автореферат диссертации по транспорту, 05.22.08, диссертация на тему:Разработка методов управления, контроля и диагностики устройств железнодорожной автоматики и телемеханики

Л

ЗАВЬЯЛОВ Антон Михайлович

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ УПРАВЛЕНИЯ, КОНТРОЛЯ И ДИАГНОСТИКИ УСТРОЙСТВ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЙ АВТОМАТИКИ И ТЕЛЕМЕХАНИКИ

Специальность 05.22.08 — «Управление процессами

перевозок»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ЗАВЬЯЛОВ Антон Михайлович

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ УПРАВЛЕНИЯ, КОНТРОЛЯ И ДИАГНОСТИКИ УСТРОЙСТВ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЙ АВТОМАТИКИ И ТЕЛЕМЕХАНИКИ

Специальность 05.22.08 — «Управление процессами

перевозок»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Работа выполнена в Российском государственном открытом техническом университете путей сообщения (РГОТУПС)

Научный руководитель— доктор технических наук,

профессор

Алексеев Виктор Михайлович

Официальные доктор технических наук,

оппоненты: профессор

Ведущая организация - Петербургский государственный университет путей сообщения

Защита состоится «31» октября 2006 г. в 13 час. 00 мин. на заседании диссертационного совета Д 218.009.02 при Российском государственном открытом техническом университете путей сообщения (РГОТУПС) по адресу: 125993, г. Москва, ул. Часовая, 22/2, ауд. 344.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке РГОТУПС.

Автореферат разослан «29» сентября 2006 г.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять по адресу диссертационного совета.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 218.009.02,

Волков Анатолий Алексеевич, кандидат технических наук, доцент

Наговицын Виктор Степанович

доктор технических наук, профессор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Внедрение современных средств автоматизации является одним из важнейших направлений развития железнодорожного комплекса, обеспечивающего безопасное движение поездов. В настоящее время наибольшей актуальностью с точки зрения конкурентности ОАО «РЖД» стали вопросы увеличения скоростей движения пассажирских поездов до 350 км/ч, а грузовых — до 160 км/ч. Существующие системы управления движением поездов не позволяют обеспечить таких скоростей движения. Использование достижений современной системотехники позволит обеспечить более эффективное и безопасное управление перевозочным процессом. Применение микроэлектронной техники в системах управления и контроля не только улучшит условия труда, но и повысит достоверность оценки технического состояния, снизит расходы на строительство и обслуживание систем. Поэтому разработка новых систем железнодорожной автоматики и телемеханики, основанных на современных технологиях в области электроники и телекоммуникаций является актуальной научной задачей.

Использование микропроцессорной централизации для решения задач управления движением поездов имеет ряд неоспоримых преимуществ по сравнению с релейной централизацией.

В настоящее время задачи, связанные с созданием надежных микропроцессорных систем управления устройствами железнодорожной автоматики, а также сопряжения этих систем с объектами, находятся на стадии решения.

В данной диссертации предложен ряд подходов как к построению систем управления объектами железнодорожной автоматики, так и в безопасном управлении этими объектами с использованием современных технологий в области силовой и микроэлектроники.

Настоящая работа является частью комплексных исследований в области управления, контроля и диагностики объектов железнодорожной автоматики, проводимых на кафедре «Транспортная связь» Российского государственного открытого технического университета путей сообщения.

Цель и задачи исследования. Целью исследования является разработка методов управления устройствами железнодорожной автоматики и телемеханики (ЖАТ), основанных на контролируемой и синхронизируемой передачи информации и электрической энергии,

используя различные пути доставки. Разработка методов контроля и диагностирования схемы управления устройствами ЖАТ с использованием теории распознавания образов. Техническая реализация схемы управления стрелочным приводом с возможностью ее интеграции непосредственно в управляемый объект, построенная на базе разработанных методов управления, контроля и диагностики.

Для реализации поставленной цели решались следующие задачи:

■ анализ принципов и методов безопасного управления, контроля и диагностики объектов ЖАТ, заложенных в существующих системах и обоснование необходимости разработки новых принципов построения систем управления объектами железнодорожной автоматики и телемеханики;

■ разработка методов безопасного управления;

■ построение схемы управления объектом ЖАТ на базе разработанных методов и оценка параметров надежности схемы управления;

■ разработка и построение модели контроля и диагностирования схемы управления объектами ЖАТ;

■ разработка технических решений реализации схемы управления объектами ЖАТ на примере схемы управления стрелочным электроприводом.

Объектом исследования является часть системы управления, которая осуществляет взаимодействие непосредственно с исполнительными объектами ЖАТ, подавая на них управляющие воздействия и принимая контрольную и диагностическую информацию.

Методы исследования. Для решения поставленных в диссертации задач используются методы математического моделирования, положения теории надежности и теории распознавания образов.

Обработка результатов исследования выполнена в математической среде MathCAD и среде схемотехнического моделирования SIMetrix с использованием персонального компьютера типа IBM PC.

Достоверность основных научных положений и выводов обоснована корректностью исходных математических положений, подтверждена математическим моделированием и

экспериментальной проверкой в лабораторных условиях.

Научная новизна.

1. Для повышения отказоустойчивости и обеспечения безопасного управления разработан метод контролируемой и синхронизируемой передачи информации и электрической энергии, используя различные пути ее доставки.

2. Разработан элемент, осуществляющий контролируемую передачу электрической энергии от источника к объекту. Доказана безопасность схемы управления, построенной на этих элементах.

3. Определена зависимость между временем и количеством передаваемой энергии через ограничивающий элемент для реализации функции автоматической реконфигурации схемы управления в случае выхода из строя каналов управления.

4. Для заданного множества диагностируемых состояний схемы управления установлены наиболее значимые признаки, характеризующие данные состояния, на основе которых, с помощью лингвистического метода распознавания, получены решающие функции определения технического состояния объекта диагноза.

Практическая ценность. Разработаны методы управления, контроля и диагностики, которые позволят использовать новые подходы в организации безопасного взаимодействия с исполнительными объектами железнодорожной автоматики и телемеханики.

Предложена и обоснована методика выбора семейства микроконтроллеров для схемы управления. Рассмотрены варианты организации каналов передачи информации с использованием современных беспроводных технологий, из которых определены наиболее перспективные.

Предложены технические решения построения узлов схемы управления устройствами ЖАТ, с использованием современной элементной базы.

Реализация работы. Диссертационная работа выполнялась в рамках фундаментальных и поисковых научно-исследовательских работ, осуществляемых по указаниям министра путей сообщения России: «Разработка системы управления и мониторинга устройств СЦБ нового поколения» (2004 - 2005 гг.). Результаты исследований применялись также при разработке автоматизированной системы контроля «АСК ТЕСТ-М».

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы и ее отдельные результаты докладывались и обсуждались на заседаниях кафедры «Транспортная связь» РГОТУПС, научно-технических советах с участием представителей компаний (Motorola, Nortel).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 5 печатных работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников и приложений. Работа содержит 117 страниц машинописного текста, 45 рисунков, 6 таблиц и 4 приложения. Список использованных источников включает 74 наименования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении кратко обоснована актуальность работы и поставлены основные задачи исследования.

В первой главе проведен анализ принципов и методов безопасного управления, контроля и диагностики, применяемых в существующих системах электрической централизации (ЭЦ).

