Перспективы развития средств функционального контроля устройств железнодорожной автоматики

СТДМ ЖАТ, шагнувшие из XX в XXI век и имеющие более чем полувековую историю, несомненно являются полезными и необходимыми средствами повышения отказоустойчивости устройств управления движением поездов, а также средствами, облегчающими поиск возникшей неисправности. Системы ЖАТ, не имеющие встроенного уровня самодиагностиро-вания или установленных измерительных контроллеров, кажутся сегодня средствами обеспечения безопасного движения поездов, не защищенными от возникновения отказов (пусть в большинстве своем и защитных). Еще велика роль человека в поддержании высокого уровня отказоустойчивости средств ЖАТ. Однако нельзя забывать о том, что только с повышением уровня автоматизации процессов управления и контроля технического состояния средств управления возможно повышение эффективности и безопасности самих систем, реализующих ответственные технологические процессы, к которым относится и перевозочный процесс на железнодорожном транспорте. СТДМ ЖАТ - это те звенья сложного механизма, которые позволяют наблюдать и предсказывать поведение устройств управления движением поездов. Такое свойство весьма полезно.

Тем не менее следует констатировать, что современные СТДМ ЖАТ далеки по своей надежности и эффективности от действительно грамотно выстроенных систем мониторинга технического состояния. Прежде всего, сыграла свою роль историческая преемственность 一 переход от систем диспетчерского контроля с минимальным количеством дискретных диагностических параметров к системам, имеющим к тому же некоторую долю аналоговых диагностических параметров. К сожалению, как во второй половине XX в., так и в первой половине XXI в. системы мониторинга организовывались и организуются по «интуитивному» подходу 一 выбираются наиболее простые способы получения диагностической информации, без какого-либо детального анализа необходимости ее дальнейшего целенаправленного использования. СТДМ ЖАТ в большей степени представляют собой хранилища информации с ее архивацией и легким доступом к результатам мониторинга в нужный момент времени. В меньшей мере СТДМ ЖАТ напоминают усовершенствованные системы мониторинга со встроенными СППР [91, 92] и помощи обслуживающему персоналу дистанций СЦБ. Тем не менее в зачаточном состоянии эти функции имеются, их остается только развить.
Современные СТДМ ЖАТ нуждаются в пересмотре принципов получения диагностической информации. Складывается впечатление, что подход к мониторингу носит больше эмпирический, нежели научный характер.

Не уделено внимание такому важному вопросу, как полнота и глубина технического диагностирования. Этот вопрос может быть решен путем детального анализа систем ЖАТ, с разделением их на напольное технологическое оборудование, каналообразующее оборудование и оборудование постов централизаций с учетом статистических данных о возникающих в них неисправностях. Кроме того, в настоящее время сам процесс мониторинга носит преимущественно косвенный характер. Например, о техническом состоянии светофора, расположенного возле железнодорожного пути, СТДМ ЖАТ судит по состоянию датчика измерительного контроллера, установленного на контакты ламп пульта-табло, или же берет данные из управляющего вычислительного комплекса микропроцессорной централизации [100]. Более эффективно задача технического диагностирования светофоров решается, например, в современных микропроцессорных централизациях [80, 106].

