CC BY
14
УДК 6294.052-192 В. Г. В1КТОРОВ (ДПТ) ФУНКЦ1ОНАЛЬН1 БЛОКИ
У СИСТЕМАХ КЕРУВАННЯ РУХОМИМ СКЛАДОМ
Пропонуеться компонувати апаратуру систем керування у виглядi окремих функцюнальних блоков, ко-жен з яких керуе гiльки одним об'ектом. Виходячи з вимог до сисгеми керування в цшому i необхвдносп виконання залежностей, яш зумовленi лопкою и роботи, запропоновано алгоритм розробки функцюнальних блоков. За математичну модель функционального блока прийнято сшнченний автомат, для аналiзу роботи якого в системах керування рухомим складом доцшьно використовувати таблиц переходiв.
Предлагается компоновать аппаратуру систем управления в виде отдельных функциональных блоков, каждый из которых управляет только одним объектом. Исходя из требований к системе управления в целом и необходимости выполнения зависимостей, которые определены логикой ее работы, предложен алгоритм разработки функциональных блоков. В качестве математической модели функционального блока принят конечный автомат, для анализа работы которого в системах управления подвижным составом целесообразно использовать таблицы переходов.
The article proposes to arrange the equipment of control systems as separate functional blocks, each of which operates only one object. Proceeding from requirements to the control system as a whole and necessity of meeting the dependences, determined by the logic of its work, the authors have suggested an algorithm of development of functional blocks. The final automatic device is accepted as a mathematical model of the functional block. For the analysis of its works within the rolling stock operation systems, it is expedient to use the tables of transitions.
В останш роки на ринку електротехшчних виробiв в Украш з'явилась значна кшьюсть рiзних малогабаритних швидкоддачих надш-них електромагштних реле, яю задовольняють вимоги до тягових електротехшчних апарапв згщно з ДСТУ 2773-94. Це дае можливють бу-дувати системи керування локомотивами, па-сажирськими вагонами та шшим рухомим складом (РС) у виглядi окремих функцюнальних блоюв (ФБ), яю прийнятш за масою, габаритами та мають шдвищенш показники з надшнос-ть Компоновка апаратури систем керування у виглядi окремих ФБ доцшьна з точки зору технолопчност ремонту, зручносп i швидкосп дiагностування. Щд функщональним блоком апара^в системи керування пропонуеться ро-зум^и сукупнють елеменпв, яка виконуе певну операщю керування i мае заюнчену конструк-цiю. ФБ можна охарактеризувати так:
1. Наявшсть певно! мети.
2. Вiдносно невелика (у порiвняннi iз всiею системою керування) кшьюсть входiв, виходiв i компонентiв.
3. Обмежена кiлькiсть виконуваних функцiй.
4. Складнiсть, яка може бути охарактеризована ступенем залежност виходiв блока вiд його входiв. Кожен ФБ можна подати у виглядi дискретного пристрою з обмеженою кiлькiстю входiв та виходiв, а систему керу-
вання РС пропонуемо розглядати як сукуп-шсть функцiональних блоюв.
Щодавати усю систему керування локомотивом чи вагоном як единий ФБ вважаемо недо-цiльним у зв'язку з великою кшьюстю входiв та виходiв, великою рiзноманiтнiстю функцiй окремих вузлiв i вимог до них. Пропонуеться кожен ФБ системи керування РС розглядати з точки зору дискретних пристро!в. За критери при синтэд окремих блоюв пропонуеться при-йняти !х надiйнiсть, максимальну унiфiкацiю елементiв та масо-габаритш показники.
З точки зору теорп дискретних пристро!в функцiональний блок системи керування оди-ницею рухомого складу - багатотактний аси-нхронний дискретний пристрш. Багатотактний тому, що сигнали на виходi блока визначаються не тiльки сигналами на входi у даний момент, але й вхщними сигналами, якi надiйшли рашше. Тоб-то поведiнка блока визначаеться послiдовностями сигналiв, що надходять на вхщ.