В основе обеспечения безопасности релейных систем ЭЦ лежат реле первого класса надежности, в которых вероятность непреднамеренного замыкания общего и фронтового контакта является очень малой величиной (несимметричная характеристика отказа). Безопасность в микропроцессорной централизации (МПЦ) достигается благодаря резервированию аппаратных и программных средств, организации внутрипроцессорного и межпроцессорного контроля и безопасному поведению при отказах.

Серьезной проблемой при построении МПЦ является организация взаимодействия с исполнительными объектами. Схемные решения устройств сопряжения с объектами (УСО) не должны иметь опасных отказов, т.е. с определенной вероятностью должны исключать ложное включение исполнительных объектов на выходе УСО при отказе его элементов.

В большинстве действующих систем МПЦ согласование . управляющего вычислительного комплекса с напольными объектами (стрелки, светофоры, рельсовые цепи и др.) выполняется через дополнительные релейные схемы сопряжения.

В результате анализа существующих систем ЭЦ выявлен ряд недостатков:

■ использование релейной аппаратуры в качестве устройств сопряжения с объектами ЖАТ;

■ использование закрытых коммуникационных протоколов и технологий, не позволяющих применять современные технические решения организации каналов передачи данных, обладающие широкой функциональностью, в том числе и встроенными средствами обеспечения информационной безопасности;

■ отсутствие возможностей распределенной обработки информации и самодиагностики объектов управления;

■ разработка систем управления и диагностики различными исполнителями, вследствие чего сопряжение и увязка систем происходит уже на этапе внедрения или эксплуатации;

■ большой расход кабеля из-за пространственного разделения объектов и их схем управления.

Основываясь на передовых технических решениях, предлагаемых такими компаниями, как Cisco, Motorola, Nortel, Alcatel и др. в университете была проведена фундаментальная работа, в которой представлены различные варианты реализации системы управления объектами ЖАТ с использованием современных коммуникационных технологий.

Вторая глава посвящена разработке методов безопасного управления объектами ЖАТ.

Основой метода управления, исключающего опасные отказы, является контролируемая передача информации и электрической энергии от источника к объекту. Причем передача энергии осуществляется не по одному, а по нескольким путям доставки с синхронизацией работы элементов, осуществляющих передачу энергии. Представлена модель системы управления объектами ЖАТ, и рассмотрены принципы построения и работы безопасной схемы управления, осуществляющей контролируемое изменение состояния объекта. Рис.1 поясняет реализацию предложенного метода управления.

Основой схемы управления является коммутатор, который определенным образом соединяет источники энергии с объектом управления. Доставка энергии от источников к схеме управления осуществляется несколькими путями LVh доставка энергии от схемы управления к объекту — по разным каналам LYk.

Элементом, обеспечивающим контроль передачи энергии, является ограничивающий H - элемент с однонаправленным отказом. Однонаправленный отказ — это зависимый отказ H - элемента с невозможностью самовосстановления работоспособности. Он обладает следующим свойством: за определенный интервал времени

Источник энергии

Рис. 1. Структурная схема организации работы синхронизируемого

коммутатора

Д/ элемент может пропустить через себя энергию величиной, не большей Если величина передаваемой энергии превышает заданный порог то элемент прекращает передачу энергии,

которая осуществляет управляющее воздействие, и, соответственно, отключает канал управления, т.е. произойдет исключение пути доставки энергии до объекта.

Определив параметры элемента: Р — пропускная мощность элемента, Рн — номинальная мощность элемента, Аг — время управляющего воздействия, м>х — критическое значение передаваемой энергии и его свойства:

[1, если (Р - Рн)А1 < \»г,

Н = /{Р,Рн,= ■

[О, если (Р - Рн)А/ > XV;, была получена математическая модель ограничивающего Н - элемента с однонаправленным отказом, графическое представление которого изображено на рис.2.

Поиск решения производился в пространстве дробно-рациональных функций, с использованием в качестве аргументов полиномов трансцендентной функции ех:

00

Ь0+Ь{ех+Ъ1(е*У+Ьъ{е*У+Ь>(<е*У+...

у=0

где у = Н, х = (Р - Рн)& - а а, и ¿>7 - искомые коэффициенты.

Результат - математическая модель ограничивающего Н - элемента - получен в следующем виде:

1 + еА

Н(Р,Рн,А= , . » (1)

А1,

ДЬ

А1з

Рис. 2. Графическая интерпретация принципа однонаправленного

отказа

где Р — пропускная мощность элемента, Рн — номинальная мощность элемента, Аг — время управляющего воздействия,

— критическое значение передаваемой энергии, А — параметр, определяющий крутизну перехода из единичного в нулевое состояние для полученной модели Н - элемента. Доказательство безопасности схемы управления, построенной с использованием ограничивающего Н - элемента осуществляется следующим образом: предполагается, что опасным отказом является прямое соединение источника питания с управляемым элементом объекта, в результате которого возможно ложное изменение состояния объекта. Затем производится анализ различных отказов схемы управления с рассмотрением поведения схемы управления и ограничивающего элемента при этих отказах. Этим, доказывается, что любой отказ схемы управления является защитным отказом, который заключается в однонаправленном отказе ограничивающих Н - элементов.

Процесс передачи энергии производится последовательно каждым каналом управления через ограничивающий Н - элемент в течение определенного интервала А/, то есть каждый канал осуществляет управляющее воздействие Хк, представляющее собой порцию энергии, которая необходима для изменения состояния

объекта управления. Для организации эффективного управления, в случае отказа некоторых каналов, должна произойти автоматическая реконфигурация схемы управления, с целью перераспределения функции по передаче энергии между исправными каналами

л:

управления, чтобы общее количество энергии IV = ^Хк,

к= I

передаваемое на управляемый элемент объекта, не изменилось. Для этого производится определение зависимости величины передаваемой энергии или управляющего воздействия Хк от временного интервала А1 для к-го канала управления. Для решения данной задачи применим теорию рядов.

Рассмотрим общий случай, где данная связь представлена в виде ряда Тейлора:

<=0

Определим зависимость между управляющим воздействием и его производной. Она может носить как линейный, так и нелинейный характер, вследствие чего, зависимость представлена через уравнение, использующее ряд Лорана. Ограничимся первыми тремя членами этого ряда:

= а0 (А )+ а, {Лг )-Хк (А ) + а2 (л )• Хк (А Г •

Значения коэффициентов а0, ах и аг представим также в виде ряда Тейлора:

1= О (=0 1=0

Результат решения поставленной задачи - получена рекуррентная формула определения коэффициентов кх\

\Кх)о , + у=0 У

где В0)= ¿(О,-(О,-,, (Оо*0.

(2)

/=0

В итоге, задавшись начальными условиями — значениями коэффициентов: а0, ах, а2 и (к^0 Ф 0, можно найти все коэффициенты ряда Тейлора, описывающего взаимосвязь управляющего воздействия и интервала Л1.

Оценку параметров надежности разрабатываемой схемы управления объектом производим с помощью метода дерева

неисправностей. Основной целью построения дерева неисправностей является символическое представление существующих в схеме условий, способных вызвать ее отказ. Нежелательным (завершающим событием) в рассматриваемой схеме является отказ объекта управления. После построения дерева неисправностей и проведения его минимизации получаем следующее выражение для нахождения вероятности отказа объекта управления:

где Р(Ооу) - вероятность отказа объекта управления;

Р(Обу) — вероятность отказа блока управления;

Р(Омк1) - вероятность отказа модуля организации канала связи 1;

Р(0„) - вероятность отказа каналов управления;

Р(Оуэ) - вероятность отказа управляемого элемента объекта;

Р(Обкд) - вероятность отказа блока управления и диагностики;

Р(Окд) - вероятность отказа контрольных датчиков;

Р(Омк2) — вероятность отказа модуля организации канала связи 2;

Р(Ои„1) — вероятность отказа источника питания 1;

Р(Оип2) — вероятность отказа источника питания 2;

Р(Орипип) — вероятность отказа резервного источника питания.

