[1989-1] Анализ систем железнодорожной автоматики и телемеханики на основе машинного моделирования

[Admin]

Анализ систем железнодорожной автоматики и телемеханики на основе машинного моделирования

М. Н. ВАСИЛЕНКО, доцент ЛИИЖТа, канд. техн. наук
А. В. ГРИНЕНКО, Д. С. МАРКОВ, старшие научные сотрудники, кандидаты техн. наук
М. И. ШЛОСБЕРГ, главный инженер проектов ГТСС

Развитие средств вычислительной техники вызвало появление ряда новых подходов к созданию и проектированию современных устройств железнодорожной автоматики и телемеханики. Одним из эффективных путей в этом направлении является применение ЭВМ. Процессы проектирования трудоемкие, требуют выполнения большого объема типовых, зачастую «механических» операций, что неизбежно связано с существенным влиянием субъективного фактора, обусловливающего ошибки в проектах, последствия от которых обходятся весьма дорого. Именно по этим причинам в последние годы ведутся интенсивные работы по созданию систем автомаВнедрение САПР на первом этапе было связано с автоматизацией наиболее трудоемких экономических, эксплуатационных и технических расчетов. Кроме того, делались попытки применения вычислительной техники для составления схем устройств из типовых блоков, а также проверки монтажных схем. Но развитие этого направления ведет главным образом к сокращению сроков проектирования и упрощению труда проектировщиков, не влияя существенно на качество создаваемых проектов и систем.

Возможности вычислительной техники и теоретические проработки в области САПР показывают, что весьма эффективным решением вопроса повышения качества проектов является машинное моделирование систем железнодорожной автоматики и телемеханики. При этом появляется возможность анализировать принимаемые проектные решения на всех стадиях проектирования, начиная с выбора и оптимизации по заданным критериям структуры системы и заканчивая разработкой и проверкой монтажных схем. Моделирование системы на разных уровнях проектирования позволяет на объективной основе определить комплекс технических средств, проверить их работоспособность в экстремальных условиях, определить закономерности изменения свойств системы под влиянием эксплуатационных факторов в весьма широком диапазоне их изменений, оценить алгоритмы функционирования и выбрать наиболее эффективные схемные решения. Большинство указанных задач в настоящее время решается на интуитивном уровне, что затрудняет выявление и учет наиболее неблагоприятных сочетаний влияющих факторов при проектировании и, кроме того, качество проектов ставит в зависимость от квалификации проектировщика.

В рамках программы работ по созданию и использованию САПР авторами настоящей статьи разработан комплекс машинных моделей для анализа систем железнодорожчой автоматики и телемеханики и соответствующие пакеты прикладных программ. Состав комплекса в привязке к основным этапам проектирования показан на рис.1.

На этапе технико-экономического обоснования проекта предложено использовать базовые машинные модели для исследования автоматизированных технологических комплексов «а станциях — АТК-С, перегонах — АТК-Л и сортировочных горках — АТК-Г. Эти модели предназначены для системного анализа автоматизированных комплексов с учетом характеристик технологического оборудования, средств вычислительной техники и алгоритмов управления.

Учитывая, что свойства систем железнодорожной автоматики и телемеханики в значительной мере определяются топологическими характеристиками объектов, на этапе проектирования напольных устройств предложено использовать специальный класс моделей путевых планов станции — ПП-С, перегона — ПП"П и горки — ПП-Г. Эти модели используются для связи схемных и системных моделей с процессами движения поездов и роспуска составов и являются важнейшими элементами автоматизации моделирования. При построении модели этого класса проектировщик в диалоговом режиме с ЭВМ не только строит модель по соответствующему путевому плану и профилю заданного объекта, но и осуществляет настройку базовой модели (системной или схемной) на этот объект.

Для исследований на схемном уровне предложены базовые машинные модели релейно-контактных схем (РКС), функциональных логических схем (ФЛС) и микропроцессорных устройств (МП). Получаемые результаты могут иметь самостоятельное значение или использоваться при системном анализе. К схемному уровню моделирования также может быть отнесена модель электрической монтажной схемы (ЭМС), применяемая для автоматизации проверки и построения монтажных схем.

В основу построения всех моделей заложены общие математические и методологические принципы, позволяющие иметь единую структуру моделей (рис. 2), общие языки программирования и средства для реализации на ЭВМ серии ЕС.

В любой модели можно выделить блоки, описывающие внешнюю среду системы (МВС), объект моделирования (МО) и эксперименты, проводимые с этим объектом (МЭ).

Для описания внешних факторов, существенно влияющих на показатели функционирования исследуемого объекта, используются блоки генераторов потоков заявок (ГЛЗ), отказов (ГПО), восстановлений (ГПВ).

В блоке ШЗ описываются характеристики входных потоков заявок, которыми в действующих или проектируемых системах могут быть потоми поездов, составов для расформирования, отцепов и др. При схемном моделировании входными заявками являются дискретные входные наборы логических переменных, инициативные сигналы микропроцессора, подаваемые в соответствующие интервалы времени, и др. ГЛЗ отражает параметры этих заявок, их случайные характеристики, интенсивности и закономерности их поступления в систему во времени.

