Разработка системы контроля технического состояния устройств железнодорожной автоматики, телемеханики и связи на базе цифровых методов обработки информации

Одной из главных задач, выполняемых устройствами железнодорожной автоматики, телемеханики и связи, является обеспечение безопасного управления перевозочным процессом. Поэтому создание и внедрение новых систем железнодорожной автоматики является актуальной научной задачей. Использование достижений современной системотехники позволяет обеспечить более эффективное и безопасное управление перевозочным процессом, а также достичь необходимой адаптивности управления в условиях изменения структуры планирования перевозочного процесса. Надежное функционирование таких систем возможно при наличии достоверной и своевременной информации не только о перевозочном процессе, но и о состоянии устройств железнодорожной автоматики, телемеханики и связи.

Большое значение в этой ситуации приобретают вопросы, связанные с внедрением компьютерной техники и новых методов получения и обработки информации.

Одним из путей повышения надежности технических средств, обеспечивающих безопасность движения поездов, является внедрение устройств непрерывного контроля за их состоянием. Системы диагностики и телеконтроля позволяют уменьшить количество отказов в устройствах сигнализации, централизации и блокировки (СЦБ) путем прогнозирования предотказных состояний, ускорить поиск отказавшего элемента, свести к минимуму время нахождения технического персонала в опасных зонах железнодорожного транспорта, а также повысить культуру труда электромеханика, создать базу для перехода от системы планового обслуживания к предупредительновосстановительной системе [1] с возможностью последующего высвобождения обслуживающего персонала. Устройства технической диагностики (ТД) позволяют предупреждать возникновение аварийных ситуаций путем обнаружения неисправностей, приводящих к опасным отказам, и помогают решать задачи по обеспечению безопасности систем железнодорожной автоматики, телемеханики и связи (АТиС) [2].

Изменение экономической ситуации в стране неизбежно коснулось железнодорожного транспорта. При этом повысилась значимость вопросов эффективной хозяйственной деятельности железных дорог и, как следствие, подразделений, обслуживающих устройства железнодорожной автоматики и телемеханики.

Основной тенденцией развития информатизации железнодорожного транспорта России является создание технических средств, предназначенных для автоматизации процессов информационного обеспечения систем управления движением поездов. Широкое применение микропроцессорных устройств в системах железнодорожной автоматики, телемеханики и связи позволяет поднять на более высокую качественную ступень процессы обработки информации и обеспечить требуемую достоверность. Однако осуществление этих задач невозможно без исследования свойств объектов управления и контроля источников технологической информации. Одной из особенностей систем железнодорожной АТиС является её пространственная распределённость и большое количество объектов контроля, что требует применения сложных алгоритмов, 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.

Разработка и широкое внедрение микропроцессорных систем диспетчерского контроля (ДК) и диспетчерской централизации (ДЦ) позволила получать более полную и оперативную информацию. Однако отсутствие дешевых отечественных приборов, ориентированных на диагностику различных устройств.

СЦБ и связи, позволяющих осуществлять сбор и предварительную обработку данных вызывает необходимость создания измерительных средств легко интегрирующихся в эти системы.

Применение новых цифровых методов обработки информации позволит значительно сократить объем релейно-контактной аппаратуры в управляющей части путем введения обратной связи о состоянии устройств СЦБ, на основе применения методов и средств технической диагностики. Наиболее эффективным и экономически оправданным является применение для этой цели однокристальных микроконтроллеров, что позволит полностью автоматизировать процесс измерений, достичь высокой достоверности контроля, существенно упростить структуру прибора, расширить его функциональные возможности, уменьшить стоимость изготовления и легко интегрировать его в существующие новейшие системы ДК и ДЦ.

Иными словами, речь идет о разработке, создании и внедрении информационного комплекса технических средств контроля технического состояния устройств железнодорожной АТиС, который можно разделить на следующие компоненты: портативные приборы, мобильные установки и стационарные системы.

Основные требования предъявляемые к портативным приборам — малые габариты, вес, энергоемкость и достаточное метрологическое обеспечение. Мобильные установки размещаются на дрезинах или в вагонах-лабораториях и решают вопросы автометрии и контроля, обеспечивая высокую скорость измерения. Круг решаемых ими задач не очень широк, но актуален. Это контроль параметров кодовых сигналов рельсовых цепей и AJIC, первичных параметров рельсовой линии, асимметрии. Стационарные системы дистанционного контроля должны стать мощными техническими средствами диспетчерского руководства в дистанциях сигнализации и связи и основой для АСУ технического обслуживания и эксплуатации. 6.

Связующим их звеном является функционирование в едином информационном пространстве. Информация, получаемая при помощи портативных приборов и мобильных установок должна поступать на стационарные системы и быть доступна для потребителей всех уровней. Здесь необходимо обеспечить унификацию представления данных. Это позволит получить полную и объективную картину состояния устройств АТиС, даст возможность объединить оперативный анализ и интерпретацию информации, что приведет к ускорению принятия адекватных решений на всех уровнях.

