CC BY
22
Наука та прогрес транспорту. Вюник Дншропетровського нащонального унiверситету залiзничного транспорту, 2018, № 1 (73)
МОДЕЛЮВАННЯ ЗАДАЧ ТРАНСПОРТУ ТА ЕКОНОМ1КИ
УДК 629.421.5:004.94
I. А. КЛЮШНИК1*
1 Каф. «Електронт обчислювальт машини», Дшпропетровський нацюнальний ушверситет затзничного транспорту iMeHi академжа В. Лазаряна, вул. Лазаряна, 2, Дншро, Украша, 49010, тел. +38 (056) 373 15 89, ел. пошта klugran@i.ua, ORCID 0000-0001-9939-0755
ДОСЛ1ДЖЕННЯ РАЦЮНАЛЬНИХ ХАРАКТЕРИСТИК КАНАЛ1В ПЕРЕДАЧ1 ДАНИХ ШФОРМАЦШНО-ВИМ1РЮБАЛЬНО1 СИСТЕМИ
Мета. Стаття ставить за мету визначення рацюнальних параметрiв iнтерфейсiв передачi даних шформа-цшно-вимiрювально! системи випробувань гiдравлiчних передач тепловозiв, а також знаходження ступеня вiдмовостiйкостi в рiзних режимах роботи системи. Методика. У робот дослщником були визначенi та теоретично розраховаш основнi характеристики каналiв передачi даних вiд апаратних перетворювачiв сигналiв аналогових датчиков технологiчних параметрiв до комп'ютера. Для бшьш повно! оцшки в середовищi MATLAB було створено iмiтацiйну модель у рамках дослщження поставлено! задачi. Аналiз результатiв теоретичних розрахунк1в та показник1в, отриманих за допомогою iмiтацiйноl моделi з метою визначення рацюнальних налаштувань iнтерфейсiв (швидкосп передачi, елементно! бази, структури системи тощо) пе-редачi даних, дозволяе визначити необхiднi характеристики системи. Результати. Для юнуючо! шформа-цiйно-вимiрювальноl системи випробувань гiдравлiчних передач тепловозiв були проведет дослщження з метою визначення та розрахунку основних характеристик каналiв передачi даних ввд апаратних перетво-рювачiв сигналiв аналогових датчиков технолопчних параметрiв до комп'ютера. Для дослщження тахомет-рично! пiдсистеми було створено iмiтацiйну модель, яка дозволила дослвдити основнi характеристики кана-лiв передачi даних вiд апаратних перетворювачiв сигналiв аналогових датчиков тахометричних параметрiв до комп'ютера. Був проведений аналiз даних, отриманих за результатами теоретичних розрахуншв i за допомогою iмiтацiйноl модел^ та визначенi шляхи рацiонального налаштування !х передачi. Наукова новизна. Дослвдження та теоретичнi розрахунки основних характеристик каналiв передачi даних ввд апаратних перетворювачiв сигналiв аналогових датчиков до комп'ютера показали, що система працюе у режимi фактично! «вщмови ввд обслуговування». Для бiльш детальних до^джень процесiв, що протжа-ють у системi передачi тахометричних даних, у середовищi MATLAB була створена iмiтацiйна модель, яка дозволила провести ряд експерименпв. Практична значимiсть. На основi експериментiв iз моделлю були встановлеш рацiональнi шляхи розв'язання юнуючо! проблеми: роботи системи в режимi фактично! «ввдмо-ви ввд обслуговування». Також впровадження одного iз запропонованих способiв вирiшення проблеми або !х комб^вання потребують подальших дослiджень у реальнш системi.
Ключовi слова: iмiтацiйна модель; МАТЬАВ; SIMULINK; гiдравлiчна передача; випробування гидропередач; випробувальний стенд; iнформацiйно-вимiрювальна система
Бiльшостi локомотивiв i3 гiдравлiчною передачею потужностi, якi використовуються на територи Украши, нeобхiдно проведення каш-тального або капiтально-вiдновлюваного ремонту. При виконант капiтального ремонту од-
Вступ
ним i3 складних i вiдповiдальних вузлiв тепловоза е гiдравлiчна передача. Пiсля каттальних рeмонтiв гiдравлiчних передач тeпловозiв про-водяться ix випробовування без навантаження з метою припрацювання деталей, а також випробування тд навантаженням iз метою пере-вiрки основних парамeтрiв. За тexнiчними умо-
Наука та прогрес транспорту. Вюник Дншропетровського нацюнального унiверситету залiзничного транспорту, 2018, № 1 (73)
вами шдприемств, що ремонтують пдравл1чн1 передач^ рекомендуеться проведення певного обсягу ощночних { регулювальних випробувань пдравл1чних передач тепловоз1в 1з метою контролю !х шсляремонтного стану. Зпдно з правилами ремонту в процес обкатки пдравл1чних передач тепловоз1в без навантаження та з нава-нтаженням в основному контролюеться р1вень шуму, герметичнють, температурш режими, тиск у масляних системах, розгш турбшного валу, спрацювання блокувальних пристро!в, вмикання муфт реверсу 1 режишв, величина в1брацн корпусу, надшшсть { ч1тюсть роботи системи автоматичного управлшня [5].