В блоке ГПО описываются характеристики потоков отказов различных элементов исследуемой системы с учетом интенсивности и закономерности их восстановления. На основе результатов предварительных статистических испытаний элементов системы на надежность выявляются характерные отказы, формы их проявления и закономерности возникновения, что затем отражается в ГПО для исследования влияния на процесс функционирования системы в целом и показатели качества ее работы.

Блок ГПВ отражает процесс обнаружения, локализации и устранения отказов. В общем случае ГПВ моделирует случайную величину — время восстановления отказа элемента системы, которое в значительной степени зависит от характеристик системы технического обслуживания, т. е. способа обнаружения отказов, времени прибытия обслуживающего персонала, методов локализации и диагностики отказов, способов устранения повреждений и послеремонтного контроля.

Модель внешней среды может быть дополнена и другими генераторами случайных величин, необходимыми для более детального исследования системы. Так например, в системной модели АТК-Г необходим учет направления и силы ветра, существенно влияющих на процесс свободного скатывания отцепов, для чего следует использовать специальный генератор.

При разработке всех генераторов потоков случайных величин использовались также общие математические принципы, что упрощает процессы их построения, уменьшает затраты машинного времени на моделирование и делает эти блоки универсальными.

Модель МЭ отражает процесс проведения имитационного эксперимента по исследованию показателей качества функционирования объекта. В ее состав входят универсальные блоки планирования и управления экспериментом БПУЭ и обработки результатов БОР.

БПУЭ предусматривает как детерминированные эксперименты (например, исследование алгоритма работы РКС), так и статистические (исследование влияния отказов напольного оборудования на качество функционирования). При построении этого блока основное внимание уделено обеспечению достоверности статистических экспериментов и точности прогнозирования исследуемых параметров.

Блок БПУЭ предусматривает три основные группы экспериментов с имитационными моделями. Первая группа связана с исследованием показателей качества функционирования систем в условиях «идеальной» работы всех элементов. При этом определяется алгоритм функционирования, его соответствие техническому заданию, выявляются ошибки, допущенные при выборе элементов системы, их параметров, структуры соединений и др. Ко второй группе относятся эксперименты, учитывающие технический разброс параметров элементов или их дрейф в процессе эксплуатации. Задача исследования в этом случае заключается в оценке параметрической надежности системы, ее устойчивости к постепенному случайному изменению параметров элементов, оценке наработки системы на постепенный отказ и прогнозировании оптимальных сроков профилактического обслуживания. При этом учитываются колебания температуры окружающей среды, питающих напряжений, число срабатываний элементов, время эксплуатации и др. В третью группу включены эксперименты по определению влияния внезапных отказов элементов на показатели качества функционирования. Эти эксперименты позволяют определить потери от недостаточной надежности элементов с учетам свойств системы восстановительного обслуживания, оценить системные показатели надежности, проверить эффективность рекомендаций по повышению эксплуатационной надежности системы и др.

Блок БОР предназначен для обработки результатов статистического моделирования и представления их в форме, удобной для дальнейшего анализа. При построении этого блока широко использовались методы регрессионного анализа, позволяющие получить зависимости между показателями качества системы и влияющими факторами.

Принципы построения МВС и МЭ, а также входящие в них блоки также являются универсальными для всех базовых имитационных моделей. Настройка каждого блока на конкретный объект и задачу исследования делается на уровне задания исходных данных и не требует изменения моделирующих программ.

Блок параметрического и структурно-алгоритмического описания объекта БПСАО является индивидуальным для каждого класса схем (РКС, ФЛС, МП) и систем (АТКХ, АТК-П, АТКлГ) и требует специального проектирования. Для того чтобы упростить задачу, для построения этого блока разработаны соответствующие базовые машинные модели, которые при необходимости настраиваются с учетом свойств конкретного объекта. Эта настройка делается в диалоговом режиме подобно тому, «ак при (построении моделей ПП.

В настоящее время часть моделей рассмотренного комплекса реализована в виде пакетов прикладных программ, которые используются рядом проектных организаций и, кроме того, переданы в отраслевой и государственный фонды алгоритмов и программ.

Например, модель ПП-П (см. «АТиС», 1987, № 4) положена в основу автоматизированного рабочего места проектировщика системы унифицированной автоблокировки (АРМ-ПАБ). Это позволило не только автоматизировать процесс проектирования, но и получить необходимые исходные дачные для построения системной и схемной моделей перегона, оборудованного средствами интервального регулирования.

Опыт использования базовой имитационной модели РКС при проектировании новых систем автоблокировки и электрической централизации показывает, что моделирование не только успешно заменяет весьма трудоемкий процесс схемного макетирования, но и существенно расширяет возможности проектировщика при анализе схем.

В настоящее время ведется работа по созданию алгоритмов и программ моделей АТК-П и АТК-С, пригодных для широкого практического использования. Для этого разработан универсальный объектно-ориентированный язык описания машинных моделей, позволяющий автоматизировать процессы их построения и проведения имитационных экспериментов.

[СЦБот]

Эта тема была перенесена из раздела Журнал "Автоматика, связь, информатика".

Перенес: Admin