CC BY
120
Автоматика, телемеханика и связь на железных дорогах
69
Автоматика, телемеханика и связь на железных дорогах УДК 656.25: 656.21
АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОВЕРКИ ПРИНЦИПИАЛЬНЫХ СХЕМ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЙ АВТОМАТИКИ НА СТАНЦИЯХ
О.А. Максименко
Аннотация
Дальнейшее развитие автоматизации проектирования систем железнодорожной автоматики требует применения методов автоматической проверки проектных решений. Рассмотрен метод проверки принципиальных схем путем создания модели непосредственно из баз технической документации. Разработана методика автоматического планирования экспериментов. Усовершенствован метод моделирования электрических цепей для больших систем, содержащих релейные элементы.
Ключевые слова: моделирование; станционные системы автоматики; автоматизация проектирования; проверка принципиальных схем; численные методы; система нелинейных дифференциальных уравнений; проверяющие тесты; автоматизация функционального тестирования
Введение
Концепция построения единой автоматизированной системы документооборота на устройства СЦБ, разработанная в лаборатории «Автоматизация проектирования и моделирования систем автоматики» ПГУПС (Василенко М. Н. и др., 2002), включает не только автоматизацию проектирования технической документации, но и автоматизированную оценку качества проектной документации.
Опыт создания автоматизированного рабочего места проектировщика технической документации (АРМ ПТД) и выполнения проектирования с его помощью показывает, что в автоматизированном процессе проектирования источником большей части ошибок является проектирование принципиальных схем (Ошурков И. С., Баркаган Р. Р., 1980). Этап построения монтажной документации в настоящее время выполняется автоматически по принципиальным схемам, поэтому определение ошибок проектирования монтажа является функцией АРМ ПТД.
Известия Петербургского университета путей сообщения
2004/1
70
Автоматика, телемеханика и связь на железных дорогах
Необходимость участия человека в построении принципиальных схем обуславливает возникновение значительного количества ошибок. Не обнаруженные при проверке, они могут быть выявлены только на этапе пусконаладочных работ, когда цена их исправления значительно возрастает. Следовательно, дальнейшее развитие АРМ ПТД требует включение в него функций автоматической проверки принципиальных схем.
Методы автоматической проверки принципиальных схем можно разделить на две группы: эвристические и моделирование по
принципиальным схемам. К самым очевидными эвристическими методами относятся различные варианты сравнения с шаблоном. Правила и алгоритмы, используемые в них, можно назвать зеркальными по отношению к методам синтеза принципиальных схем. Отсюда следует, что целесообразно применять эвристические методы на стадии
проектирования принципиальных схем. Увеличение объемов
документации, синтезированной автоматическими методами, позволит повысить качество получаемой документации.
1. Использование баз технической документации для моделирования систем железнодорожной автоматики и телемеханики
Построение моделей систем железнодорожной автоматики на основе данных, содержащихся в технической документации, дает возможность существенно снизить затраты человеческого труда на ввод информации, описывающей модель. В зависимости от подробности модели такие данные с большой долей вероятности повторяют какую-то часть информации, содержащейся в проекте. Ввод данных для создания моделей требует создания специальных интерактивных средств ввода, а следовательно и обучения операторов работе с этими средствами, зачастую использующими совсем другой набор понятий, чем тот, которым пользуется большинство специалистов железнодорожного транспорта.
Из этого можно сделать вывод, что очень многие задачи, решающиеся с помощью моделирования, трудны в первую очередь первичным вводом данных для модели. Использование баз данных технической документации СЖАТ для построения моделей не только снимет эти проблемы, но и позволит решать новую задачу - проверки корректности составления технической документации методом моделирования.
Проведенные автором исследования показали, что требования к оформлению принципиальных схем для автоматического построения монтажной документации средствами АРМ ПТД достаточны для использования этих же схем при моделировании. Поэтому в качестве базового был выбран метод моделирования работы системы по принципиальным схемам.
2004/1
Известия Петербургского университета путей сообщения
Автоматика, телемеханика и связь на железных дорогах
71
2. Моделирование работы электрических схем СЖАТ
Очевидно, что для электрических схем СЖАТ имеет смысл рассматривать только методы математического моделирования с применением вычислительной техники. Разработка систем моделирования больших систем, в том числе систем железнодорожной автоматики, до сих пор сдерживалась недостаточной производительностью ЭВМ, однако прогресс в области создания высокопроизводительных ЭВМ сделал возможным создание более точных моделей и проведение экспериментов на них с разумными затратами ресурсов.