В Укра!ш сьогодш для виконання заводсь-ких випробувань пдравл1чних передач теплово-з1в використовуються типов1 стенди, яю не в повнш м1р1 вщповщають сучасним вимогам до випробувань. Звичайно, даш стенди за кшь-юстю контрольних параметр1в { точшстю виш-рювання (у переважнш бшьшосп застосову-ються стршочш аналогов1 шдикатори) не вщ-повщають сучасному р1вню розвитку обчислю-вально! техшки, а саме: не дозволяють фшсувати динамшу процес1в. Вщсутшсть автоматично! фшсаци вим1ряних параметр1в та протоколу випробувань зменшуе можливосп ана-л1зу результат1в випробувань { випробувальних стенд1в у цшому.
Для отримання бшьш повно! шформацп про техшчний стан пдравл1чно! передач! шд час випробувань необхщно застосовувати нов1 ме-тоди та засоби випробувань. Вщповщно до ви-мог розроблено! методики при визначенш ме-хашчних втрат у пдравл1чних передачах шд час стендових випробувань [3] необхщно за-безпечити високу точшсть вим1рювання часто-ти обертання турбшного колеса пдравл1чно! передача
Мета
Проведеш дослщження ставили за мету ви-значити ращональш параметри штерфейшв пе-редач1 даних шформацшно-вишрювально! системи випробувань пдравл1чних передач, а та-кож визначити стутнь вщмовостшкосп в р1з-них режимах роботи системи.
Для досягнення поставлено! мети виршува-лися наступш задача
- визначення та розрахунок основных характеристик канал1в передач! даних вщ апаратних перетворювач1в даних сигнатв аналогових да-тчиюв технолопчних параметр1в до комп'ютера;
- створення 1м1тац1йно! модел1 для досл> дження основних характеристик канатв пере-дач1 даних вщ апаратних перетворювач1в даних сигнатв аналогових датчиюв технолопчних параметр1в до комп'ютера;
- анатз отриманих за результатами теоре-тичних розрахунюв та за допомогою 1м1тац1й-но! модел1 даних 1з метою визначення рацюна-льних налаштувань штерфейшв (швидкост передач^ елементно! бази, структури системи то-що) передач1 даних.
Методика
Спрощена схема шформацшних потоюв даних 1нформац1йно-вим1рювально! системи випробувань г1дравл1чних передач тепловоз1в показана на рис. 1.
Як видно з рис. 1 та за [5], система опрацьо-вуе шформащю вщ трьох датчиюв частоти обертання, як обробляють три мшроконтролери ATMEGA 8, що послщовно передають по лан-цюжку за допомогою штерфейсу UART розра-хунков1 даш частоти оберт1в, отримаш на осно-в1 сигналу вщ вщповщних датчиюв частоти обертання. Для передач1 даних до комп'ютера останнш (третш в ланцюжку) мшроконтролер передае послщовно як сво! даш вим1ряно! частоти оберт1в, так i даш шших двох единим пакетом даних за допомогою перетворювача з UART на USB FT232RL.
Даш шших десяти параметрiв (температура масла в колi циркуляцн першого та другого п-дротрансформаторiв, температура масла до та тсля гiдропередачi, тиск масла в колi циркуляцн першого та другого гiдротрансформаторiв, струм та напруга приводного електродвигуна та навантажувального генератора) обробляються за допомогою iндикаторiв технологiчних пара-метрiв «МикРА И3» (для температури, струму, напруги) та «МикРА И4» (для тиску), як пере-даються по загальнш шинi на базi RS-485 за допомогою протоколу канального рiвня MODBUS RTU.
Наука та прогрес транспорту. Вюник Дншропетровського нацюнального унiверситету залiзничного транспорту, 2018, № 1 (73)
УГП 750-1200
Мкроконтролер 1 ATMEGA 8 Датчик частоти обертання - Приводний електродвигун
Мкроконтролер 2 ATMEGA 8 Датчик частоти обертання - Генератор
Вхщний вал
Роздаточний вал
М1кроконтролер 3 ATMEGA 8
Датчик частоти обертання
Турбшний вал
Перетворювач UART-USB FT232RL
Перетворювач RS485-USB FT232RL
Система збору ■ ¡нформацп на баз! комп'ютера
Перетворювач! сигнал1в датчиюв
температури, тиску,стурму та напруги МИКРА ИЗ, MИКРА И4 (10 шт.)