Для оценки параметров надежности коммутатора, состоящего из силовых каналов управления, используем биноминальное распределение, описывающие вероятность безотказной работы для системы с горячим резервированием. Для нашего случая биноминальное распределение будет иметь следующий вид:

где п — количество силовых каналов управления,

X - интенсивность отказов одного канала управления.

Графики вероятности безотказной работы для коммутатора с различным числом каналов управления представлены на рис. 3.

Для учета множественных отказов коммутатора введем параметр а. Этот параметр может быть определен на основе опыта эксплуатации резервированных систем или оборудования и представляет собой долю отказов, вызываемых общей причиной. Формула для определения вероятности безотказной работы коммутатора с учетом множественных отказов примет вид:

Р(Ооу) -Р(Обу) +Р(0Л1К1) +Р(Ок) +Р(Оуэ) +Р(Обкд)+

+Р(0кд)+Р(0мк2)+Р(0,1п1)Р(01т2)Р(0р1Ш ип), (3)

(4)

Рис. 3. Графики зависимости вероятности безотказной работы от величины Я / для системы с различным числом каналов управления

На рис. 4 представлена зависимость вероятности безотказной работы от параметра а для коммутатора с тремя каналами управления.

Исходя из предложенного принципа управления, для обеспечения возможности изменения состояния объекта должно работать, по крайней мере, два канала управления, которые обеспечат динамическую подачу энергии от источника к объекту. Если принять, что вероятность появления двух и более отказов на отрезке времени Д/ пренебрежимо мала по сравнению с вероятностью появления одного отказа, то для обеспечения отказоустойчивости схемы минимальное количество силовых каналов управления равно трем. С увеличением количества каналов управления увеличивается вероятность безотказной работы (см. рис. 3), но при этом возрастают габариты и стоимость схемы управления.

Рис. 4. Графики зависимости вероятности безотказной работы от величины Я • / с учетом множественных отказов для коммутатора, состоящего из трех силовых каналов

управления

Схема управления, интегрированная непосредственно в объект управления, содержит весь необходимый функционал для самостоятельного изменения своего состояния. Поэтому следующим важным шагом является разработка такого метода управления, который бы позволил исключить возникновение опасного отказа, например, самопроизвольного перевода стрелки, при воздействии на управляющую схему внутренних или внешних дестабилизирующих факторов, в результате которых в управляющей схеме самопроизвольно запустится программа изменения состояния объекта.

Предлагаемый метод управления позволяет исключить возможные опасные отказы благодаря минимизации промежутка времени, в течение которого внутреннее или внешнее воздействие на схему управления объектом может привести к опасному отказу.

Суть метода сводится к тому, что программа, на основе которой схема управления, интегрированная в объект, производит изменение состояния объекта, зашифрована, и расшифровка программы производится непосредственно в момент изменения состояния объекта, после чего расшифрованная программа принудительно удаляется из памяти микроконтроллера схемы управления. В качестве стандарта шифрования выбран «Алгоритм криптографического преобразования данных ГОСТ 28147-89». Для предотвращения загрузки в память неправильно расшифрованной программы предложено использовать хеширующий алгоритм на базе ГОСТ Р34.11-94.

Третья глава посвящена разработке методов контроля и диагностики схемы управления объектами ЖАТ. Решение задач безопасного управления не может осуществляться без применения систем контроля и диагностики.

Система контроля и диагностики должна обладать следующими свойствами:

■ осуществлять непрерывный, в режиме реального времени, контроль за техническим состоянием схемы управления, с учетом временного разделения при передаче энергии управления;

■ должна быть реализована в виде физически отдельного функционального блока;

■ должна иметь свой собственный независимый канал передачи данных.

Пусть известно множество состояний объекта контроля — схемы управления. Определены параметры или признаки, которые доступны для измерения на объекте. Необходимо найти решающие функции, описывающие техническое состояние, контролируемого объекта.

Для решения поставленной задачи диагностики используем обучаемую распознающую систему. Чтобы осуществить процесс обучения необходимо иметь набор прототипов, описывающих различные состояния системы (исправное и множество неисправных). Набор состояний контролируемого объекта получим путем математического моделирования.

Построение модели технической диагностики с применением теории распознавания образов произведем для конкретного объекта — схемы управления трехфазным асинхронным электродвигателем стрелочного электропривода, структурная схема силовой части блока управления которой изображена на рис.5.

В результате преобразования доступных для измерения параметров схемы управления, получим фигуры Лиссажу, по которым можно классифицировать множество состояний схемы управления (рис. 6).

Силовые каналы управления

Фаза А

Элементы, имеющие однонаправленный отказ

Рис. 5. Структурная схема силовой части блока управления трехфазным асинхронным электродвигателем

Построив распознающую систему на основе перцептрона (рис.7) и применяя метод группового учета аргументов для его расчета, было выявлено, что ковариационные последовательные сочетания признаков наилучшим образом описывают диагностируемые состояния схемы управления, что позволяет применить лингвистические методы распознавания.

Рис. 6. Изображения диагностируемых состояний схемы управления

Рецепторное поле

Перцептрон

Диагностируемые состояния

Исправен

Отказ канала А1

Отказ канала СЗ

Б - элементы

Рис. 7. Графическое представление модели распознающей системы с использованием перцептрона

При использовании десятиразрядного АЦП рецепторное поле представляет собой матрицу, состоящую из 1024x1024 элементов или признаков. Преобразуем матрицу 1024x1024 к матрице 64x64 элемента. Смысл преобразования заключается в том, что каждый элемент рецепторного поля 64x64 состоит из 16x16 элементов первоначальной матрицы и значение признака рецепторного поля 64x64 находится с помощью операции «логическое ИЛИ» над элементами матрицы 16x16.

В результате был получен набор решающих функций, описывающих техническое состояние схемы управления (табл. 1).

Таблица 1

Решающие функции и соответствующие им диагностируемые _состояния схемы управления__

Решающая функция Диагностируемое состояние

Л/ = $17,33~$18.33'526.33'$27.33'$28.33'$29.33'$30.33'$35.33'$36.33'537.33 $38.33 339.33' $47,33'$48.33 Все каналы исправны

К2 = ^ 37.12$ 38.12'^ 39.12'$46.1й'$47.17'$48. 18'$53.27'$53.28'$53.29'$53.37'$53.38'$53.39 Отказ канала 1 фазы А

Яз = $49.46$ 48.47'$47.48 $ 46.49'$39.53'$38.53'$37.53'$36.54$35.54$34.54$33.54'$32.54' 'S3I.S4~S30.SS$29,54 $28.53'$27,53 $26,53 $ 19,49 $ 18.48'$ 17.47'$ 16,46 Отказ канала 2 фазы А

Решающая функция Диагностируемое состояние

К* = $12.39'$ 12,38'$ 12,37'$ 12,29'$ 12,28'$ ¡2,27'$ 17,18'$ 18.17'$19.16'$26,12'$27.1Г $28,12. Отказ канала 3 фазы А

