 1 уо£+1 ут{ + 1

2глГХ1 уд£ уо£ Ут1 (Х(+1 укз£+1 - х£+1 уд(+1 уо(+1 ут£+1^ 1 2 3

чм" уд1 ' Х( УД£ У01 - Х£ уд£ УТ£ Х{+1 укз1+1 * 4 5

г--*-/--==--ч

УД£ У01 Х£ + 1 Уд1+1 уо{+1 ут£+1 - ^кл£+1 хо(+1 хр£+1 Экспериментальная проверка разработанных моделей осуществлялась путем анализа схем реального проекта. Пя основании выполненного анализа разработаны предлогмнкя по внесению изменений в проектируемые схема с цэльп обеспечения их работоспособности, надежности и безопасности функционирования, которые внедрены в проектных организациях.

В третьей главе разработаны методы п припиши построения программного обеспечения для исследования влияния ДУ автоматики на

Н

(3)

(4) внут-

(5)

(6)

(7)

работу АТК-Л ¡¡целом. С этой целью синтезирована функциональная схема АТК-П и разработана структура имитационной модели для ее реализации. При этом решались задачи сокращения затрат памяти и времени моделирования.

В состав структурной схемы включены блоки, моделирувдио технологические алгоритмы работы систем автоматики, процесс движения поездов, путевой план и профиль перегона и работу напольного технологического оборудования с учетом его отказов и влияния системы технического обслуживания.

Модель технологических алгоритмов АТК-П реализует алгоритм функционирования системы АБ на трех уровнях: технологическом, функциональном и схемном. Технологический уровень модели алгоритмов устанавливает связь мезду технологическими событиями (отправлэш;з поезда со станции, проследование его по перегону и т.п.) и состоянием напольного технологического оборудования (показание сигналов, состояние рельсовых цепей и схем кодирования). Технологический уровень модели алгоритмов описывается разработчиком системы в виде логических вафагониЛ.

На функциональное уровне каадая сигнальная точка представляется в виде коночного евтоыата, шзшзго набор входных сигналов, внутренних состояний к выходных сигналов п ее работа описывается с поионью графа переходов.

Схекгшй уровень модели алгоритмов связывает внбиниа воздействия на систему и состояние напольного оборудования через функционирование электрических схем конкретной системы АБ, как было пока-ашю в глево 2.В глава уделено основное внимание созданию модели технологического уровня и получению структурно-алгоритмического описания работа систем перо гонкой автоматики, учитывакзего: идеальный елго-

ритм функционирования отдельных блоков сигнальной точки (СТ) при движении поездов; основные виды отказов функциональных блоков АБ и их влияние на алгоритм функционирования СТ и на движение поездов; влияние различных видов.избыточности АТК на процесс движения при отказах СТ; влияние системы технического обслукивания на процесс обнаружения и устранения отказов.

Т.к. расчет и оценка показателей качества функционирования АТК-П невозможна без моделирования процесса движения поезда по блок-участку, то расчет времени движения поезда должен производиться при вступлении поезда на блок-участок, а тагом, если во время движения происходит смена показания на впереди лежащем проходном светофоре автоблокировки.

Для расчета времени дзкезния поезда учитывались следупэда Яатыв: длина блок-участка (I), уклоны элементов профит (£), дли-1М элементов профиля (г), кривизна пути (Я), ограничение по скорости демхэния на блок-учостке (Удг,п). длина состава (I), вес состава ((2), еэс локомотива (Р), число вагонов в составе (¡У), число осей в составе (п), удельные сопротивления деижэшпэ вагонов (17п) и локомотива (»'д> • сила тяги локомотива {7), сала накатил торяозных колодок (/), нагрузка на ось взгопа (<70).

В процессе двксеняя поезда гюделаропалнсь слэдуедие ситуации: ускорение (разгон) от 7 до V х, движение поезда с постоянной скоростью 7, тор.»гз1ЯЭ поезда от V до 7т1п.