Для здiйснення ще! послщовносп автомат повинен володiти пам'яттю - здiбнiстю за-пам'ятовувати послiдовнiсть вхщних або ви-хiдних сигналiв. В асинхронному пристро! змiна його сташв визначаеться моментами змiни вхiдних сигналiв або позицiй елементiв пам'ятi (ЕП), що й мае мюце тд час роботи системи керування РС. У синхронних при-строях повинен бути генератор синхрошзую-
чих 1мпульс1в, в момент надходження яких вщбуваються ус змши сташв автомата. Генератор ¿мпульс!в ускладнюе структуру пристрою, у той же час його наявшсть не е обов'язковою для забезпечення лопки схем керування рухомим складом.
Тому пропонуеться будувати ФБ керуван-ня рухомим складом як асинхронш пристро!. Це спрощуе структуру блока за рахунок вщ-сутност кш синхрошзацп 1 дозволяе викори-стовувати реле, яю мають часовий розклад параметр1в. Але при цьому потр1бно врахову-вати явище протидш м1ж елементами блока. У схемах керування рухомим складом функ-цюнування блоюв керування вщбуваеться в дискретш моменти часу ¿0, ^... (тактов! моменти) { !х поведшка не залежить вщ ш-тервалу часу ^ та ^+1. Тому ФБ - дискретш пристро!. Перехщ вщ одного такту до насту-пного вщбуваеться або за рахунок змши вх> дного сигналу, або позицш ЕП. Математич-ною моделлю ФБ з р двшковими входами, к двшковими виходами та п двопозицшними елементами пам'ят може бути прийнятий скшченний автомат, який описуеться функщ-ями переходу та виходу (рис. 1). Функщя пе-реход1в визначае залежшсть позици 5 (() в даному такт ( вщ стану вхщних сигнал1в х(() у тому ж такт { вщ позици 5 ((-1) автомата у попередньому тактк
5 () = ф[X(), 5 ( -1)] .
(1)
Пщ тактом розум1емо перюд часу, в якому сигнали й елементи (елементи пам'ят!, реле, кнопки { т. п.) схеми керування не змшюють сво!х положень. Тобто кожному такту вщпо-вщае певний стан ФБ. Ус такти можуть бути пронумерован!. Таким чином, фактично змш-ною величиною е не час, а порядков! номери тактових момеипв. По аналог!! з теор!ею скь нченних автомат!в позищею (внутр!шн!м станом) ФБ будемо називати сполучення сташв елемент!в пам'ять При п двопозиц!йних еле-ментах пам'ят! к!льк!сть р!зних сполучень !х стан!в буде 2п . Сполучення {х, 5} стан!в входу х (() ! позици 5 (() будемо називати повним
станом ФБ або скорочено - станом блока. Функщя виход!в визначае залежшсть вихщних сиг-нал!в г (() вщ повного стану автомата (ФБ) у тому ж такт!:
г (() = /[х((), 5 (()] .
(2)
Рис. 1. Структурна схема функц!онального блока
На рис. 1 показана структурна схема ФБ з пам'яттю, де х1, х2... хр - входи блока;
X1, X 2... Хр - вхщш реле, як! фшсують зна-чення змшних на входах; У1, У 2 ...Ш - внутрь шш реле, як! реал!зують алгоритм роботи схеми (здшснюють пам'ять); Zl, 22 - виходи ФБ. Дал! внутр!шн! реле позначаемо ЕП (елементи пам'ят!). На входи блока надходить ш-формац!я про дп машин!ста (або !ншого робгг-ника) на пульт! керування ! про стан керованих та контролюючих об'ект!в. З виход!в видаеться перероблена шформащя, тобто команди на спрацювання об'ект!в керування (контактор!в, !нших блоюв ! т. п.).