Ранее предпринимались попытки создания систем моделирования СЖАТ путем упрощения моделей с применением эвристических методов распознавания схемных решений. То есть выполнялась операция, обратная синтезу автомата. Формальное описание автомата восстанавливалось по его реализации в известной элементной базе, и служило основой моделирования. При этом использовались сведения о методах, по которым синтезировались и анализировались эти схемы.
Хорошо разработан и широко используется метод математического описания динамических процессов системами нелинейными дифференциальными уравнениями.
Для численного решения систем нелинейных дифференциальных уравнений разработано множество методов, общей проблемой которых является расчет жестких систем. Жесткими называются системы, в которых одновременно присутствуют быстро и медленно изменяющиеся параметры. Их нужно рассчитывать с одинаковой точностью, что накладывает значительные ограничения на шаги разностной схемы. Эффективность и устойчивость метода во многом зависят от выбора шага интегрирования.
Релейные схемы железнодорожной автоматики, очевидно, относятся к жестким системам. Определяющее свойство релейных элементов - резкое изменение состояний выхода в момент переключения - затрудняет моделирование, увеличивая число шагов, а уменьшение длины шага может привести к выходу за границы точности представления чисел с плавающей точкой на ЭВМ.
Автор предлагает усовершенствовать метод описания процессов системами дифференциальных уравнений путем применения элементов имитационного моделирования. В модель, традиционно использующую непрерывные величины, мы добавляем дискретные (цифровые). Цифровая часть модели рассчитывается независимо от аналоговой и лишь на границе между ними специальные элементы преобразуют аналоговый сигнал в цифровой и наоборот. Аналоговые части, не связанные между собой непрерывными переменными, рассчитываются раздельно, шаг вычисления для каждой такой части определяется независимо.
Известия Петербургского университета путей сообщения
2004/1
72
Автоматика, телемеханика и связь на железных дорогах
3. Планирование экспериментов для проверки корректности проектных решений
Задачей моделирования в этом случае является выявление ошибок, допущенных человеком при проектировании принципиальных схем. Моделируя работу системы, описанной принципиальными схемами, можно проверить правильность ее функционирования. Общая схема проверки состоит в подаче на вход системы некоторой входной последовательности и сравнении выходной последовательности с эталонной. Эталонная выходная последовательность для соответствующей входной определяется заданием на разработку системы (Инструкция, 1998).
Отметим, что такой метод не выявляет ошибок в проектировании, непосредственно не влияющих на функционирование. Выполнение требований, связанных с безопасностью, конструктивными и технологическими ограничениями, необходимо проверять особо.
Цель планирования экспериментов для проверки корректности проектных решений - определение минимального набора экспериментов на модели, который даст нам заданную вероятность обнаружения ошибок. Ограничивающим ресурсом в этом случае является машинное время.
Правильный порядок проведения экспериментов имеет большое прикладное значение. Здесь используется правило скорейшего тестового покрытия всей системы, заключающееся в том, что приоритет отдается тем экспериментам, которые затрагивают еще не участвовавшие в работе элементы и цепи. Например, для топологически организованных схем электрической централизации, это означает скорейший перебор всех маршрутов в базовых операциях.
Рационально использовать представление моделируемой системы как «черного ящика» до обнаружения отклонения от требуемого поведения, и раскрывать до уровня состояний элементов, токов и напряжений в цепях при локализации ошибок.
4. Функциональная схема системы автоматизированной проверки принципиальных схем СЖАТ
Автоматизация планирования и проведения экспериментов позволяет получить наибольший выигрыш от использования модели. Рассмотрим функциональную схему системы автоматизированной проверки принципиальных схем применительно к электрической централизации.
Основой для автоматического построения входных рабочих последовательностей стала таблица взаимозависимостей стрелок, сигналов и маршрутов. Этот документ наиболее полно и формализовано описывает функционирование станции среди поддающихся автоматическому анализу. Та же таблица стала и референтной моделью для построения эталонных выходных рабочих последовательностей.