Зпачекиэ кзксккальпсй скорости двжгэяпя поезда на блок-участка сцбпрп&тся ютжмалъктл из еледугащх скоростей: допустимой скорости двпгэкия, определяемой показанием напольного светофора, к которому прилагается поезд; допустимой скорости длиюмгал, опредя-ляомоЯ профилен блох-участкэ (ограничения скорости из-за плохого состояния пути, кривых и т.п.); максимальной скорости, опр«л«ля>->-

43

мой силой тяги локомотива и сопротивлением движению поезда (определяется решением дифференциального уравнения движения для данного элемента профиля).

Для упрощения расчетов и сокращения затрат времени ЭВМ при протод&нии имитационного эксперимента желательно заменить реальную нелинейную кривую ускорения линейной ппроксимацией. Среднее уско--рение рассчитывалось следуодим образом: с помощью метода (¿ПС строились кривые скорости и времени движения при изменении скорости от О до У^^. Используя формулы равноускоренного движения: У£Г_11='/0*аГ и )г/2+У Г и зная: длину блок-участка (5-1), время движения

Г *

по методу МПС (Г), начальную и конечную скорости (Уо»0 и , можно рассчитать сроднее ускорение и время движения по данному методу:

V - У

о* (8);

Т

. *р -а

Для повышения точности расчетов предлагается заменить реальную кривую двумя ускорениями: Дп - при изменении скорости двкгзкия' от 0 до У, и ¿2 - при изменении скорости от V, до УВ|ах. Значения Л1 и А?, а таете время движения Гр=Гр1^7рг рассчитываются го формулам (8) - (9). Т.к. точность расчета вреиапк дшкения зависит от выбора точки переломе У.,, то необходимо предварительно провести серию экспериментов с различными значениями У, и выбрать то значение, при котором погрешность вычисления будет шшЕиалька (твбя.1).

Таблица 1

Вид эксперимента Реям тяги Режим торможения

Т мпс ТР 5 Т мпс ТР %

среднее ускорение 9.06 10.85 19.81 1.86 1.95 5.5

2 ускорения, У-50 км/ч 9.06 9.73 7.39 1.86 1.91 2.76

2 ускорения, 7=60 км/ч 9.06 9.49 4.78 1.86 1.92 3.42

2 ускорения, У-70 км/ч 9.06 9.23 1.83 1.86 1.93 4.13

Предложенный метод расчета времени движения поезда по блок-участку позволяет на порядок сократить затраты машинного временя при прсведеющ имитационного окспери?;ента по сравнению о базовым ?зетодо!з НПС и погрешность расчетов но прэвыпвв? 2%.

В модели путевого плана л про£ялл пэрегоня репены следующие задачи: фяксацал времэпп прослодовппия какого соствва от одной станции до другой; фяксацнл скоростей движения па коядом Слск-участкэ; формирование иницивтпеши сигналов з систему автоблокировки при прослэдовании состава по рзльсоигч цепям; реализация иа-конетая скорости и времени перемещения соствва под воздействием изменения показаний проходных светофоров во время движения поезди по блок-участку; имитация одаовреиэшшх перемещений нескольких по-эздсв по перегону.

Каждый блок-участок автоблокировка! представляется обслутивч-каям узлотд, занимаемым на определенное время составом. Последовв-тэлыюсть занятая рэдьеопах цепей определяется направлением движения по пэрагону.

Методика моделирования движения поездов по блок-учосткпм, основанная на косвенной адресации их номеров, позволяет использовать

одну модель Слок-участка для имитации одновременного перемещения всех составов по любым перегонам, что позволяет существенно сократить объем программы и сделать программное обеспечение модели независящим от числа элементов системы.

В данном разделе такие приведены универсальные имитационные модели, описывающие основные устройства перегонной автоматики: рельсовые цепи, светофоры и систему технического обслуживания.

В четвертой главе предложена структура экспертной системы "ЛТ экспорт" для анализа показателей качества функционирования КАТ, включающая: базу знаний, базу даншх, прогршдлу вывода решений и программу организации диалога. Приведена общая классификация экспертных задач, определяющая область запросов данной экспертной системы и включапцая четыре раздела: разбиение задач по типу исследуемого факторного пространства ЛГф, по объектам исследования N0, по типу экспертной задачи Я3 и по виду исследуемого показателя АГП. Т. к. любые из перечисленных задач шгут встречаться в произвольном сочетании, то общее число экспертных задач, posaowjx "АТ-эксперт", кокет оцениваться величиной ¡¡•И^0*Я5*НП.