Датчики температури, тиску, стурму та напруги
Рис. 1. Спрощена схема шформацшних потоков даних шформацшно-вим1рювально1 системи випробувань пдравл1чних передач тепловоз1в
Fig. 1. Simplified scheme of information data flows of information-measurement system for tests
of locomotive hydraulic gears
Протокол MODBUS RTU [8] потребуе знач-них часових затримок (до 1,75 мс мiжкадровi затримки та до 9 байт в кожному кадрi), також для отримання даних потрiбно вщправити кадр-запит та отримати кадр-вiдповiдь вщ вщповщ-ного пристрою. Самими швидкоплинними про-цесами в системi е перехщш процеси струму та напруги на двигуш та генераторi. Як показують дослщження [4], спектр перехвдного процесу мiстить максимальну частоту 1,22 Гц. Для того, щоб вщтворити такий сигнал за теоремою Най-квюта-Котельникова, необхiдно вести опиту-вання датчикiв iз вдвiчi бiльшою частотою, тобто 2,4 Гц. Для забезпечення повного вщтво-рення струмiв i напруг, а також iнших парамет-рiв, що обробляються за допомогою i^^^TO-рiв технологiчних параметрiв (адже iншi пара-метри не можуть змшитися швидше, нiж струм або напруга на двигунi), цiлком достатньо за-стосовувати протокол MODBUS RTU з викори-стовуваною швидюстю передачi даних у 9 600 бод, що дозволить вести фшсащю даних вщ 10 датчиюв iз частою близько 14 Гц.
Як свщчать дослщження [1] в заводських умовах (подiбних до тепловозоремонтного заводу), можуть виникати електромагштш завади в дiапазонi вiд 600 до 1 200 кГц. Тому вплив на спотворення даних при передачi мiнiмальний, адже на таких високих частотах даш не фшсу-ються системою. I навт при надходженнi спо-творених даних - такi данi будуть про^норова-нi, оскiльки CRC - сума такого кадру даних -буде неправильною. Також таю перешкоди но-сять не постшний характер, оскшьки здебшь-шого в умовах заводу постшно проходять пере-хщш процеси, якi пов'язанi з вмиканням рiзних потужних споживачiв.
З точки зору передачi даних вимiряних десяти параметрiв (температури масла в колi цир-куляцiï першого та другого пдротрансформа-торiв, температури масла до та тсля пдропере-дач^ тиску масла в колi циркуляцн першого та другого гiдротрансформаторiв, струму та на-пруги приводного електродвигуна та наванта-жувального генератора) - передача ïx за допомогою «МикРА И3» (для температури, струму, напруги) та «МикРА И4» (для тиску) i передачi
Наука та прогрес транспорту. Вюник Дншропетровського нацiонального унiверситету залiзничного транспорту, 2018, № 1 (73)
ix до комп ютера за допомогою перетворювача з RS-485 на USB FT232RL е досить надшними - з точки зору завантаження середовища пере-дач1 даних (завдяки застосуванню протоколу MODBUS RTU) [8], та мають ращональну частоту опитування, що значно перевищуе розра-хункову. Тому подальший розрахунок та виб1р оптимальних параметр1в у даному випадку -недоцшьний, адже через затримки при передач1 даних по протоколу MODBUS RTU, а також одночасну роботу лише з одним екземпляром «МикРА И3» або «МикРА И4» будь-яю мож-лив1 кол1зИ у систем1 зводяться практично до нуля.
Тому розглянуто бшьш детально характеристики канал1в передач1 даних вщ апаратних пе-ретворювач1в (м1кроконтролер1в) даних сигна-л1в аналогових датчиюв технолопчних параме-тр1в (тахометричних) до комп'ютера. Програми ус1х трьох м1кроконтролер1в виконують передачу з1 швидюстю 9 600 бод. Мшроконтролери мають буфери приймач1в UART, р1вн1 2 байтам. Мшросхема-перетворювач FT232RL мае буфер приймача, р1вний 128 байт. Даш в ланцюжках передаються в мшроконтролерах одразу тсля надходження або тсля завершення вим1рюван-ня вщповщним мшронтролером. Тому затримки при прийом^ формуванш нових даних i вщ-правщ практично досить невелик^ ними можна знехтувати, якщо вони досягають не бшьше 90 мкс (при максимальних обертах 1 500 хв-1 роз-бiжнiсть буде складати приблизно 20 хв-1, тобто в рамках статистично! похибки, яка була розра-хована в [10]). Оскшьки самим слабким мюцем системи (найбiльш навантаженим) буде передача даних iз третього мшроконтролера до мiк-росхеми-перетворювача FT232RL, то було ви-конано розрахунок часу передачi даних вiд цьо-го мшроконтролера та частоти формування iм-пульсiв вiд датчика. Були прийнят такi допущення:
- мiкроконтролер передае даш зi швидкос-тями 9 600, 19 200, 38 400, 115 200, 250 000, 1 000 000 бод;
- виконуеться розрахунок у разi надходження сигналу вщ оптичного датчика на 10 зубщв за формулою:
де, т - перюд сигналу, с ; ю - вимiряна частота обертання, хв-1; N - кшьюсть зубщв диска датчика;
- виконуеться розрахунок у разi надходження сигналу вщ тахогенератора змшного струму i/або оптичного фотодатчика за час по-вного обертання датчика на 10 зубщв за формулою:
т = - • 60, ю
(2)
- вим1ряш даш передаються двома байтами вщ кожного мшроконтролера, а на початку { в кшщ передач1 подаються з метою синхрошзацп по одному службовому байту вщповщно (тобто виконуеться передача посилок даних (кадр1в), яю р1вш 8 байтам);
- максимальна частота обертання становить 1 500 хв-1;
- у раз1 вщсутност нових даних на момент вщправки замють них вщправляеться два служ-бов1 байти-пустушки.