2004/1
Известия Петербургского университета путей сообщения
Автоматика, телемеханика и связь на железных дорогах
73
Функциональная схема состоит из модулей и моделей.
Модуль планирования экспериментов производит стратегическое планирование в соответствии с поставленной целью - скорейшим выявлением допущенных ошибок. Он определяет набор тестов для проверки технологических алгоритмов системы ЭЦ, исходные данные (т. е. поездную ситуацию) для каждого теста и их оптимальную последовательность.
Модуль управления экспериментом выполняет план эксперимента, генерируя входные рабочие последовательности для модели, построенной по принципиальным схемам, и для идеальной модели. В соответствии с предложенной абстракцией «черного ящика», на вход системы нажатием кнопок подаются команды, а в модели рельсовых цепей - состояния изолированных секций.
Идеальная модель системы реализует технологические алгоритмы ЭЦ в соответствии с заданием на систему, преобразовывая входные воздействия в выходные. Для анализа идеального функционирования системы применяется имитационное моделирование.
Математическая модель системы строится автоматически по принципиальным схемам, используемый в ней метод моделирования рассмотрен ранее.
Модуль сравнения анализирует расхождения в выходных данных двух моделей систем, и сигнализирует об ошибке, если они превышают допустимые. Анализируемые выходы моделей включают управляющие цепи стрелок, состояния ламп светофоров, кодирование рельсовых цепей, а также замыкающие реле.
Задача модуля анализа результатов экспериментов - помощь пользователю в локализации и устранении ошибок. В случае обнаружения ошибки модуль фиксирует временную диаграмму работы всех реле анализируемой системы за предшествующий период времени. Эта информация используется для автоматизированного или ручного поиска допущенной ошибки.
5. Заключение
Программное обеспечение, построенное по рассмотренной функциональной схеме, дало высокую степень автоматизации проверки, используя лишь документацию, полученную в ходе автоматизированного процесса проектирования. Данная функциональная схема инвариантна относительно проверяемой системы автоматики и телемеханики, меняются лишь алгоритмы и данные идеальной модели.
Основное направление развития системы автоматизированной проверки принципиальных схем - это организация контроля за техническими документами на всех этапах разработки, проектирования,
Известия Петербургского университета путей сообщения
2004/1
74
Автоматика, телемеханика и связь на железных дорогах
производства, строительства и эксплуатации систем железнодорожной автоматики и телемеханики.
5. Литература
Концепция построения единой автоматизированной системы документооборота на устройства СЦБ // М.Н. Василенко, В.В. Кудрявцев // Автоматика, связь, информатика. 2002, N 9, с. 2-5
Ошурков И.С., Баркаган Р.Р. Проектирование электрической централизации. - М: Транспорт, 1980
Инструкция по приемке в эксплуатацию законченных строительством объектов железнодорожной автоматики, телемеханики и связи. - М: Трансиздат, 1998
УДК 656.25
ОЦЕНКА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ КАБЕЛЬНЫХ СЕТЕЙ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЙ АВТОМАТИКИ И
ТЕЛЕМЕХАНИКИ
М.В. Бычков
Аннотация
К графическим программным пакетам можно отнести широкий класс программ (CAD-CAM-системы). Обзор программных пакетов CAD-CAM-систем, пригодных для автоматизации проектирования современных и перспективных устройств СЦБ позволил выделить следующие программные пакеты: ACCEL EDA (фирма-разработчик ACCEL Technologies Inc., США); Design Lab (корпорация MikroSim, США); OrCAD (корпорация OrCAD, США); Electrics (фирма Consistent Software, Россия); CADEIectro (разработчики НПП "Интермех" и НПП "Тек Никон", Республика Беларусь); ИС-ПВТД — интегрированная система проектирования и ведения технической документации на устройства СЦБ (фирма "ИМСАТ", ПГУПС) и др. Для проектирования устройств СЦБ необходима разработка специализированных программных пакетов, отвечающих требованиям технологии проектирования устройств СЦБ.
Ключевые слова: графические программные пакеты, устройства СЦБ, автоматизированные рабочие места.
Введение
К принципам автоматизированного проектирования путевого плана перегона автоблокировки с централизованным размещением аппаратуры (АБТЦ) относятся:
2004/1
Известия Петербургского университета путей сообщения