Для мониторинга схемных решений ЖАТ, включающих в себя большое количество реле, может быть применен подход к оценке тестопригодности логических схем, описанный в классической работе Р. Дж. Беннетса [5]. Это требует, однако, совершенствования самого подхода [44]. При этом целесообразно учитывать статистические данные об отказах и вероятностные характеристики элементов автоматики. Могут также быть использованы современные подходы к оценке тестопригодности логических схем ЖАТ [83], а также результаты исследований в области технической диагностики [7]. Сегодня данный вопрос является открытым. Ответ на него позволит адекватно оценить необходимость получения того или иного диагностического параметра в схемном узле ЖАТ с учетом известных способов сбора диагностической информации. Применительно к конкретной системе ЖАТ это будет первый шаг. Второй шаг, естественно, должен быть связан с оценкой возможности подключения датчиков измерительных контроллеров к схемным узлам ЖАТ. В подразделе 3.1 приведен пример действующего устройства ЖАТ, подключение измерительных датчиков к которому затруднено.
Для мониторинга напольного технологического оборудования и кабельной сети ЖАТ следует проработать диагностические модели со всеми особенностями входящих в них устройств. И только после получения результатов моделирования можно дать рекомендации о том, какие именно параметры следует контролировать. Это весьма актуально, поскольку на напольное оборудование и кабельную сеть ЖАТ приходится свыше 75 % отказов. Некоторые технические решения по диагностированию средств автоматического управления железнодорожными стрелками могут оказаться в будущем достаточно перспективными, например, подход, описанный в [46]. Авторы [46] предлагают концепцию измерительного контроллера, устанавливаемого в корпус стрелочного электропривода и способного по линии обогрева передавать данные на пост ЭЦ; к контролируемым параметрам отнесены практически все места соединения проводов в приводе. Подобные устройства могут разрабатываться и для других напольных технологических объектов ЖАТ - рельсовых цепей и оборудования переездов, имеющих более низкую надежность по сравнению с другими устройствами ЖАТ.
Не контролируются сегодня проявления и другой немаловажной составляющей функционирования датчиков контроля подвижных единиц на линиях с электротягой - асимметрия тягового тока [176, 178]. Асимметрия является причиной сбоев в работе бортового оборудования локомотивов и негативно влияет на перевозочный процесс. Например, при создании и совершенствовании СТДМ ЖАТ не используются известные подходы к измерению коэффициентов асимметрии для железных дорог с электротягой переменного тока [95].

Сегодня не решена также задача, связанная с минимизацией аппаратнопрограммных средств технического диагностирования и выбором периода диагностирования. Некоторые попытки ее решения, связанные с мультиплексированием измерительных каналов, описаны в [107, 155]. Период же диагностирования должен выбираться не интуитивно, как для некоторых измерительных контроллеров, а с учетом особенностей самих устройств ЖАТ и решаемых задач диагностики. Один из подходов к выбору периода диагностирования в микроэлектронных и микропроцессорных системах ЖАТ описан в [134].
К середине второго десятилетия XXI в. СТДМ ЖАТ покрыто свыше 10 % железных дорог Российской Федерации, установлено большое количество измерительных контроллеров, концентраторов информации, программного обеспечения, созданы целые бригады обслуживания самих систем контроля и т. д. СТДМ образовали новый класс устройств ЖАТ. В их работу вовлечено огромное количество технического персонала дистанций СЦБ и ситуационных центров, что, конечно же, является недостатком. Путь к малообслуживаемым и максимально автоматизированным СТДМ ЖАТ прослеживается сам по себе. В противном случае сотрудники дистанций СЦБ и ситуационных центров будут следить за самими «системами слежения», а не за устройствами, реализующими безопасный перевозочный процесс.
СТДМ ЖАТ не только «дорабатываются», но и продолжают проектироваться на новых объектах. Процесс создания системы мониторинга является весьма трудоемким, и само собой напрашивается применение автоматизированных средств проектирования. Этот вопрос практически не решен. По крайней мере, разработка технологических окон в АРМ мониторинга и присвоение объектам, расположенным на них, номеров измерительных контроллеров и датчиков могут осуществляться автоматически. В будущем вполне реально, что, исходя из требований заказчика по схематическому плану станции и принципиальным схемным решениям ЖАТ, будет предоставляться полный пакет документов проектировщика СТДМ. В области ЖАТ так, например, реализуют АРМ проектировщиков систем управления движением поездов на станции и перегоне [19].
Немаловажным пунктом в развитии СТДМ ЖАТ является использование в работе сетевых технологий. До сих пор все АРМ СТДМ ЖАТ являются стационарными и неудобными в использовании, так как требуют присутствия единственного пользователя у персонального компьютера с навыками работы с программными средствами систем мониторинга. Более перспективным является использование web-интерфейса СТДМ ЖАТ, детально описанного в [62]. Идея данной работы, например, была реализована в системе технического диагностирования и удаленного мониторинга микропроцессорных централизаций (СТДМ-МПК) [107]. В этом случае у пользователя развязаны руки, и он приобретает громадные преимущества: благодаря мобильности доступа можно получать данные мониторинга непосредственно с рабочего места (будь то релейное помещение или напольный объект ЖАТ), облегчается поиск неисправностей, становится возможным коллективное использование программы мониторинга. Все это не требует больших капиталовложений, так как мобильный комплекс программ может быть установлен на смартфон, планшет или ноутбук технического персонала дистанций СЦБ.