- структура кадра наступна: початковий службовий байт, 2 байти даних вщ першого датчика або два службов1 байти-пустушки, два байти даних вщ другого датчика або два служ-бов1 байти-пустушки, два байти даних вщ третього датчика або два службов1 байти-пустушки.
Звичайно, можливо оцшити можливють пе-редач1 повного кадру даних при р1зних швид-костях передач1 даних та алгоритмах обробки при умов1, що максимально можлива частота обертання - 1 500 хв-1 . Беручи до уваги формулу (1), можна отримати наступну формулу:
P =
J_ _oN
(3)
де P - кшьюсть переданих кадрiв; К - кшьюсть байт у кадрi; Уп - швидкiсть передачi, бод.
Аналопчним чином, використовуючи формулу (2), можна отримати:
1
P = ю
х = ^~ • 60. oN
(1)
K
(4)
Наука та прогрес транспорту. Вюник Дншропетровського нащонального ушверситету з&тзничного транспорту, 2018, № 1 (73)
Рис. 2. Залежтсть кшъкосп переданих пакепв даних (po3MipoM швидкостi у 8 байт) за 1/10 обертання валу при швидкосп 1 500 хв-1
Fig. 2. Dependence of number of transmitted data packets (speed size of 8 bytes) for 1/10 shaft rotation at a speed of 1 500 min-1
Рис. 3. Залежшсть кшькосп переданих пакепв даних (po3MipoM швидкосп у 8 байт) за повне обертання валу при швидкосп 1 500 хв-1
Fig. 3. Dependence of number of transmitted data packets (speed size of 8 bytes) for full shaft rotation at a speed of 1 500 min-1
Як видно з рис. 2, при алгоритм! обробки даних вщ датчика за 1/10 обертання поточно! швидкост! 9 600 бод явно недостатньо для передач! кадру даних вщ ус1х трьох датчиюв за умов максимально! частоти обертання. Схожа тенденщя також демонструсться на рис. 3 (на якому показано кшьюсть переданих пакет1в даних за один оберт валу при максимальнш швидкост!). Але в даному випадку можливо передати до 5 кадр1в, що е цшком достатшм для роботи системи.
Для бшьш повного дослщження процешв у пщсистем! вим1рювання частот обертання була
в середовищ1 застосуванням
розрахунок за автором у [9].
створена 1м1тацшна модель MATLAB SIMULINK ¡з SimEvents.
Дана модель виконуе алгоритмом, запропонованим У даному алгоритм! час обертання з1 швидюс-тю до 80 хв-1 складае величну, яку можливо ро-зрахувати за формулою (2), а для швидкост!, що перевищуе 80 хв-1 - за формулою (1). Час опитування FT232RL дор1внюе 0,4 с.
Структурно модель показано на рис. 4.
Наука та прогрес транспорту. Вюник Дншропетровського нацюнального ушверситету з&тзничного транспорту, 2018, № 1 (73)
Рис. 4. Структурна схема СМО в середовищ1 MATLAB Fig. 4. Structural diagram of queue system (QS) in MATLAB environment
Було проведено серда експеримештв при максимальнш швидкосп 1 500 хв-1 та р1зних (яю тдтримуються як приймачами, так i пере-давачами) швидкостях: вщ 9 600 до 1 000 000 бод, при варiацiях часу опитування мшросхеми-перетворювача FT232RL (вiд 0,4 до
0,1 с), а також за умов розрахунку частоти обертання за 1/10 обертання на вшх валах i за умов розрахунку частоти обертання за одне повне обертання на вшх валах. Основний критерш оцшки - середня довжина черги (занятють буфера FT232RL).
Рис. 5. Залежтсть середньо! довжини черги в1д швидкост1 передач! за 1/10 обертання вах вал1в при частот обертання 1 500хв-1, при час опитування FT232RL 0,4 с.