Создание систем требует проведения исследования достоверности получаемой информации, в связи с наличием дестабилизирующих факторов: помех, погрешности приборов, недостаточной подготовленности или уровня образования обслуживающего персонала. Они снижают точность измерения, что может привести, с одной стороны, к невыявлению отказа, с другой — к ложному контролю.

Целью диссертации является повышение безопасности перевозок путем увеличения достоверности контроля технического состояния устройств СЦБ, используя цифровые методы обработки информации.

4.4. Выводы по главе. В разделе был проведен анализ последствий, вызываемых отказами устройств СЦБ, и влияния систем диагностики и автоконтроля на уменьшение общего числа отказов.

Анализ последствий защитных отказов устройств СЦБ позволил выделить несколько основных направлений, по которым следует определять причиненный отказами ущерб. К ним относятся.

— задержки грузовых и пассажирских поездов;

— дополнительные расходы энергии на разгон и торможение поездов;

— связанное с задержками грузовых поездов увеличение времени доставки грузов, влияющее на оборотные средства других отраслей народного хозяйства;

— опоздание пассажиров на станцию назначения;

— снижение безопасности движения поездов.

Расчет экономической эффективности внедряемого новшества было предложено проводить на основе оценки предотвращенного ущерба.

В расчет объема капитальных вложений включена себестоимость разработки программного обеспечения.

Был показан процесс получения вторичного экономического эффекта от внедрения систем контроля и диагностики, и предложена методика его учета для определения последствий задержек пассажирских поездов.

Создана гибкая методика расчета экономической эффективности повышающих коэффициент готовности устройств и систем, позволяющая для определения конечного результата выбирать соответствующие формулы в зависимости от этапности и сроков внедрения новшества, прогнозируемого на ближайшие годы объема перевозок, а также наличия исходных данных о задержках поездов.

Методика расчета экономической эффективности создана на основе учета как экономических, так и социальных результатов применения новшеств,.

149 использования зарубежного опыта оценки транспортных услуг, утвержденных Министерством Экономики РФ рекомендаций по оценке эффективности новой техники, а также в соответствии с последними методическими рекомендациями по определению экономической эффективности мероприятий научно-технического прогресса на железнодорожном транспорте.

Заключение

.

1. На основе приведенных исследований доказано преимущество цифровых методов измерения частоты и амплитуды напряжений для контроля технического состояния устройств железнодорожной автоматики телемеханики.

2. Предложен метод определения частоты сигнала в устройствах ж.д. АТиС. Проведена сравнительная оценка точности и доказано преимущество при реализации предложенного метода по сравнению с общепринятым.

3. Применение БПФ в качестве основной измерительной методики позволяет значительно увеличить скорость измерения и расширяет информативную базу измеряемых параметров для устройств СЦБ и повышает достоверность информации о состоянии контролируемых устройств.

4. Разработана асинхронная модель измерения напряжения с применением в обратной связи компаратора, позволяющая оценивать с заданной точностью изменения входного сигнала, что особенно важно для контроля сигналов устройств СЦБ, представляющих смесь полезного сигнала и помехи. Здесь же предложена модель цифрового измерителя с использованием линейной аппроксимации входного сигнала. Проведена оценка ее точности.

5. Разработана модель распознающей системы, которая определяет соответствие входного сигнала одному из эталонных. На основании проведенных исследований установлено, что работа модели по методу градиентного спуска обладает повышенной сходимостью по отношению к другим методам.

6. Проведенная оценка достоверности контроля для микроконтроллеров с интегрированным АЦП свидетельствует о том, что существующие микроконтроллеры с десяти разрядным АЦП, удовлетворяют заданному уровню достоверности контроля.

7. Предложена система контроля технического состояния устройств ж.д. АТиС на базе распределенной структуры, позволяющей повысить вычислительные возможности центрального сервера за счет высвобождения его от решения задач первичной обработки информации.

8. Предложена и обоснована методика выбора микроконтроллера для системы контроля. В результате исследований установлено, что эффективное функционирование системы возможно при обработке информации на основе MIDAS технологии.

9. Предложена методика оценки экономической эффективности систем контроля и диагностики устройств СЦБ, разработанная в соответствии с последними методическими рекомендациями и нормативными документами РФ, а также с использованием зарубежного опыта оценки транспортных услуг.

10.Определен экономический эффект от внедрения БКН. В соответствии с расчетами чистый дисконтированный доход составил — 115 638,6 руб. в ценах 1999 года.

11.На основе разработанных алгоритмов разработан, изготовлен и внедрен в опытную эксплуатацию, на Красноярской и Восточносибирской ж.д., блок контроля питающего напряжения поста ЭЦ.