К5 = $54,49'$54 50'$54.5 Г $54,52'$53,53'$52,54'$51.54'$50,54'$49,54'$39.48'$38. -18'Я37,47' '$ 36.46 Отказ канала 1 фазы В

/?б = $48.39' $47,38' $47,37' $46,36' $40.29' $39,28' $38,27' $37.26' $ 29.1'/$ 28,18'Я 27, ¡7'$26,17 Отказ канала 2 фазы В

^7 = $29,40'$28.39'$27.38'$26,37' $25,36$ 19.29'$ 18.28'$ 17,27$ 17.26$ 11.15$ 11,14$ И,13 Отказ канала 3 фазы В

К8 ~ $36.40'$37,39 $38,38'$39,37'$40.36'$46,29'$47,28 $48.27'$48.26'$54,15'$54,14'$54,13 Отказ канала 1 фазы С

К9 = $ 39,17'$38,¡Г $37,18'$36,19'$28,26'$27,27'$26,28'$25,29'$19.36$ 18,37'$ 18,38'$ 17,39 Отказ канала 2 фазы С

$ 16,54$ 15,54'$ 14,54'$ 13,54'$ 12,53$ I !,52'$ 11,51'$11,50$ 11,49$ 26,48 $ 27.48'$28,47' '$29,46 Отказ канала 3 фазы С

Примечание. бх>у — координаты наиболее значимых признаков центрального изображения для соответствующих диагностируемых состояний схемы управления.

Одной из важных задач является количественная оценка точности полученных измеренных значений.

Произведем оценку полученных результатов измерений. Она заключается в нахождении величин вероятностей ошибок первого и второго рода, т.е. вероятностей необнаруженного и ложного отказов, после чего находится численное значение достоверности контроля.

В результате расчета достоверности контроля для предложенного метода, было получено значение равное 0,961. Это говорит о том, что выбранный 10-ти разрядный АЦП и метод преобразования матрицы рецепторного поля удовлетворяют требованиям достоверности контроля.

В четвертой главе рассмотрены технические решения реализации схемы управления объектами ЖАТ. При построении схемы необходимо учитывать ряд важных моментов, являющихся основополагающими для разрабатываемой системы. Одним из таких положений является разделение каналов доставки информации, т.е. блок, отвечающий за управление объектом и блок, отвечающий за его контроль и диагностику, должны быть физически разделены и иметь независимые каналы доставки информации. Необходимо предусмотреть резервное питание для блока контроля и диагностики, чтобы в случае исчезновения основного питания объект мог в

течение определенного времени находиться под контролем системы управления и передавать данные о своем состоянии.

Основным элементом схемы управления объектами автоматики является микроконтроллер (МК). Важным этапом в разработке схемы управления является правильный выбор этого элемента. Сформулировав ряд требований, которым должен соответствовать МК схемы управления: необходимая производительность и вычислительные ресурсы, наличие встроенного АЦП, достаточного количества портов ввода/вывода, наличие необходимых интерфейсов взаимодействия, встроенные механизмы повышения надежности, открытые сторонние средства разработки, наличие операционной системы реального времени, поддержка разработчика, доступность и низкая стоимость из наиболее распространенных семейств микроконтроллеров были выбраны МК с ARM ядром. При относительно невысокой стоимости их производительность и вычислительные ресурсы в несколько раз превышают остальные семейства. Наибольшее количество портов ввода/вывода и поддерживаемых коммуникационных интерфейсов также являются большим плюсом этого семейства. Немалый выбор операционных систем реального времени с открытым исходным кодом и наличие кроссплатформенных средств разработки позволят более эффективно и качественно писать программное обеспечение, применяя уже готовые и отлаженные наработки в этой области.

Отличительной особенностью МК с ARM ядром является то, что они выпускаются несколькими крупными производителями и поэтому в данном случае разработчик в меньшей степени зависит от влияния производителя - монополиста.

Для управления асинхронным трехфазным электродвигателем стрелочного электропривода предлагается использовать трехфазный инвертор на IGBT - транзисторах. При этом появляется возможность управлять частотой вращения электродвигателя и, соответственно, изменять закон управления, выбирая его оптимальным по определенному критерию, например, по времени перевода. Также регулирование частоты вращения двигателя позволит, например, ограничить динамическое воздействие остряка на рамный рельс в конце перевода за счет снижения скорости движения шибера вплоть до полной остановки в конечной точке, не допуская динамических ударов остряка о рамный рельс. В результате появляется возможность исключить из конструкции стрелочного привода фрикционную муфту, которая требует периодической регулировки и имеет малый ресурс работы.

Приведен расчет и осуществлено моделирование драйвера управления силовыми IGBT ключами в среде схемотехнического моделирования SIMetrix.

В соответствии с требованиями безопасного подключения схемы контроля и диагностики к управляемому объекту, измерительные цепи не должны оказывать влияния на объект диагноза. В работе представлен ряд рекомендаций по гальванической развязке измерительных каналов, а также защиты измерительных цепей от перенапряжений.

Важным моментом при построении системы управления объектами ЖАТ является выбор канала взаимодействия между объектами и системой управления. Канал передачи информации должен обладать следующими свойствами:

■ осуществлять достоверную и безопасную доставку команд управления от системы к объектам и передачу контрольной и диагностической информации в обратную сторону;

■ передача управляющей и контрольно-диагностической информации должна осуществляться по двум независимым каналам;

■ каналы взаимодействия должны обладать механизмами защиты от несанкционированного доступа.

Перспективным направлением в этой области является применение беспроводных технологий. Изучив существующие беспроводные технологии, для организации каналов взаимодействия между системой управления и объектами были выбраны наиболее перспективные, к которым относятся ZigBee, Wi-Fi, MESH.

Экономический эффект от внедрения системы управления объектами железнодорожной автоматики достигается за счет следующих технических решений:

1. Увеличение пропускной способности и скоростей движения за счет увеличения быстродействия системы из-за отказа от реле и использования только электронных компонентов.

2. Сокращение затрат труда в результате применения необслуживаемых технологий и централизации в управлении.

3. Сокращение кабельной системы за счет, применения беспроводных каналов передачи данных.

4. Снижение затрат на разработку и производство компонентов системы, так как в основе ее построения лежат стандартные промышленные компоненты и технологии.

5. Уменьшение массогабаритных показателей аппаратуры в результате использования микропроцессорной техники и силовых бесконтактных элементов.

6. Уменьшение времени проектирования, строительства и пуско-наладочных работ за счет применения систем автоматического проектирования.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенных исследований разработаны методы управления, контроля и диагностики технического состояния устройств железнодорожной автоматики и телемеханики с использованием современной микропроцессорной и силовой электроники, обеспечивающие безопасность, надежность, информативность и функциональность системы управления объектами СЦБ. В работе получены следующие результаты и выводы:

1. На основе анализа доступной технической документации и научно-технической литературы выявлено, что в основе построения существующих систем управления объектами ЖАТ, лежат принципы и методы, отвечающие за безопасность, которые используют устаревшую элементную базу. Это накладывает ряд ограничений на дальнейшее развитие систем управления объектами ЖАТ. Поэтому существует актуальная задача по разработке альтернативных методов безопасного управления, на основе которых будет построена система управления объектами автоматики, использующая современные компоненты и технологии.

2. Предложен метод управления, основанный на контролируемой и синхронизируемой передаче информации и электрической энергии, используя различные пути ее доставки. Метод позволяет повысить отказоустойчивость и исключить возможные опасные отказы схемы управления, вызванные внутренними отказами элементов, либо внешними воздействиями.