Fig. 5. Dependence of the average queue length on the transmission speed for 1/10 rotation of all shafts at a rotational speed of 1 500 min.-1 at the polling time of FT232RL 0.4 sec.
Наука та прогрес транспорту. Вюник Дншропетровського нащонального ушверситету затзничного транспорту, 2018, № 1 (73)
Рис. 6. Залежшсть середньо! довжини черги вщ швидкосп передачi за 1/10 обертання вах валiв при частоп
обертання 1 500хв-1, при чаа опитування FT232RL 0,1 с.
Fig. 6. Dependence of the average queue length on the transmission speed for 1/10 rotation of all shafts at a rotational speed of 1 500 minutes-1 at the polling time of FT232RL 0.1 sec.
Рис. 7. Залежшсть середньо! довжини черги вщ швидкосп передачi за повне обертання вах валiв при частоп обертання 1 500хв-1, при чаа опитування FT232RL 0,1 с.
Fig. 7. Dependence of the average queue length on the transmission speed for the total rotation of all shafts at a rotational speed of 1 500 min.-1 at the polling time of FT232RL 0.1 sec.
Рис. 8. Залежшсть середньо! довжини черги вщ швидкосп передачi за повне обертання вах вaлiв при частоп обертання 1 500хв-1, при чаа опитування FT232RL 0,4 с.
Fig. 8. Dependence of the average queue length on the transmission speed for the total rotation of all shafts at a rotational speed of 1 500 min.-1 at a polling time of FT232RL 0.4 sec.
Результата основних серш експеримешгв показано на рис. 5-8.
Як видно з рис. 5-6, при частот! обертання близько 1 500 хв-1 у хоча б одного з датчиюв середня зайнятють буфера FT232RL буде прак-
Наука та прогрес транспорту. Вюник Дншропетровського нацiонального унiверситету залiзничного транспорту, 2018, № 1 (73)
тично однаковою до максимально можливо! швидкост!, включаючи 1 000 000 бод, нав1ть при зменшенш часу опитування FT232RL. Не-значний рют пов'язаний з тим, що експеримен-ти велися з одним максимальним числом заявок, тсля обробки яких симулящя припиня-лась. Також зменшення часу опитування нижче 0,0156 с фактично неможливо [2, 6, 7], що пов'язано з точшстю роботи таймеру в ОС WINDOWS, на баз! яко! працюе АРМ, причому буфер буде фактично переповненим, тобто даш не встигають вчасно передаватися { FT232RL буде перевантажений, про що 1 свщчать на практищ, у процес експлуатацп системи, непо-одиною збо!.
Тому необидно провести ряд додаткових дослщжень. Очевидно, необхщно визначити рацюнальний алгоритм обробки тахометричних даних (за формулою (1) або за формулою (2). З щею метою було проведено експерименти з деякими модифшащями модел! (змша алгоритму обробки сигнал1в вщ датчиюв, тобто змши формул розрахунку з (1) на (2). Результати екс-перимештв показаш на рис 7. Як видно з рис. 7, при застосуванш розрахунково! фор-мули (2) частоти обертання, буфер практично не заповнюеться на всьому д!апазош швидкос-тей (при час опитування 0,1 с.). При збшьшен-ш частоти опитування буфер буде заповнюва-тись фактично наполовину, про що свщчить рис. 8.
При максимальнш швидкост 1 500 хв-1 на вс1х трьох датчиках рацюнально застосувати таке ршення - зменшити час опитування РТ232КЬ до 0,1 с та змшити алгоритм розраху-нку, за якого розрахунок частоти обертання ви-конувався б ¿з застосуванням формули (2), тоб-то, за одне повне обертання валу. При такому ршент швидюсть передач! даних можливо за-лишити 9 600 бод, оскшьки в заводських умо-вах збшьшення швидкост передач! може приз-вести до збшьшення помилок у передач! цих даних в умовах перманентних електромагшт-них завад.
Результати
Для юнуючо! шформацшно-вим!рювально! системи випробувань г!дравл!чних передач те-пловоз!в були проведен! досл!дження з метою визначення та теоретичного розрахунку основ-
них характеристик канал!в передач! даних в!д апаратних перетворювач!в даних сигнал!в ана-логових датчиюв технолог!чних параметр!в до комп'ютера. Для дослщження тахометрично! п!дсистеми було створено !м!тацшну модель, яка дозволила дослщити основн! характеристики канал!в передач! даних вщ апаратних перет-ворювач!в даних сигнал!в аналогових датчик!в тахометричних параметр!в до комп'ютера. Був проведений анал!з отриманих по результатам теоретичних розрахунюв та за допомогою тацшно! модел! даних та визначено рацюнальш налаштування системи (швидкост! передач!, часу опитування, алгоритм розрахунку частоти обертання)передач! даних.