При розробщ ФБ виникае питання про фор-мулювання задач! розробки. У бшьшосп випадк!в ця задача не може бути сформульована т!льки математично, а формулюють деяку !дею (забезпечення безпеки руху, п!двищення над!йност!, ушфшащя елемент!в ! т. п.). Задачу розробки мо-жна визначити як знаходження компром!сного р!шення, яке забезпечуе рац!ональне зд!йснення завдань, поставлених перед ФБ, та засоб!в, за до-помогою яких ц! завдання можуть бути реал!зо-ван!. Виходячи з вимог до системи керування РС в цшому ! необх!дност! виконання залежностей, як! зумовлен! лог!кою !! роботи, пропонуемо та-кий алгоритм розробки ФБ:
1. Визначити зв'язок ФБ, який розробляеть-ся, з шшими пристроями (тобто визначити входи та виходи).
2. Визначити потр!бш послщовносп вхщ-них ! вих!дних сигнал!в.
3. Вибрати наб!р реле, на яких буде будува-тися ФБ.
4. Визначити кшьюсть позицш, а звщси ! ю-льюсть елемент!в пам'ят! або пром!жних реле.
5. Розробити принципову схему ФБ. Вважа-емо, що принципова схема ФБ може бути наведена розробником, виходячи з його евристич-них м!ркувань, оскшьки для РС схеми ФБ, як!
пропонуемо будувати, як правило, тшьки з одним виходом, простi.
6. Провести аналiз розроблених схем ФБ з метою виявлення протидш контакпв реле у перехiдних режимах.
7. Ужити заходiв щодо усунення негативного впливу протидш, якщо вони будуть.
1з усiх вiдомих способiв запису умов роботи багатотактного релейного пристрою (у виглядi графiка роботи реле, у виглядi таблиць вклю-чення або переходiв, з допомогою графiв переходу) для ФБ схем керування РС у нашому ви-падку найбiльш доцiльно користуватись запи-сом у виглядi таблиць переходiв. Така думка виправдовуеться тим, що в схемах РС при кожному сташ ФБ можлива будь-яка змiна вхщних сигналiв. I якщо при цьому користуватися, на-приклад, таблицею сташв, то И потрiбно було б будувати для кожного сполучення вхщних сигналiв. У таблицi переходiв (ТП) рядки вщ-повiдають позицiям пристрою, якi пронумеро-ванi у будь-якому порядку, а стовпщ - ушм комбiнацiям вхiдних сигналiв, якi зус^чають-ся в процесi роботи пристрою.
Визначення кшькосп входiв i виходiв, по-трiбноl послiдовностi вхiдних i вихiдних сигна-лiв - це питання, як повиннi вирiшуватися окремо для кожного конкретного ФБ.
Побудова таблиц переходу i складае задачу аналiзу схеми конкретного ФБ. Розглянемо ви-рiшення ще! задачi на прикладi схеми, яка наведена на рис. 2.
та У2 на рис. 2). Схема на рис. 2 мае чотири позицл: 5 = 00 (обидва реле У1 та У2 знест-румленi); s2 = 01 (реле У1 знеструмлене, реле У 2 тд струмом); 53 = 10 (реле У1 пiд струмом, реле У2 знеструмлене); s4 = 11 (обидва реле тд струмом).
Таблиця
а1 а а2 а3 а4
5 У1 У 2 X1 X 2
00 01 10 11
00 (00),0 01,0 10,1 (00), 1
01 00,0 (01), 1 10,*1 11,0
53 10 11,1 01,*0 (10), 1 00,1
11 (11),1 01,0 10,1 (11), 0
I____
Рис. 2. Вар1ант принципово! схеми ФБ
Функци алгебри логiки (ФАЛ) записуемо безпосередньо по схемь Стовпцi таблищ, яю позначимо а]-, вщповщають набору вхщних
змiнних. Якщо схема ФБ мае р входiв, ТП мае 2р стовпцiв. Рядки ТП, яю позначимо si, вщповщають позищям ФБ. Позищя ФБ - це ком-бшащя станiв його внутрiшнiх ЕП (реле У1
Якщо схема ФБ мае п внутрiшнiх ЕП, кшь-
юсть позицiй (рядкiв ТП) дорiвнюе 2п . Клггин-ка ТП, розташована на перехрещеннi стовпця а]- та рядка si, вiдповiдае повному стану ФБ,
оскшьки вона визначае стан вхщних та внутр>
шшх змiнних. Клiтинку ТП позначимо (а]-, si).
