Аналіз ієрархічних структур керування в системах мікропроцесорних централізацій залізничної автоматики Текст научной статьи по специальности «Математика»

в решении (12) монотонно стремится к нулю при п , то нулевое решение уравнения (10) асимптотически устойчиво.

Рассмотренный подход может быть распространен на случай стохастических линейных уравнений Вольтерра, моделирующих эволюцию дискретной динамической системы, находящейся под воздействием случайных возмущений.

Список литературы

1. Колмановский В.Б. Об устойчивости решений некоторых разностных уравнений Вольтерра // Автоматика и телемеханика - 2000. - № 11. - С. 139-145.

2. Фуфаев В.В. Основы теории динамики структуры биоценозов // В кн. Математическое описание ценозов и закономерности технетики - Абакан: Центр системных исследований, 1996. - С. 156-193.

3. Эндрюс Г. Теория разбиений. - М.: Наука, 1982. - 256 с.

УДК 656.257 : 681.3

Коновалов В. С., канд. техн. наук, доцент УкрДАЗТ МелЫов А.А., асистент УкрДАЗТ

АНАЛ1З 1еРАРХ1ЧНИХ СТРУКТУР КЕРУВАННЯ В СИСТЕМАХ М1КРОПРОЦЕСОРНИХ ЦЕНТРАЛ1ЗАЦ1Й ЗАЛ1ЗНИЧНО1 АВТОМАТИКИ

Постановка проблеми в загальному видь Починаючи з 1960 р. шсля розробки малогабаритних штепсельних реле НМШ почалося впровадження релейно! центрашзаци. На базi малогабаритних реле були створеш релейш блоки, була побудована перша блочна маршрутно-релейна централiзацiя (БМРЦ). Починаючи з 1961 р. систему БМРЦ застосовують на станщях з числом стршок 30 i бшьше.

У зв'язку з випуском малогабаритних реле РЭЛ були розроблеш системи релейно! централiзаци на новш елементнш базь

Подальший розвиток електрично! централiзаци е розробка комп'ютерних i мжропроцесорних систем, де використовують типовi ЕОМ загально промислового значення або мжропроцесорш автомати.

Широке впровадження мжроелектрошки i мжропроцесорно! технiки на зашзницях Украши е одним з основних напрямюв пiдвищення ефективностi сучасно! зашзнично! автоматики. М1кропроцесорна технiка надае новi можливостi для реалiзаци якiсного стрибка в розвитку системи, дозволяючи розширити виконуванi функцп, полiпшити експлуатацiйнi характеристики, скоротити витрати на розробку, проектування, будiвництво й експлуатацда систем.

Засоби залiзничноl автоматики i телемеханiки, як експлуатуються та введенi до 1990 р. на зашзницях Украши, по яюсному рiвню не задовольняють сучасним вимогам комплексно! автоматизацп процесу перевезень, стримують масове впровадження шформацшних технологiй, не забезпечують упровадження технологш, у яких вiдсутнiй людський фактор при !хньому обслуговуваннi, не завжди сушст iз системами середнього i верхнього рiвня автоматизацп процесу перевезень, вимагають iстотних експлуатацiйних витрат.

Великий обсяг пристро!в з термiном служби, який вже минув, низька надшшсть елементно! бази, вiдсутнiсть засобiв дiагностики ведуть до росту витрат не тшьки на !хне обслуговування, але й експлуатацiйних витрат, зв'язаних з процесом перевезень.

1снуюча структура i стан технiчних засобiв ЗАТ стримують структурну реоргашзацш залiзничного транспорту, обумовлюють пiдвищенi експлуатацiйнi витрати.

У зв'язку з цим в останнi роки назрша необхiднiсть упровадження мiкропроцесорних i релейно-процесорних централiзацiй, що найбiльше повно вщповщають задачам створення штегровано! системи управлшня.

Аналiз останнш до^джень i публшацш. Для систем МПЦ в основному висувають вимоги до коефщенпв надiйностi i безпеки функцiонування систем [4, 5, 6, 7].

До цього часу запропоноваш методики оцшки якост [7] структурних схем давали можливють визначити в кiнцевому рахунку найбшьш „нагружеш" елементи системи i при необхiдностi домогтися и ,^внопрочностГ'.

Аналiз публiкацiй [17, 18 - 24] показав, що на початковому еташ розробки систем МПЦ необхщно придшяти особливе значення структурi управлшня системи МПЦ на станцй, що розробляеться.