Наукова новизна та практична значимкть
Дослщження з метою визначення та теоретичного розрахунку основних характеристик канал!в передач! даних в!д апаратних перетво-рювач!в даних сигнал!в аналогових датчиюв технолог!чних параметр!в частоти обертання до комп'ютера показали, що система працюе у режим! фактично! «вщмови вщ обслуговування». Для б!льш детальних досл!джень процес!в, як! прот!кають у систем! передач! тахометричних даних, в середовищ! МА^АВ була створена !м!тацшна модель. Дана модель дозволила провести ряд експеримештв. На основ! експе-римент!в ¿з моделлю були встановлеш рацюна-льн! шляхи розв'язання юнуючо! проблеми роботи системи в режим! фактично! «вщмови вщ обслуговування». Також впровадження одного ¿з запропонованих способ!в вир!шення проблеми або !х комб!нування потребують подальших досл!джень у реальн!й систем!.
Висновки
Були проведен! дослщження з метою визна-чення та теоретичного розрахунку основних характеристик каналу передач! (розм!р!в буферу, частоти опитування, алгоритму обробки тахометричних даних) , що отримаш вщ апаратних перетворювач!в даних сигнал!в аналогових датчиюв технолог!чних параметр!в частоти обертання до комп'ютера. Дослщження показали, що система працюе в режим! фактично! «в> дмови вщ обслуговування» (за юнуючого алго-
Наука та прогрес транспорту. Вюник Дншропетровського нацюнального унiверситету залiзничного транспорту, 2018, № 1 (73)
ритму обробки тахометричних даних [9] та швидкост передач1 даних 9 600 бод). Для бшьш детальних дослщжень процешв, яю протшають у систем! передач! тахометричних даних, в се-редовищ1 MATLAB була створена 1м1тацшна модель. Дана модель дозволила провести ряд експерименпв i3 визначення рацюнальних па-раметр1в системи (розмiрiв буферу, частоти опитування, алгоритму обробки тахометричних даних). На основi експериментiв i3 моделлю були запропонованi шляхи розв'язання юную-чо1 проблеми. При максимальнш швидкостi
1 500 хв-1 для вшх трьох датчикiв рацiонально застосувати таке ршення - зменшити час опитування FT232RL до 0,1 с та змшити алгоритм розрахунку, за якого розрахунок частоти обер-тання виконувався б iз застосуванням формули (2) тобто за один повний оберт валу. При такому ршенш швидюсть передачi даних можливо залишити в 9 600 бод, оскшьки в заводських умовах збшьшення швидкостi передачi може призвести до збшьшення помилок у передачi даних в умовах перманентних високочастотних електромагштних завад.
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ
1. Белашов, В. Ю. Мобильный экспериментальный комплекс для исследования электромагнитных полей, генерируемых электрооборудованием и элементами электроэнергетических систем / В. Ю. Белашов, А. И. Асадуллин // Промышленная энергетика. - 2012. - № 8. - С. 52-55.
2. Братуха, М. А. Исследование точности отсчёта временных интервалов в системе windows / М. А. Бра-туха, О. Г. Шевченко // 1нформатика та комп'ютерш технологи-2012 : матер1али VIII М1жнар. наук.-техн. конф. студенпв, асшранпв та молодих науковщв / Донец. нац. техн. ун-т. - Донецьк, 2012. -С. 59-63.
3. Використання методу вшьного вибйу при визначенш мехашчних втрат в г1дравл1чних передачах при стендових випробуваннях / Б. £. Боднар, О. Б. Очкасов, Р. О. Коренюк, I. А. Клюшник // Проблемы и перспективы развития ж.-д. транспорта : тез. 77 междунар. науч.-практ. конф. (11-12 мая 2017 г.) / Днепропетр. нац. ун-т ж.-д. трансп. - Днепр, 2017. - С. 16-17.
4. Эсауленко, В. А. Методика и алгоритм расчета переходных процессов в двигателе постоянного тока последовательного возбуждения / В. А. Эсуаленко, Н. С. Никорюк // В1сн. Кременч. держ. полгтехн. унту : зб. наук. пр. - Кременчук, 2006. - Вип. 3, ч. 2. - С. 137-139.
5. Information-measuring Test System of Diesel Locomotive Hydraulic Transmissions / I. V. Zhukovytskyy, I. A. Kliushnyk, O. B. Ochkasov, R. O. Korenyuk // Наука та прогрес транспорту. - 2015. - № 5 (59). -С. 53-65. doi: 10.15802/stp2015/53159.
6. Kolek, K. Windows7 x64 as real-time measurement and control platform / K. Kolek // Przegl^d Elektrotechniczny. - 2013. - Т. 89, No. 2 a. - С. 68-71.
7. Sellappan, P. Response Time Considerations in Realtime Software Design / P. Sellappan // Malaysian Journal of Computer Science. - 2017. - Т. 9, No. 1. - С. 25-31.