3. Для контроля передачи электрической энергии от источника к объекту управления разработан ограничивающий Н - элемент с однонаправленным отказом. Построена математическая модель элемента и доказана безопасность схемы управления, основанной на этих элементах.

4. Для обеспечения безопасного поведения объекта при отказах микроконтроллера схемы управления, разработан аппаратно-программный метод динамической загрузки исполняемого кода микроконтроллера.

5. Определены центральные изображения, описывающие множество диагностируемых состояний и с помощью лингвистического метода получены решающие функции распознавания технического состояния объекта диагноза. В результате расчета установлено, что данный метод позволяет с высокой достоверностью (0,961) производить контроль и функциональную диагностику схемы управления объектом.

6. Разработаны технические решения построения узлов схемы управления, контроля и диагностики стрелочного привода на основе современной элементной базы.

7. Предложена и обоснована методика выбора семейства микроконтроллеров для схемы управления. Рассмотрены варианты организации каналов передачи информации с использованием современных беспроводных технологий, из которых определены наиболее перспективные.

8. Экономическая эффективность при внедрении системы управления объектами ЖАТ, построенной на разработанных методах заключается в переходе к необслуживаемым технологиям, увеличении быстродействия системы управления, а, следовательно, скоростей движения железнодорожного транспорта, уменьшении сроков производства системы и проведения пуско-наладочных работ, использовании уже проработанных технических решений для организации каналов передачи данных.

Интеграция в объекты ЖАТ интеллектуальных схем управления и диагностики, функционирующих на основе подходов, изложенных в диссертационной работе, позволит сделать систему более отказоустойчивой, повысить уровень безопасности, перераспределив часть задач по обеспечению безопасности между объектами управления.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:

1. Алексеев В.М. Грибановский В.А. -Завьялов А.М. Станишевский Д.В. Применение беспроводной технологии «Bluetooth» в системах автоматики и телемеханики железнодорожного транспорта// Транспорт: наука, техника, управление. Вып. 2. - М.: ВИНИТИ РАН, 2004. - С. 20-23.

2. Алексеев В.М. Минаков Е.Ю. Станишевский Д.В. Завьялов А.М. Диагностика стрелочных переводов с применением беспроводных технологий// Современные проблемы

совершенствования работы железнодорожного транспорта. Сб. науч. трудов. - М.: РГОТУПС, 2004. - С. 17-20.

3. Завьялов A.M. Алексеев Д.В. Автоматизированная система контроля электромагнитных реле устройств железнодорожной автоматики «ТЕСТ-М»// Современные проблемы совершенствования работы железнодорожного транспорта. Сб. науч. трудов. - М.: РГОТУПС, 2006. - С. 41-44.

4. Алексеев В.М Завьялов A.M. Принципы безопасного управления в системах железнодорожной автоматики и телемеханики нового поколения на основе цифровых коммутационных сетей // Современные проблемы совершенствования работы железнодорожного транспорта. Сб. науч. трудов. - М.: РГОТУПС, 2006. - С. 6-7.

5. Алексеев В.М Завьялов A.M. Новые подходы к построению безопасных систем управления объектами ЖАТ // Сб. тез. докл. Третьей между народ, науч.-практ. конф. «Автоматика и телемеханика на железнодорожном транспорте. Транс ЖАТ 2006». - Санкт-Петербург, 2006. - С. 83-84.

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ УПРАВЛЕНИЯ, КОНТРОЛЯ И ДИАГНОСТИКИ УСТРОЙСТВ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЙ АВТОМАТИКИ И ТЕЛЕМЕХАНИКИ

Специальность 05.22.08 - «Управление процессами перевозок»

АВТОРЕФЕРАТ

Тип. зак. Изд. зак. 126 Тираж 100 экз. Подписано в печать25.09.06 Гарнитура Newton Формат 60* 90 V, Усл. печ. л. 1,5__

Издательский центр РГОТУПСа, 125993, Москва, Часовая ул., 22/2 Участок оперативной печати 125993, Москва, Часовая ул., 22/2

Введение.

Глава 1. Принципы и методы осуществления безопасного управления, контроля и диагностики в современных системах управления объектами железнодорожной автоматики и телемеханики.,.

1.1. Анализ принципов и методов безопасного управления, контроля и диагностики объектов железнодорожной автоматики и телемеханики.

1.2. Обзор существующих систем управления, контроля и диагностики устройств железнодорожной автоматики и телемеханики.

1.3. Анализ причин отказов стрелочных приводов.

1.4. Принципы построения систем управления с использованием современных коммуникационных технологий.

1.5. Постановка задачи диссертации.

Глава 2. Разработка методов управления объектами железнодорожной автоматики и телемеханики.

2.1. Разработка модели системы управления объектами ЖАТ и методов безопасного управления.

2.2. Расчет параметров управляющих воздействий модели схемы управления.

2.3. Оценка параметров надежности схемы управления объектом ЖАТ.

2.4. Разработка аппаратно-программного метода повышения безопасности управления объектом ЖАТ.

2.5. Методы повышения надежности работы микропроцессорных систем.

2.6. Выводы по главе.:.

Глава 3. Разработка методов контроля и диагностики безопасной схемы управления объектами железнодорожной автоматики и телемеханики.

3.1. Выбор метода контроля и диагностики и построение модели диагностирования схемы управления объектом ЖАТ.

3.2. Определение множества диагностируемых состояний схемы управления.

3.3. Построение распознающей системы.

3.4. Достоверность контроля.

3.5. Выводы по главе.

Глава 4. Разработка технических решений узлов схемы управления, контроля и диагностики.

4.1. Выбор микроконтроллера схемы управления объектами ЖАТ.

4.2. Техническая реализация управляющей цепи стрелочного электропривода.

4.3. Техническая реализация узлов съема контрольной и диагностической информации в схеме управления.

4.4. Организация канала передачи информации между схемой управления объектом и системой управления объектами ЖАТ.

4.5. Экономическая эффективность системы управления объектами ЖАТ.

4.6. Выводы по главе.

Основными направлениями развития железнодорожного комплекса являются увеличение пропускной способности и повышение безопасности железнодорожного транспорта. Эти задачи невозможно решить, используя существующие принципы управления и технологии технического обслуживания объектов железнодорожной автоматики.

В этой связи создание и внедрение новых систем железнодорожной автоматики и телемеханики (СЖАТ) является актуальной научной задачей. Использование достижений современной системотехники позволяет обеспечить более эффективное и безопасное управление перевозочным процессом. Применение микроэлектронной техники в системах управления и контроля позволяет не только улучшить условия труда, но и повысить достоверность оценки технического состояния, снизить расходы на строительство и обслуживание систем.

Основной тенденцией развития информатизации железнодорожного транспорта России является создание технических средств, предназначенных для автоматизации процессов информационного обеспечения систем управления движением поездов.

Опыт эксплуатации первых систем микропроцессорной централизации (МПЦ) на железных дорогах мира показал их эксплуатационные и технические преимущества перед релейными системами. Учитывая быстрые темпы развития и совершенствования микроэлектронной и микропроцессорной техники, снижение ее стоимости, можно утверждать, что с течением времени микропроцессорные системы станут основными системами железнодорожной автоматики. Отметим четыре основных преимущества микропроцессорных систем [1].

При соответствующем подходе к построению микропроцессорных систем управления можно добиться повышения безопасности и безотказности по сравнению с системами, построенными на релейной аппаратуре. Существующие микропроцессорные системы имеют интенсивность опасных и защитных отказов соответственно 1,6-10"10 -5,8-10"12 и 1-Ю"7 - 4,8-10"9 (это более чем в сто раз меньше, чем у существующих релейных систем).