Постановка завдання. З упровадженням мшроелектрошки i мшропроцесорно! технiки в пристро! автоматики на станцiях, точшше в системи електрично! централiзацil, з метою створення систем

мшропроцесорно! централiзацii' (МПЦ), з'являеться задача вибору структури управлшня системи МПЦ, яка упроваджуеться на станщю.

Пропонуеться на основi теори iнформацii' [8, 9, 10], шформацшного пiдходу до аналiзу великих систем керування [9, 11], а також пророблених до цього дослщжень [12, 13, 14, 15] по застосуванню методу шформацшного анашзу до автоматизованих систем керування об'ектами зашзнично! автоматики, зробити анашз структур керування систем МПЦ, i запропонувати найбшьш придатш структури керування об'ектами для впровадження на зашзничних станцiях.

Необхiдно визначити задачi структурного аналiзу складних систем, що виявляють рiзнi вiдносини мiж елементами системи [2]. 1нтерес представляе, наприклад, питання про юнування ланцюжка канашв зв'язку, що з'еднують рiзнi елементи. Бiльш глибоке дослiдження припускае облш напрямку передачi сигналiв, а також !'хнього виду. Пiд видом розумiеться деяка змiстовна iнтерпретацiя призначення переданих сигналiв. Наприклад, деякi сигнали вщповщають матерiальним потокам у систем^ а другi -iнформацiйним, трет служать цiлям керування i т.д. Такий розподш сигналiв дае можливють використовувати для вивчення зазначених задач структуры методи, що дозволяють знайти так називаш типовi структурнi конф^ураци (кола, цикли, контури i т.п.), що грають важливу роль у визначенш можливостей системи по передачi i переробцi сигналiв.

Основний матерЬал. З метою тдвищення пропускно! спроможностi i пiдвищення безпеки руху по!здв промiжнi i дiльничнi станци обладнають пристроями електрично! централiзацii' (ЕЦ).

Основною елементною базою системи ЕЦ е релейна апаратура, тому ця система керування одержала назву релейно! централiзацп.

По способу розмщення апаратури управлшня i джерел живлення релейну централiзацiю будують з мiсцевими i центральними залежностями i джерелами живлення. При мюцевих залежностях релейну апаратуру розмщають у релейних будках у горловинах станци; при центральних - у центрi станци на посту ЕЦ чи в станцшному будинку. Мiсцевi джерела у видi акумуляторних батарей встановлюють у батарейних шафах у вхщних свiтлофорiв i в райош стрiлочних горловин.

Застосовують кшька рiзновидiв систем релейно! централiзацi!' [3].

Релейна централiзацiя з мiсцевими залежностями i мiсцевими джерелами живлення (РЦМ). Система РЦМ застосовувалася на малих станцiях (до 15 стрiлок). Релейна апаратура i джерела живлення розмщалися в релейних шафах чи будках у горловинах станци. Недолжом системи е розосереджувашсть апаратури i джерел живлення,

що ускладнюе обслуговування i здорожуе будiвництво. Цю систему в новому будiвництвi не застосовують.

Релейна централiзацiя з центральними залежностями i мiсцевими джерелами живлення (РЦЦМ). У системi РЦЦМ пост електрично! централiзацil не будують, i релейну апаратуру розмщають у станцiйному будинку, де знаходиться черговий по станцп (ДСП), i частково в релейних шафах, встановлених у вхiдних i вихiдних свiтлофорiв станци; джерела живлення у видi акумуляторних батарей помщеш в батарейних шафах, встановлених у вхщних свiтлофорiв i в райош стрiлочних горловин. У системi застосований принцип роздшьного управлiння, що ведеться з пульта управлшня. Недолiками системи е: розосереджувашсть апаратури, джерел живлення, застосування низьковольтних електроприводiв, великого числа акумуляторiв, вiдсутнiсть маневрових маршрутiв. Дану систему застосовують обмежено на промiжних станщях малодiяльних дiлянок.

Релейна централiзацiя з центральними залежностями i центральними джерелами живлення (РЦЦ). Релейну апаратуру i джерела харчування розмщають на посту електрично! централiзацil, що полшшуе умови обслуговування, дозволяе застосовувати бшьш досконалi джерела живлення. Спочатку дану систему застосовували на дiльничних станщях, де управлшня ведеться з пульту-табло, на якому розмщеш стршочт i сигнальнi кнопки.