8. Urrea, C. Implementation of error detection and correction in the Modbus-RTU serial protocol / C. Urrea, С. Morales, J. Kern // Intern. J. of Critical Infrastructure Protection. - 2016. - Т. 15. - С. 27-37. doi: 10.1016/j.ijcip.2016.07.001.
9. Zhukovytskyy, I. Choice of the Optimal Parameters of Measuring the Shaft Rotation Frequency of the Hydraulic Transmission of the Locomotive Using Microcontroller / I. Zhukovytskyy, I. Kliushnyk // Наука та прогрес транспорту. - 2017. - № 2 (68). - С. 36-45. doi: 10.15802/stp2017/99945.
10. Zhukovytskyy, I. V. Use of Microcontroller for Measuring Shaft Speed of Diesel Locomotive Hydraulic Transmission / I. V. Zhukovytskyy, I. A. Kliushnyk // Наука та прогрес транспорту. - 2016. - № 5 (65). -C. 43-53. doi: 10.15802/stp2016/83990.
Наука та прогрес транспорту. Вюник Дншропетровського нацюнального ушверситету з&тзничного транспорту, 2018, N° 1 (73)
МОДЕЛЮВАННЯ ЗАДАЧ ТРАНСПОРТУ ТА ЕКОНОМ1КИ
_ 1 *
И. А. КЛЮШНИК1
1 Каф. «Электронные вычислительные машины», Днепропетровский национальный университет железнодорожного транспорта имени академика В. Лазаряна, ул. Лазаряна, 2, Днипро, Украина, 49010, тел. +38 (056) 373 15 89, эл. почта klugran@i.ua, ORCID 0000-0001-9939-0755
ИССЛЕДОВАНИЕ РАЦИОНАЛЬНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК КАНАЛОВ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ
Цель. Статья ставит целью определение рациональных параметров интерфейсов передачи данных информационно-измерительной системы испытаний гидравлических передач тепловозов, а также нахождение степени отказоустойчивости в различных режимах работы системы. Методика. В работе исследователем были определены и теоретически рассчитаны основные характеристики каналов передачи данных от аппаратных преобразователей сигналов аналоговых датчиков технологических параметров к компьютеру. Для более полной оценки была создана имитационная модель в среде MATLAB для исследования поставленной задачи. Анализ результатов теоретических расчетов, полученных с помощью имитационной модели с целью определения рациональных настроек интерфейсов (скорости передачи, элементной базы, структуры системы и т. д.) передачи данных, позволяет определить необходимые характеристики системы. Результаты. Для существующей информационно-измерительной системы испытаний гидравлических передач тепловозов были проведены исследования с целью определения и расчета основных характеристик каналов передачи данных от аппаратных преобразователей сигналов аналоговых датчиков технологических параметров к компьютеру. Для исследования тахометрической подсистемы была создана имитационная модель, которая позволила исследовать основные характеристики каналов передачи данных от аппаратных преобразователей сигналов аналоговых датчиков тахометрических параметров к компьютеру. Был проведен анализ данных, полученных по результатам теоретических расчетов и с помощью имитационной модели, и определены пути рациональной настройки их передачи. Научная новизна. Исследование и теоретические расчеты основных характеристик каналов передачи данных от аппаратных преобразователей сигналов аналоговых датчиков к компьютеру показали, что система работает в режиме фактического «отказа от обслуживания». Для более детальных исследований процессов, протекающих в системе передачи тахометрических данных, в среде MATLAB была создана имитационная модель, которая позволила провести ряд экспериментов. Практическая значимость. На основе экспериментов с моделью были установлены рациональные пути решения существующей проблемы: работы системы в режиме фактического «отказа от обслуживания». Также внедрение одного из предложенных способов решения проблемы или их комбинирование требуют дальнейших исследований в реальной системе.