Применение микропроцессорной техники позволяет дополнить систему управления новыми функциями, сделать уровень системы более интеллектуальным.

Принципиальным отличием микропроцессорных систем от релейных является то, что алгоритмы управления реализуются в них программным способом. Это позволяет легко настраивать типовое программное обеспечение для конкретной станции и создавать системы автоматического проектирования. Изготовление и строительство микропроцессорных систем упрощается, так как в них исключается большой объем монтажных работ, неизбежный для релейных систем. Система образуется обычно из типовых вычислительных блоков и имеет малые габариты. Поэтому не нужно строить дорогостоящие посты централизации.

Если с разработкой новых релейных систем наблюдалась устойчивая тенденция увеличения стоимости и расхода дефицитных материалов, то микропроцессорная техника имеет тенденцию постоянного снижения стоимости при одновременном увеличении функциональных возможностей.

Отрицательное воздействие на обеспечение безопасности оказывает так называемый человеческий фактор. Эксплуатационный и обслуживающий персонал по неосторожности или недисциплинированности может вмешиваться в логику работы системы управления объектами, что в свою очередь может привести к опасному отказу системы. Вследствие халатности работников, обслуживающих СЖАТ происходят крушения подвижного состава, сопровождаемые жертвами. Защититься от такого вмешательства можно за счет создания необслуживаемых объектов управления, контроль и диагностика которых происходит автоматически, средствами самой системы управления.

В настоящее время задачи, связанные с созданием надежных микропроцессорных систем управления устройствами железнодорожной автоматики, а также сопряжения этих систем с объектами, находятся на стадии решения. Решить эти задачи возможно путем проведения исследований свойств объектов управления и контроля источников технологической информации.

Одной из особенностей систем железнодорожной автоматики, телемеханики и связи является её пространственная распределенность и большое количество объектов управления и контроля, что требует применения сложных алгоритмов взаимодействия, учитывающих эти факторы.

Для диагностики распределенных систем требуется обработка информации на месте измерения. Это позволит: уменьшить загруженность линий связи, значительно снизить влияние внешних помех, равномерно распределить вычислительные мощности, повысить надежность функционирования системы, легко модифицировать конфигурацию системы и своевременно получать полную информацию о состоянии устройств всем потребителям.

В данной диссертации предложен ряд подходов как к построению систем управления объектами железнодорожной автоматики, так и в безопасном управлении объектами, используя современные технологии в области силовой и микроэлектроники.

Одним из важнейших объектов управления в СЖАТ является стрелка. Отказ в работе стрелки может свести до минимума надежность любой системы централизации и привести к самым тяжелым последствиям.

Принципы и методы управления контроля и диагностики, представленные в диссертации, будут рассматриваться применительно к этому объекту управления, хотя практически без изменений они могут быть перенесены и на остальные объекты железнодорожной автоматики.

Современные стрелочные электроприводы должны гарантированно обеспечивать показатели безопасности движения поездов и быть высоконадежными. Необходимо снижать эксплуатационные затраты на их содержание путем создания необслуживаемых технологий, использования передовых технологий изготовления, современных материалов и новых конструкторских решений.

В настоящее время на сети железных дорог России эксплуатируется около 180 тыс. электроприводов. Накопленный опыт эксплуатации и требования, предъявляемые к надежности и безопасности средств железнодорожной автоматики, показывают, что основная часть применяющихся в настоящее время стрелочных приводов морально и технически устарела и уже не производится, некоторые существуют в единичных экземплярах.

Таким образом, существует большая потребность в разработке методов построения систем управления устройствами железнодорожной автоматики, базирующихся на современной микроэлектронной базе и отвечающих возрастающим требованиям надежности, безопасности и функциональности.

Настоящая работа является частью комплексных исследований в области управления, контроля и диагностики объектов железнодорожной автоматики, проводимых на кафедре «Транспортная связь» Российского государственного открытого технического университета путей сообщения.

4.6. Выводы по главе

1. На основе методов, рассмотренных во второй и третьей главе, разработана структура схемы управления объектом ЖАТ. Отмечено, что схема должна иметь два независимых канала передачи информации и физически разделенные и независимые блоки управления и контроля и диагностики.

2. Определены требования, которым должен отвечать микроконтроллер схемы управления, и на основе их из всего многообразия МК, представленных на рынке, выбраны, наиболее удовлетворяющие требованиям, микроконтроллеры с ARM ядром.

3. Определена схемотехническая реализация силовой части схемы управления стрелочным электроприводом на основе трехфазного инвертора с использованием в качестве драйверов силовых ключей

IGBT транзисторов) развязывающих импульсных трансформаторов. Произведен расчет данной схемы и ее моделирование в среде SIMetrix.

4. Выбраны варианты построения узлов съема контрольной и диагностической информации на основе требований безопасного подключения систем контроля и диагностики к объектам диагноза с использованием специализированных микросхем, осуществляющих гальваническую развязку измерительного тракта.

5. Рассмотрены варианты организации канала передачи данных между системой управления и объектами управления на основе современных беспроводных технологий, отвечающих заданным уровням безопасности, и указаны наиболее перспективные.

6. Определены основные направления, обуславливающие экономический эффект от внедрения данной системы управления: «безлюдные» технологии, увеличение быстродействия системы, применение беспроводных каналов передачи данных, применение стандартных промышленных компонентов, уменьшение массогабаритных показателей аппаратуры, использование систем автоматического проектирования.

Заключение

В результате проведенных исследований разработаны методы управления, контроля и диагностики технического состояния устройств железнодорожной автоматики и телемеханики с использованием современной микропроцессорной и силовой электроники, обеспечивающие безопасность, надежность, информативность и функциональность системы управления объектами СЦБ. В работе получены следующие результаты и выводы:

1. На основе анализа доступной технической документации и научно-технической литературы выявлено, что в основе построения существующих систем управления объектами ЖАТ, лежат принципы и методы, отвечающие за безопасность, которые используют устаревшую элементную базу. Это накладывает ряд ограничений на дальнейшее развитие систем управления объектами ЖАТ. Поэтому существует актуальная задача по разработке альтернативных методов безопасного управления, на основе которых будет построена система управления объектами автоматики, использующая современные компоненты и технологии.

2. Предложен метод управления, основанный на контролируемой и синхронизируемой передаче информации и электрической энергии, используя различные пути ее доставки. Метод позволяет повысить отказоустойчивость и исключить возможные опасные отказы схемы управления, вызванные внутренними отказами элементов, либо внешними воздействиями.

3. Для контроля передачи электрической энергии от источника к объекту управления разработан ограничивающий Н - элемент с однонаправленным отказом. Построена математическая модель элемента и доказана безопасность схемы управления, основанной на этих элементах.

4. Для обеспечения безопасного поведения объекта при отказах микроконтроллера схемы управления, разработан аппаратно-программный метод динамической загрузки исполняемого кода микроконтроллера.

5. Определены центральные изображения, описывающие множество диагностируемых состояний и с помощью лингвистического метода получены решающие функции распознавания технического состояния объекта диагноза. В результате расчета установлено, что данный метод позволяет с высокой достоверностью (0,961) производить контроль и функциональную диагностику схемы управления объектом.

6. Разработаны технические решения построения узлов схемы управления, контроля и диагностики стрелочного привода на основе современной элементной базы.