Починаючи з 60-х роюв систему РЦЦ застосовують на промiжних станцiях.

Релейна централiзацiя з центральними залежностями, центральними джерелами живлення i маршрутним управлiнням. Релейна апаратура i джерела живлення розмiщенi на посту ЕЦ, де для управлшня мають пульт-табло чи пульт-маншулятор з маршрутними кнопками.

При установщ маршруту послщовним натисканням кнопок початку i кiнця маршруту здiйснюють набiр завдання по!зних i маневрових маршрутiв. По закшченш набору вiдбуваеться одночасний перевщ усiх стрiлок у маршрутi i пiсля !хнього переводу - вщкриття сигналу. Маршрутне управлiння дозволяе встановлювати самий складний маршрут за 5 - 7 с заметь 30 - 40 с при роздшьному управлшш, що значно тдвищуе пропускну спроможшсть дiльничних станцiй. Релейна апаратура розмщена в типових блоках. Система в такому виконанш одержала назву блочно! маршрутно-релейно! централiзацil (БМРЦ).

Си стека МПЦз

Структурою управлшня

Си стека МПЦз д ецентралоов ан о» структурою упраздни я

Рей ков1 кола

■—СО

СВ1ТЛ0ф0рН

Система МПЦз конбшованою структурою управлшня

РМПК

Н

■ — ^ I РМ ПК|

п I

[НЩ | И

1оо П I \\у

X

район I

район 2

| район 3

ЦФУ

ЦФУ

РФ У

ФУО

ОбЧкта упразл«н я та контролю Об'ект упраздни я та контролю

Об'екти управлшня та контролю

Рисунок I -Структур» \тт}>а&л!ння системами как]>опроц<;ео|>но! ценгратзаци

При подальшому розвитку релейно! централiзацi! знайшли застосування мжропроцесорш i комп'ютернi централiзацi!, що замшяють громiздку, iнерцiйну й енергоемну релейно-контактну апаратуру.

З проробленого анашзу останшх дослiджень i публiкацiй можна зробити висновок, що структурному анашзу систем керування МПЦ придiляеться найменша увага. Хоча дослщження структур керування систем МПЦ прямо зв'язаш з дослщженнями в областi надiйностi i безпеки систем.

З аналiзу iснуючих в^чизняних i закордонних комп'ютерних i мжропроцесорних систем, в областi розмiщення функцюнальних залежностей, можна запропонувати класифiкувати системи МПЦ на:

- системи управлшня з централiзованими структурами;

- системи управлшня з децентралiзованими структурами;

- системи управлшня з комбшованими структурами, як представленi на рисунку 1.

Умовнi позначення:

пост ЕЦ - пост електрично! централiзацi!;

ЦМППК - центральний мiкропроцесорний промисловий контролер;

МПК - мшропроцесорний контролер;

РМПК - районний мжропроцесорний контролер;

ЦФВ - центральний функцюнальний вузол;

ФВО - функцюнальш вузли об'ектiв;

РФВ - районний функцюнальний вузол.

Системи керування з централiзованими структурами - обробка шформаци сконцентрована в одному комплекс техшчних засобiв, вiдмовлення хоча б одного компонента центрально! частини приводить до зупинки функцюнування великого числа об'ектв управлшня.

Системи керування з децентралiзованими структурами - мають центральний процесорний блок для виконання загальних функцш i локальш контролери зi схемами керування об'ектами. Системи з такою структурою дозволяють локалiзувати наслщки вiдмов, тобто вiдмови локального контролера вплине на управлшня обмеженим числом об'еклв, за рахунок цього забезпечуеться надшшсть i безпека.

Системи керування з комбшованими структурами - апаратура розмщаеться в одному мющ (наприклад в одному примiщеннi), а для реалiзацi!' кожно!' групи функцiй видшеш окремi технiчнi засоби.

Iерархiчний принцип е основним засобом представлення автоматизованих систем управлшня стршками i сигналами залiзнично!' автоматики.

Застосування анашзу структур керування мжропроцесорних систем е актуальною науковою задачею i мае першорядне значення для розвитку мiкропроцесорноï техшки на залiзничному транспортi, а iерархiчний принцип е основним засобом представлення таких складних систем як мжропроцесорш системи керування.