Ключевые слова: имитационная модель; MATLAB; SIMULINK; гидравлическая передача; испытания гидропередач; испытательный стенд; информационно-измерительная система
I. A. KLIUSHNYK1*
'*Dep. «Electronic Computers», Dnipropetrovsk National University of Railway Transport named after Academician V. Lazaryan, Lazaryan St., 2, Dnipro, Ukraine, 49010, tel. +38 (056) 373 15 89, e-mail klugran@i.ua, ORCID 0000-0001-9939-0755
RESEARCH OF RATIONAL CHARACTERISTICS OF THE DATE COMMUNICATION LINKS OF THE INFORMATION AND MEASURING SYSTEM
Purpose. The article focuses on determining the rational parameters of data transmission interfaces for information and measuring system for testing the hydraulic transmissions, as well as determining the degree of fault tolerance in various operating modes of the system. Methodology. In the study the researcher has determined and theoretically calculated the main characteristics of the data transmission channels from the hardware converters of the data signals of analog sensors of technological parameters to the computer. For a more complete assessment, an
Наука та прогрес транспорту. Вюник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2018, № 1 (73)
imitation model was created in the MATLAB environment to study the assigned task. Analysis of the results obtained from the theoretical calculations and using the simulation data model to determine the rational settings of interfaces (rational transmission speed, rational element base, rational system structure, etc.) of data transmission makes it possible to determine the rational characteristics of the system. Findings. For the existing information-measuring system for testing hydraulic locomotive transmission of diesel locomotives, studies were carried out to determine and theoretically calculate the main characteristics of the data transmission channels from the hardware converters of data signals from analog sensors of technological parameters to the computer. To study the tachomet-ric subsystem, an imitation model was created that allowed to investigate the main characteristics of the data transmission channels from the hardware converters of data signals of analog sensors of tachometric parameters to the computer. The results of theoretical calculations were analyzed and the rational settings of the data transmission system were determined using the simulation model of data. Originality. The study to determine and theoretically calculate the main characteristics of the data transmission channels from the hardware converters of data signals of analog sensors of technological parameters to the computer showed that the system operates in the mode of actual «non-maintenance». For more detailed studies of the processes occurring in the transmission system of tachometric data, an imitation model was created in the Matlab environment. This model allowed carrying out a number of experiments. Practical value. On the basis of experiments with the model, rational ways of solving the existing problem of the system operation in the mode of actual «non-maintenance» were established. Also, the introduction of one of the proposed methods for solving the problem or combining them requires further research in the real system Keywords: simulation model; MATLAB; SIMULINK; hydraulic transmission; hydrotransmission tests; test stand; information-measuring system
REFERENCES
1. Belashov, V. Y., & Asadullin, A. I. (2012). Mobilnyy eksperimentalnyy kompleks dlya issledovaniya elektro-magnitnykh poley, generiruemykh elektrooborudovaniem i elementami elektroenergeticheskikh sistem. Promyshlennaya energetika, 8, 52-55. (in Russian)
2. Bratukha, M. A., & Shevchenko, O. G. (2012). Issledovanie tochnosti otscheta vremennykh intervalov v sisteme windows. Informatyka ta kompiuterni tekhnolohii-2012: materialy VIII Mizhnarodnoi naukovo-tekhnichnoi konferentsii studentiv, aspirantiv ta molodykh naukovtsiv, 59-63. (in Russian)
3. Bodnar, B. Y., Ochkasov, O. B., Koreniuk, R. O., & Kliushnyk, I. A. (2017). Vykorystannia metodu vilnoho vybihu pry vyznachenni mekhanichnykh vtrat v hidravlichnykh peredachakh pry stendovykh vypro-buvanniakh. Abstracts of the 77 International Scientific & Practical Conference "The Problems and Prospects of Railway Transport Development", 16-17. (in Ukrainian)
4. Esaulenko, V. A., & Nikoryuk, N. S. (2006). Metodika i algoritm rascheta perekhodnykh protsessov v dvigate-le postoyannogo toka posledovatelnogo vozbuzhdeniya. Transactions of Kremenchuk Mykhailo Ostrohradskyi National University, 3(2), 137-139. (in Russian)
5. Zhukovytskyy, I. V., Kliushnyk, I. A., Ochkasov, O. B., & Korenyuk, R. O. (2015). Information-measuring Test System of Diesel Locomotive Hydraulic Transmissions. Science and Transport Progress, 5(59), 53-65. doi: 10.15802/stp2015/53159. (in Russian)
6. Kolek, K. (2013). Windows7 x64 as real-time measurement and control platform. Przeglqd Elektrotechniczny, 89(2a), 68-71. (in English)
7. Sellappan, P. (2017). Response Time Considerations in Realtime Software Design. Malaysian Journal of Computer Science, 9(1), 25-31. (in English)
8. Urrea, C., Morales C., & Kern, J. (2016). Implementation of error detection and correction in the Modbus-RTU serial protocol. International Journal of Critical Infrastructure Protection, 15, 27-37. doi: 10.1016/j.ijcip.2016.07.001. (in English)
9. Zhukovytskyy, I., & Kliushnyk, I. (2017). Choice of the Optimal Parameters of Measuring the Shaft Rotation Frequency of the Hydraulic Transmission of the Locomotive Using Microcontroller. Science and Transport Progress, 2(68), 36-45. doi: 10.15802/stp2017/99945. (in English)
10. Zhukovytskyy, I. V., & Kliushnyk, I. A. (2016). Use of Microcontroller for Measuring Shaft Speed of Diesel Locomotive Hydraulic Transmission. Science and Transport Progress, 5(65), 43-53. doi: 10.15802/stp2016/83990. (in English)
Статтярекомендована до публ1кацИ'д.т.н., проф. I. В. Жуковицьким (Украта) Надшшла до редколегп: 09.10.2017 Прийнята до друку: 08.01.2018