7. Предложена и обоснована методика выбора семейства микроконтроллеров для схемы управления. Рассмотрены варианты организации каналов передачи информации с использованием современных беспроводных технологий, из которых определены наиболее перспективные.

8. Экономическая эффективность при внедрении системы управления объектами ЖАТ, построенной на разработанных методах заключается в переходе к необслуживаемым технологиям, увеличении быстродействия системы управления, а, следовательно, скоростей движения железнодорожного транспорта, уменьшении сроков производства системы и проведения пуско-наладочных работ, использовании уже проработанных технических решений для организации каналов передачи данных.

Интеграция в объекты ЖАТ интеллектуальных схем управления и диагностики, функционирующих на основе подходов, изложенных в диссертационной работе, позволит сделать систему более отказоустойчивой, повысить уровень безопасности, перераспределив часть задач по обеспечению безопасности между объектами управления.

1. Станционные системы автоматики и телемеханики: Учеб. для вузов ж.-д. трансп. / Под ред. Вл. В. Сапожникова. М.: Транспорт, 2000 -432с.

2. Методы построения безопасных микроэлектронных систем железнодорожной автоматики / В. В. Сапожников, Вл. В. Сапожников, X. А. Христов, Д. В. Гавзов; Под ред. В л. В. Сапожникова. М.: Транспорт. 1995 - 272с.

3. Давыдов П. С. Техническая диагностика радиоэлектронных устройств и систем. -М.: Радио и связь, 1988. -256с.

4. Баричев С.Г., Гончаров В.В., Серов Р.Е. Основы' современной криптографии. М.: «Горячая линия Телеком», 2001.

5. Ивахненко А.Г. Самообучающиеся системы распознавания и автоматического управления. «Техшка», 1969 392с.

6. Сапожников В.В., Сапожников Вл. В. Принципы построения безопасных микропроцессорных систем // Автоматика, телемеханика и связь. 1989. №11. С. 22-24.

7. Перникис Б.Д., Ягудин Р.Ш. Предупреждение и устранение неисправностей в устройствах СЦБ. М.: Транспорт, 1984. 224с.

8. Диллон Б., Сингх Ч. Инженерные методы обеспечения надежности систем: Пер. с англ. -М.: Мир, 1984. -318с., ил.

9. Дмитренко И.Е., Дьяков Д.В., Сапожников В.В. Измерения и диагностирование в системах железнодорожной автоматики телемеханики и связи. М.: Транспорт, 1994. 238с.

10. Дмитренко И.Е. Техническая диагностика и автоконтроль систем железнодорожной автоматики и телемеханики. М.: Транспорт, 1986. -172с.

11. Крылов А.Ю., Колочко А.Н., Гуменников В.Г., Кудрявцев С.П., Соловьев А.И. Микропроцессорная централизация стрелок и сигналов «ДИАЛОГ» // Автоматика, связь, информатика.-2005, №12.

12. Алешин В. Н. Микропроцессорная централизация стрелок и сигналов системы Ebilock-950. Автоматика, связь, информатика, 2003, № 1.

13. Алешин В.Н. МПЦ «Ebilock 950». Этапы создания и внедрения. // Автоматика, связь, информатика.-2005, №12.

14. Яценко В.В. ЭЦ-ЕМ четыре года эксплуатации. // Автоматика, связь, информатика.-2005, №10.

15. Варченко В. И. Основные принципы построения диспетчерской подсистемы АПК-ДК. Автоматика, связь, информатика, 2000, № 9.

16. Горбунов Б. А. Аппаратные средства диспетчерского комплекса АПК-ДК. Автоматика, связь, информатика, 2000, № 9.

17. Федорчук А.Е., Сепетый А.А., Снитко Ю.В., Шутов М.А. Степанова А.А. Функциональное развитие системы «АДК-СЦБ» // Автоматика, связь, информатика.~2005, №12.

18. Аверкиев С. А., Морозов С. С. Автоматизированная система диспетчерского контроля АСДК «ГТСС-Сектор». // Автоматика, связь, информатика, 2000, № 9.

19. Аверкиев С. А., Морозов С. С. АСДК: развитие и совершенствование системы. Автоматика, связь, информатика, 2003, № 7.

20. Мухин В. В. Автоматизированная система диспетчерского контроля «ГТСС-Сектор». Автоматика, связь, информатика, 2001, № 10.

21. Резников Ю.М. Электроприводы железнодорожной автоматики и телемеханики. -М.: Транспорт, 1985. 288с.

22. Алексеев В.М., Завьялов A.M., Станишевский Д.В. Технология беспроводного доступа (ТБД) в системах ж.д. автоматики и телемеханики. Журнал «Экспресс информавтоматика» 2004. С. 912.

23. Вишневский В.М., Ляхов А.И., Портной С.Л., Шахнович И.В. Широкополосные беспроводные сети передачи информации. М.: Техносфера, 2005 592с.

24. Кривченко Т., Кривченко И., Долгушин С., Артеев В., Федоров В., Ламберт Е., Курилин А. Беспроводная связь в системах мониторинга и управления // Электронные компоненты, 2005, №5 С. 5-6

25. Панфилов Д., Соколов М. Введение в беспроводную технологию ZigBee стандарта 802.15.4 // Электронные компоненты, 2004, №12 С. 73-79

26. Сергеев Н. Стандарт ZegBee: области применения и решения // Электронные компоненты, 2005, №10 С. 109-112

27. Иванов А. Беспроводной интерфейс BLUETOOTH: решения INFINEON и NATIONAL SEMICONDUCTOR // Электроника: Наука, Технология, Бизнес, 2006 №2 С. 20-23

28. Артеев В., Долгушин С. Беспроводные сети NanoNET // Беспроводные технологии, 2005 №1 С. 40-43

29. Двайт Г.Б. Таблицы интегралов и другие математические формулы. -М.: Наука, 1973. -228с.

30. Шнайер Б. Прикладная криптография. Протоколы, алгоритмы, исходные тексты на языке Си. М.: Триумф, 2002. - 816с.

31. Мартин Т. Микроконтроллеры ARM7. Семейство LPC2000 компании Philips. М.: Издательский дом «Додэка XXI», 2006. - 240с.

32. Гребнев В.В. Микроконтроллеры семейства AVR фирмы Atmel. М.: ИП РадиоСофт, 2002 -176с.

33. Евстигнеев А.В. Микроконтроллеры AVR семейств Tiny и Mega фирмы «Atmel» М.: Издательский дом «Додэка XXI», 2004. - 560с.

34. Luecke G. Analog and digital circuits for electronic control system applications: using the TI MSP430 microcontroller. Elsevier Inc, 2004. 300p.

35. Таверенье К. PIC-микроконтроллеры. Практика применения. М.:ДМК Пресс, 2003.-272с.

36. Пархоменко П. П., Согомонян Е. С. Основы технической диагностики: (Оптимизация алгоритмов диагностирования, аппаратурные средства). М.: Энергия, 1981. -320с.

37. Определение экономической эффективности устройств автоматики ителемеханики на железнодорожном транспорте. Методическое указание / Кафедра экономики транспорта. 3-е изд., перераб. -Гомель: БелИИЖТ, 1987. - 39с.

38. Онищенко Г.Б. Электрический привод. Учебник для вузов. М.: РАСХН. 2003.-320с.

39. Масандилов Л.Б., Москаленко В.В. Регулирование частоты вращения асинхронных двигателей. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Энергия, 1978. -96с.