Структури систем управлшня, показаш на рисунку 1 вщображають iерархiю спiвпiдпорядкованостi ïï елементiв (функцюнальних вузлiв i об,ектiв керування i контролю ). При цьому рiзним елементам, зображеним на рисунку 1, запропоноваш конкретш цiлi. При визначенш цiлей елементiв систем МПЦ керуються деякими принципами, сформульованими на основi досвiду структур керування систем релейних централiзацiй. Передбачаеться, що поставленi цш враховують як здатностi, так i обмежеш можливостi елементiв. Наприклад, принцип '^апазону керування" обмежуе число елеменлв, якими можна управляти, а також контролювати кожним вищестоящим елементом.

При побудовi багаторiвневоï системи управлшня виникають деякi проблеми. Перша виникаюча проблема - розподiл задач, що повинш виконуватися рiзними рiвнями й окремими елементами. При цьому використовуються iерархiчнi концепцiï страти та слою. З одного боку, вщбуваеться стратифжащя моделi всiеï системи, а з шшого боку -вiдбуваеться декомпозищя задачi, що стоггь перед системою, на слоь Завдання елементам, що утворять багатоешелонну систему, у цьому випадку визначають стосовно моделей i розв'язуваних проблем, що з'являеться на вщповщнш стратi чи слоь У цьому зв'язку варто пам'ятати, що не юнуе однозначного спiввiдношення мiж стратами, ешелонами i слоями. Завдання для декшькох ешелонiв можуть бути визначеш з моделi однiеï i т1е1' ж страти, у той час як розв'язувана проблема на даному сло1' може бути розподшена мiж декiлькома ешелонами, бiльш того, завдання для ешелону може мютити елементи проблем, що належать не одному, а ряду сло1'в розв'язувано!" проблеми [16].

У вiдповiдностi з уЫм вищесказаним зi структур управлшня системами МПЦ можна видшити iерархiю органiв управлiння об'ектами (рисунок 2), iерархiю задач об,ектiв управлiння (рисунок 3) i iерархiю схем управлшня об'ектами (рисунок 4).

Рисунок 2 - Ieрархiя оргашв управлiння об,eктами зашзнично!" автоматики

Рисунок 3 - Ieрархiя задач об,eктiв управлiння залiзничноï автоматики

Збiрник наукових праць ДонIЗТ. 2GG? №9 101

Рисунок 4 - Iерархiя схем управлшня об'ектами залiзнично!

автоматики

Висновки:

1. Запропоновано ввести додагковий пункт у класифшащю мiкропроцесорних систем керування об'екгами на станщях.

Пракгичне значення дано! пропозицй складаегься у виборi визначено! сгрукгури керування для мжропроцесорно! ценгралiзацi!, що розробляегься на конкретнш сганцi! для визначення кшькосл рiвнiв iерархi! в сгрукгурi керування.

2. Запропоновано сгрукгури керування систем МПЦ, яким дат визначення. Для цього була використана теорiя iерархiчних багагорiвневих систем.

Практичне значення вибору структури керування складаеться в можливост представлення функцiональних вузлiв на кожшм рiвнi iерархi! для визначення потоюв iнформацi! мiж ними.

3. Запропоновано iерархi! оргашв керування об'ектами, задач об'еклв керування i схем керування об'ектами. Вiрогiднiсть цього факту встановлена теоретичним шляхом. Для цього були використаш теорiя iнформацi!, теорiя iерархiчних систем i теори великих i складних систем .

Практичне значення отриманого результату складаеться у тм, щоб розкрити можливостi кожного функцiонального вузла для визначення впливу функцюнальних вузлiв один на одного.

Перспективи. Наведет в статт данi можна використовувати як базу для анашзу функцюнування систем керування в рiзноманiтних аспектах. Наприклад у навчальному процесi або при розробщ нових систем МПЦ.

Список литературы

1. Мангейм М.Л. Иерархические структуры (Пер. с англ.) Под ред. В .Я. Фридмана. М., "Мир", 1970. 180 с.

2. Калашников В.В. Сложные системы и методы их анализа. - М.: Знание, 1980. - 64 с.

3. Казаков А.А., Бубнов В.Д., Казаков Е.А. Станционные устройства автоматики и телемеханики: Учебник для техникумов ж.-д. трансп. М.: Транспорт, 1990. - 431 с.