В главе наиболее подробно разработаны: алгоритм контроля функциональной полноты дискретных схем SÄT и алгоритм комплексной проверки безопасности система с оценкой показателей безопасности.

Комплексная методика анализа показателей качества функционирования дискретной СЖАТ реализована с помощью специальной малпшной программы вывода решений, включощей следупдио основные блоки: настройки ИМ АТК-П и ИМ CSAT на объект и задачу анализа; вычисления идеальной передаточной функции CSAT на основе ИМ АТК-П; предварительного сокращения списка отказов CSAT; вычисления выходных рабочих последовательностей на ИМ СЖАТ; окончательное сокращение епигк!) отказов; определение интегральных удельных потерь показате-

ÎS

ля качества функционирования; оценка показателя эффективности функционирования.

Для эФ^ктиекой организации диалога между пользователем и ПЭВМ при формировании баз данных для объектов автоматизации разработан язык описания путевых объектов ЖАТ, основанный на использовании "меню" графического ввода данных (путь, стрелка, изолирующий стык, светофор, тупик и т.п.) и сделана его программная реализация.

Заполнение библиотеки объектов автоматизации осуществляется с использованием специальной программы формирования однониточных планов, игле щей следувдие возможности:

1) построение плана перегона п станции строится с использованием библиотеки элементов, разделенной на классы: участок пути, светофор, изолирующий стык и т. д.;

2) ввод элемента осуществляется со всеми атрибутами, присущими данному классу (например, для светофора - именем, ординатой, типом мачты, числом трансформаторных ящиков, знатностью сигнальной голоеки и т. п.);

3) тлеется возмогзюсть выделить фрагмент плана и осуществить его перемещение или удаление;

4) после построения плана осуществляется проверка соответствия расстояния менду отдельными элементами минимально допустимым, определяемым по габаритам приближения строений;

5) такяе после построения плана станции формируется перечень всех поездных и маневровых мзршрутов, положения стрелок для них, таблицы взаимозависимости сигнальных показаний для поездных маршрутов, а также таблицы негабаритных участков.

Заполнение библиотеки принципиальных электрических схем осуществляется программой графического редактора с автоматическим

формированием файла электрических соединений, а на его основе и имитационной модели схем. Данная программа позволяет разработать библиотеку графических элементов схем (контакты, реле, диоды, резисторы и т. д.), формировать из них различные схемы железнодорожной автоматики с возможностью их корректировки (перемещение, копирование, вращение выделенного фрагмента схема). Каядый элемент схемы при его вводе получвет соответствующие атрибуты - имя, монтажное место на стативо, тип элемента, что позволяет получить описание схемы для имитационной кюдэли. Каэдый библиотечный элемент строится из простейших фрагментов - ликлЗ, прямоугольников, окружностей и их дуг, что позволяет быстро корректировать ог-о изображение.

Калибровка имитационной ьюделн, составлявшей основу базы знаний системы, выполнена на двухпутном перегоне С-ПотерОург - Тосно, оборудованном кодовой АБ.

Для проверки адекватности модели били получокы ксполкенкыз графики движения грузовых и пзссаюфскпх поездов на данном участка. Эти данные были использованы для сравнения с дашамн кодолкро-вшгая движения заданных категорий поездов.

Отклонение от графика времени прибытия на ст. Тосно из кодели по грузовым поездам составляет 4.6S, а по пассахирскпм - 4,095.

Полученные данные позволяют утзэрздать, что для того чтобы обеспечить пятипроцентный доверительный интервал оценок показателей работы АТК-П, наиболее подверженных влияния пароходных процессов [фи доверительной вероятности равной 0,95 достаточно проводить моделирование работы комплекса в течения 12 часов.

а

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основании проведенных исследований получены следующие результаты:

1. Введены комплексные показатели эффективности функционирования АТК-П, позволяющие оценивать.влияние постепенных и Енезвпных отказов элементов.

2. Разработана модель реального функционирования АТК-П, отоб-ранапдая фактическое перемещение поездов, параметры технологического оборудования и алгоритмы функционирования системы управления, что позволяет проводить комплексную количественную оценку показа-телзцй на стадии разработки и проектирования.