40. Карташов Р.П. и др. Тиристорные преобразователи частоты с искусственной коммутацией. К., «Техшка», 1979. 152с.

41. Соколовский Г.Г. Электроприводы переменного тока с частотным регулированием: учебник для студ. высш. учеб. заведений. М.: Издательский центр «Академия», 2006. 272с.

42. Розанов Ю.К., Соколова Е.М. Электронные устройства электромеханических систем: Учеб. пособие для студентов высш. учеб. заведений. М.: Издательский центр «Академия», 2004. 272с.

43. Siemens. Силовые IGBT модули. Материалы по применению. М.: ДОДЭКА, 1997.- 158с.

44. Семенов Б.Ю. Силовая электроника для любителей и профессионалов. М.: Издательство «СОЛОМОН-Р», 2001. 333с.

45. Фихтенгольц Г.М. Курс дифференциального и интегрального исчисления, т. 2. Изд. 6-е.-М.: Наука, 1996. 800с.

46. Педжман Р., Джонатан Л. Основы построения беспроводных локальных сетей стандарта 802.11. : Пер. с англ. М.: Издательский дом «Вильяме», 2004. - 304с.: ил.

47. Алексеев В.М. Самоорганизующиеся системы технической диагностики устройств железнодорожной автоматики и телемеханики: Дис. докт. тех. наук. М., 1998. 158с.

48. Анисимов Б.В., Курганов В.Д. Распознавание и цифровая обработка изображений: Учеб. пособие для студентов вузов. М.: Высш. шк., 1983. - 295с.: ил.

49. Методические рекомендации по определению экономической эффективности мероприятий научно-технического прогресса на железнодорожном транспорте / ВНИИЖТ МПС. М.: Транспорт, 1991.-239 с.

50. Системы железнодорожной автоматики и телемеханики. Под ред. Ю.А. Кравцова. М.: «Транспорт», 1996. 400с.

51. Феер К. Беспроводная цифровая связь. Методы модуляции и расширения спектра: Пер. с англ. / Под ред. Журавлева. М.: Радио и связь. 2000. -520с.: ил.

52. Лихтциндер Б.Я., Кузякин М.А., Росляков А.В., Фомичев С.М. Интеллектуальные сети связи. М.: Эко-Трендз, 2002. - 205с.

53. Прокис Дж. Цифровая связь. Пер. с англ. / Под ред. Кловского Д.Д. -М.: Радио и связь. 2000. 800с.: ил.

54. Tse D. Viswanath P. Fundamentals of Wireless Communications. -Cambridge University Press. 2005. 587p.

55. Кузнецова C.A., Нестеренко A.B., Афанасьев A.O. OrCAD 10. Проектирование печатных плат / Под. ред. А.О. Афанасьева М.: Горячая линия - Телеком, 2005. - 454с., ил.

56. Телекоммуникационные системы и сети: Учебное пособие. В 3 томах. Том 1 Современные технологии / Б.И. Крук, В.Н. Попантонопуло, В.П. Шувалов; под ред. профессора В.П. Шувалова. Изд. 3-е, испр. и доп. М.: - Горячая линия - Телеком, 2003. - 637с.: ил.

57. Practical Industrial Data Networks: Design, Installation and Troubleshooting / Mackay S., Wright E., Reynders D. Park j. idc Technologies 2004 439p.

58. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники. Том 1. М.: Издательство «Мир», 1986. - 594с.

59. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники. Том 2. М.: Издательство «Мир», 1986. - 586с.

60. Хныков А.В. Теория и расчет трансформаторов источников вторичного электропитания. -М.: COJIOMOH-Пресс, 2004. 128с.

61. Схемотехника устройств на мощных полевых транзисторах: Справочник / В.В. Бачурин, В. Я. Ваксенбург, В.П. Дьяконов и др.: Под ред. В.П. Дьяконова. М.: Радио и связь, 1994. - 280с.: ил.

62. Яворский Б.М., Детлаф А.А. Справочник по физике. М.: Издательство «Наука», 1968. - 940с.: ил.

63. Фихтенгольц Г.М. Курс дифференциального и интегрального исчисления. Том 2. 810с.

64. Гурский Д.А. Турбинина Е.С. Вычисления в MathCAD 12. СПб.: Питер, 2006.-544с.: ил.

65. Керниган Б., Ритчи Д. Язык программирования Си. \ Пер. с англ., 3-изд., испр. СПб.: «Невский диалект», 2001. - 352с.: ил.

66. С++ Coding Standards: 101 Rules, Guidelines, and Best Practices. By Herb Sutter, Andrei Alexandrescu. Addison Wesley Professional, 2004. -240p.

67. Результаты работы алгоритма шифрования ГОСТ 28147-89 и исходный кодпрограммы шифрования

68. Результат работы программы:

69. Зашифрованные пять блоков по 64 бита каждый

70. Block 00 = 642с89Ь60с14е240 Block 01 = a3b2284dd8da9eda Block 02 = ale32ad91ca9347d Block 03 = 862a6d5493e71395 Block 04 = 32422133b3ed88af

71. Расшифрованные пять блоков

72. Block 00 = 0000000011111111 Block 01 = 2222222233333333 Block 02 = 4444444455555555 Block 03 = 6666666677777777 Block 04 = 8888888899999999

73. Исходный код программы шифрования (компилировался с помощью GNUGCC Compiler 3.4):include <stdio.h>typedef unsigned char UINT8; typedef unsigned int UINT16; typedef unsigned long UINT32;typedef struct (1. UINT32 k8.;

74. UIMT32 key8., data[10]; UINT16 i;gostinit(&gc);

75. Зашифровать данные пяти блоков */ gostenc(&gc, data, 5);

76. Отобразить зашифрованные данные */ for (i = 0; i < 10; i += 2)printf("Block %02d = %081x%081x\n", i / 2, data1., datafi + 1.) ;

77. Расшифровать данные */ gostdec(&gc, data, 1); gostdec(&gc, data + 2, 4); printf("\n");

78. Отобразить расшифрованные данные */ for (i = 0; i < 10; i += 2)printf("Block %02d = %081x%081x\n", i / 2, data1., datai + 1.); gostdestroy(&gc);return 0;void kboxinit(gostctx * c) {1. UINT16 > i;

79. UIMTS k816. = ( 14, ■ 4, 13, ■ 1, 2, 15, 11, 8, . 3, . 10 , 6, 12, 5 , 9, 0, 7

80. UINT8 k716. = I 15, ■ 1, 8, 14, 6, 11, 3, 4, 9, 7, 2, 13, 12, 0, 5, 10

81. OINT8 кб1б. = ■ ( 10, 0, 9, 14, 6, 3, 15, 5, 1, 13, 12, 7, 11 , 4, 2, 8

82. UIMTS k516. = ( 1, 13, 14, 3, 0, 6, 9, 10, 1, 2, 8, 5, 11, 12, 4, 15

83. UINT8 k416. = ( 2, 12, 4, 1, 7, 10, 11, 6, 8, 5, 3, 15, 13, 0, 14, 9

84. UIMTS k316. = ( 12, 1, 10, . 15 , 9 , 2, 6, 8, 0, 13, 3, 4, 14, 7, 5, 11

85. UINT8 k216. = [ 4, 11, 2, 14, 15 , o, 8, 13, ■ 3, ■ 12 , 9, 7, 5, 10, 6, 1

86. Центральные изображения диагностируемых состояний схемы управленияJ1. Ri Я '2п 1. R3 К 4п И