4. Справочник по надежности : В 3т. Т.1; Пер. с англ. Ю.Г. Епишина, Б.А. Смиренина / Под ред. Б.Р. Левина. - М.: Мир, 1969. - 339 с.

5. Справочник по надежности : В 3т. Т.2; Пер. с англ. Ю.Г. Епишина, Б.А. Смиренина / Под ред. Б.Р. Левина. - М.: Мир, 1969. - 339 с.

6. Сертификация и доказательство безопасности систем железнодорожной автоматики / В.В. Сапожников, Вл.В. Сапожников, В.И. Талалаев и др.; Под ред. Вл.В. Сапожникова. - М.: Транспорт, 1997. - 288 с.

7. Нечипоренко В.И. Структурный анализ и методы построения надежных систем. Изд-во "Советское радио",1968. 256 с.

8. Вентцель Е.С. Теория вероятностей. Издание четвертое, стереотипное. Изд-во "Наука", главная редакция физико-математической литературы, Москва, 1969 г. 576 стр.

9. Денисов А.А., Колесников Д.Н. Теория больших систем управления: Учебное пособие для вузов. - Л.: Энергоиздат, Ленингр. отд-ние, 1982. - 288 с.

10. Эффективность и надежность сложных систем. М., "Машиностроение", 1977,

216 с.

11. Денисов А. А. Информационные основы управления. - Л.: Энергоатомиздат, 1983. - 72 с.

12. Мелiхов А.А., Коновалов В.С. Кшьюсний аналiз структур функцюнування мшропроцесорних централiзацiй на залiзничному транспорт // Зб. Наук. Праць / УкрДАЗТ, 2003. - Вип.. 56. - С. 61-66

13. Коновалов В.С., Мелiхов А.А., Коцюба Т.А. Аналiз iерархiчних структур систем мшропроцесорних централiзацiй залiзнично! автоматики. Статика // Зб. наук. праць. - Харюв: УкрДАЗТ, 2004. - Вип.. 57. - С. 113-120.

14. Коновалов В.С., Мелiхов А.А., Ковтун Г.В. Аналiз ieрархiчних структур систем мiкропроцесорних централiзацiй залiзничноi автоматики. Кiнематика //Радiоелектроннi i комп'ютернi системи. -2004. -№3(7). -С. 89 - 96.

15. Коновалов В.С., Мелихов А.А. Анализ иерархических структур систем микропроцессорных централизаций железнодорожной автоматики. Динамика // Iнформацiйно-керуючi системи на залiзничному транспорт! - 2004 - №6. С. 8-16.

16. Месарович М., Мако Д., Такахара И. Теория иерархических многоуровневых систем. (Пер. с англ.). Под ред. И.Ф. Шахнова. М., "Мир", 1973. 344 с.

17. Малинов В.М. Современные зарубежные системы микропроцессорной централизации (МПЦ) // Автоматика, связь, информатика. - 2000. - №7. - С. 45 - 47.

18. Пресняк С.С., Запорожченко Е.Г., Цыркин А.В. Опытная эксплуатация системы микропроцессорной централизации ЭЦ-ЕМ // Автоматика, связь, информатика. - 2001. - №2. - С. 14 - 16

19. Пресняк С.С., Запорожченко Е.Г., Цыркин А.В. Разработка, внедрение и перспективы отечественных систем микропроцессорной централизации // Автоматика, связь, информатика. - 2001. - №10. - С. 27 - 29

20. Миронов Д.В., Болдырев Ю.С. Создание релейно-процессорных централизаций // Автоматика, связь, информатика. - 2001. - №10. - С. 33 - 34

21. Ягудин Р.Ш. Перспективы применения и развития микропроцессорной техники в устройствах железнодорожной автоматики и телемеханики // Автоматика, связь, информатика. - 2001. - №12. - С. 23 - 25

22. Гавзов Д.В., Никитин А.Б. Релейно-процессорная централизация ЭЦ-МПК // Автоматика, связь, информатика. - 2002. - №4. - С. 12 - 15

23. Алешин В.Н. Микропроцессорная централизация стрелок и сигналов системы Ebilock-950 // Автоматика, связь, информатика. - 2003. - №1. - С. 13 - 17

24. Казиев Г.Д. Цели и задачи развития микропроцессорных систем ЖАТ // Автоматика, связь, информатика. - 2004. - №1. - С. 21 - 23