3. Предложены способы построеш!я программного обеспечения модели реального функционирования, позволяющие:

1) обеспечить настройку ¡"! АТК-П для кошфетного объекта на уровне исходных данных;

2> сократить требуемый объем памяти ЭВМ в 20 раз за счет универсализации отображения блок-участков.

4. Разработаны .методы анализа релейно-контактных схем ЖАТ, позволяйте оценивать их работоспособность и надежность.

5. Разработана экспертная система для анализа показателей качества функционирования систем автоматики и телемеханики, основанная на использовании в качестве базы знания разработанного комплекса имитационных моделей п позволяйсяя повысить эффективность мвтодоз анализа,

6. Предложенные методы, алгоритмы и программы внедрены при разработке и проектировании новых систем автоблокировки и эл<>м«н -тов САПР.

Основные результата диссертации опубликована в следукцих ра- -Сотах:

1. Рубинштейн Н.И. Синтез имитационной модели процесса движения поездов/Жикропроцэсссршэ систем на келезкодорозшоы транспорте: Сб. науч. тр. ЛШИТя. - Л., 1991. с. 54-59

2. Анализ работоспособности систем автоматики средствам вычислительной техники/И.Н.Василенко, Д.С.Марсов, А.С.Терентьев, И.Г.Кра-совская, Н.И.Рубинштейну/Автоматика, телемеханика и связь. - 1987. - » 8. - с. 17-18

3. Анализ работоспособности и надежности ролейно-контактных схем мотодом имитационного иоделнрованкя/С.П.Бокалов, М.Н.Василенко, И. И.Рубинштейн//Автоматика п вычислительная техника на келезнодорог-ном транспорте: Сб. науч. тр. JUUSTa. - Л., 1986. - с. 55-60

4. Экспертная система оцэшш показателей эффективности функцаони-рования высокоскоростной магистрали (ВСН-ЭКС1ЕРТ) на основе машинной имитационной модели перегона/?.!.Н.Василенко, В.П.Быков, Н.И.Ру-Синштейн/Л!одвлироваше систем и процессов управления на транспорте: Тез. до}сл. Всасовз. конф. Москва, 1991. - с. 172-173

5. Complex oi the baso uodels for tha task3 оI opttalzlng railway automatic and telemechanic complicated systema/lUJ.Vooilenico, V.P. Bykov, M.S.Korotkov, H.I.Rublnshteln, M.Y.Tinln//TUird International workshop on model oriented data analysis (L'ODA-3): Тез. докл. Мэзд. конф. Сшшт-Пэтербург, 1992. - с. 33-34

6. Применение комплекса базовых имитационных моделей для рсшония задач обеспечения, надекаости и безопасности систем е.д. автоматики а телемэханлки/Ы.Н. Василенко, Д.С.парков, К.И,Рубинштейн, М.Я.Ту-млн/л;оделироввииа систем "и процессов управления на траиспорто: Тез. докл. Все союз. кон®. Москва, 1991. - с. 77-78

7. Автоматизированное рабочее та сто проектировщика систем £.вто.чз-

тпческой блокирсвки/С.П.Бакалов, М.Н.Василешсо, Н.И.Рубинштейн, А. С.Терентьев/У Автоматика, телакеханика п связь. - 1587. -Л4. - с. 7-8

8. Система автоматизации проектирования п анализа проектных реие-нпй при капитальном строительстве и ремонте автоматической блоки-рошси на гелэзнодородном транспорто/М.Н.Василенко, Н.И.Рубинштейн, А.С.Терентьев, Ц.И.Шлосборг//Созданае и развитие САПР в строительстве и подготовка кадров для автоматизации проектирования: Тоз. докл. Всесопз. науч.-тот. семинара, Москва, 30 окт. - 3 нояб. 1983 г. - ?йсква, 1988. - с. 7-8

Рубинштейн Николай Игорепнч

Подписано ;: печати C7.04.S5 г. Усл.п.л. 1,3

Печать о-'сепа::. гз для и::охит.апп. Формат 60x84 1/16

Т..ра~. 100 экз. 3.-.:аз '.:

т~31, С-Лмесбург, «оскозсялЗ по.,9

21