Нельзя оставлять без внимания и совершенствование трактов передачи данных - переход от передачи диагностической информации по кабелям ЖАТ и витым парам к оптоволоконной, радио- и спутниковой связи. Это было бы максимально удобно при передаче данных с перегонного напольного оборудования ЖАТ (светофоры, сигнальные точки светофоров при релейных автоблокировках, путевые коробки и ящики устройств ЖАТ и т. д.) [68, 154].
Методы прогнозирования технического состояния СТДМ ЖАТ сегодня практически не используются, хотя известно большое количество способов решения этой задачи [27, 97]. Так, можно было бы эффективно применять методы аналитического прогнозирования, используя для этого измеренные значения контролируемых параметров устройств ЖАТ. В системе АПК-ДК, например, для выявления предотказных состояний используется информация о состоянии действующих сигналов телеизмерения и телеконтроля: строятся графики по снятым диагностическим данным и осуществляется их сплайн-аппроксимация, а также дальнейшее сопоставление результатов с имеющимися в базе данных эталонными графиками соответствующих контролируемых параметров. Учитывается степень разброса измеренных и эталонных значений, сглаживаются случайные «всплески» графиков. Данный подход позволяет повысить точность прогнозирования и снизить количество ложно выявленных предотказных состояний устройств ЖАТ [60].
В будущем кажется вполне реальным налаживание SMS-информирования пользователя СТДМ ЖАТ о возникающих неисправностях в процессе их функционирования. Конечно, это возможно только при совершенствовании методов технического диагностирования и мониторинга с минимизацией вероятности постановки неверного диагноза и прогноза. Современные СТДМ ЖАТ от этого только выиграли бы, поскольку информация о наиболее важных событиях в работе устройств ЖАТ была бы своевременной, а значит, технический персонал имел бы достаточное время на принятие мер по обеспечению отказоустойчивости систем управления движением поездов.

Организация СТДМ ЖАТ является важным опытом совершенствования методов определения технического состояния систем управления на железнодорожном транспорте. Однако среди объектов железнодорожной инфраструктуры выделяются также искусственные сооружения самого железнодорожного пути, контактной сети, мостов и путепроводов и т. д. Развитие технологий должно идти по пути создания целого комплекса средств технического диагностирования и мониторинга объектов железнодорожной инфраструктуры. Многие отказы, например в области ЖАТ, могут возникать из-за отказов в технических объектах смежных хозяйств, а без контроля их технического состояния невозможно обеспечить высокий уровень надежности перевозочного процесса в целом. Так, неисправности контактной сети во многих случаях являются причиной возникновения сбоев автоматической локомотивной сигнализации [154]. Более того, для перевозочного процесса важным является поддержание на высоком уровне надежности именно напольных объектов инфраструктуры, а не только средств регулирования движения поездов. В первую очередь средствами мониторинга должны оборудоваться объекты без резервирования (например, контактная подвеска) и те объекты, которые непосредственно взаимодействуют с подвижным составом (например, железнодорожный путь). Из-за отказов таких объектов на железных дорогах нередко случаются различные по степени тяжести происшествия [118, 129, 158].

Необходимо совершенствовать методы получения диагностической информации, применяя, в том числе, достижения из области геодезического мониторинга (использование тензодатчиков, акселерометров, инклинометров и т. д.). Для контроля технического состояния железнодорожных стрелок, могут быть использованы ультразвуковые датчики [65]. Совершенствоваться должны и средства мониторинга железнодорожного пути [112], путепроводов, тоннелей и мостов [125], железнодорожных переездов [121, 159] и контактной сети [94, 149, 186, 191, 193]. В настоящее время как таковые системы непрерывного мониторинга данных объектов на железных дорогах отсутствуют. Важно использовать опыт создания средств мониторинга в других сферах транспорта и промышленности [110].
Средства автоматического измерения можно использовать не только с целью прогнозирования технического состояния и контроля предотказных состояний, но и для учета использования энергии и минимизации эксплуатационных затрат.
В завершении следует отметить, что путь к созданию высоконадежного железнодорожного комплекса состоит в интеграции систем мониторинга от различных подразделений дирекций инфраструктуры ОАО «РЖД» в единую сеть мониторинга.