У кштинщ (а]-, si) позначимо стан = s (t +1),
в який переходить схема ФБ, якщо вона у попе-реднш момент часу знаходилась у сташ si = s (t), i в даний момент часу на И вхщ на-дiйшов набiр вхiдних змiнних.
У кожнiй клггинщ пiсля через кому вка-
зуемо стан виходу при данш позици i даних конкретних сигналах. ФБ (див. рис. 2) опису-еться системою рiвнянь ФАЛ:
У1 = X1 (X 2 и У 2 ) и X2У1, <У 2 = X 1(( 2 и У1)и X 2У 2, (3) 2 = X 1((2 и У 2) и X2У1.
Розглянемо, наприклад, кл^инку
(а2, 5) = (01,00).
Визначимо поведiнку реле У1 та У2, якщо у попереднш момент часу вони обидва були знеструмлеш (5 = 00) , а в даний момент часу натиснута кнопка хг (а2 = 01). Для цього вира-хуемо значення функцiй вмикання реле У1 та У 2 i виходу 2 системи (3) при пщстановщ
змшних Х1 = 0, X2 = 1, У1 = 0, У2 = 0, як вщповщають стовпцю а2 у рядку 51:
У1 = 0 (I и 0 )и 10 = 0 (0 и 0 )и 00 = 0 и 0 = 0,
У 2 = 0 (1 и 0) и 10 = 1(1 и 0) и 10 = 1 и 0 = 1,
2 = 0 (1 и 0 ) и 10 = 0 (0 и 1)и 00 = 0 и 0 = 0.
Результата розрахунку показують, що реле У1 повинно залишатись знеструмленим, а реле У2 повинно спрацювати. Стан внутршшх ЕП 01 проставляемо у кттинщ (а2, 51) . Анало-
пчним чином знаходимо \ проставляемо зна-чення ФАЛ системи (3) для ус1х кттинок ТП.
Повт стани ФБ у вщповщносп до теори дис-кретних пристро!в розд1ляемо на стшю та нестш-ю. Опйкий стан - це стан, в якому схема ФБ зна-ходиться стшьки завгодно довго до змши комбь наци вхдних сигнал1в. Розглянемо, наприклад, в табл. 1 клггинку (а1, 51) = (00, 00) . У нш заф> ксовано стан 51 = 00 . Це означае, якщо у попе-реднш момент часу обидва реле У1 та У 2 були знеструмлеш (51 = 00), а у даний момент часу обидв1 кнопки х1 та х2 не натиснут (а1 = 00), стан внутршшх ЕП не змшюеться (обидва реле У1 та У 2 залишаються знеструмлеш) \ в цьому стшкому сташ схема буде до тих шр поки не змшиться наб1р вхщних змшних. Допустимо, що кнопку х2 натиснули \ на вход1 отрима-
ли комбшащю сигнал1в (а1 = 01) . Тод1 схема ФБ переходить в нестшкий повний стан (а2, 51) , в клггинщ якого записано стан 52 = 01. У результат реле У1 залишаеться знеструмленим, а реле У2 спрацьовуе. Схема ФБ переходить у стшкий повний стан (а2, 52 ) = ( 01, 01),
в якому \ залишаеться до наступно! змши ком-бшаци вхщних сигнал1в. Таким чином, схема ФБ переходить ¡з одного стшкого стану в ш-ший через нестшкий. У табл. 1 стшкий стан взято в кругт дужки. Ознакою стшкого стану е сшвпадання повного стану, записаного в кль тинщ (того, що повинен бути), ¡з внутршшм станом (позищею) ЕП, який приписаний дано-му рядку. У випадку, коли коди сташв, яю за-
писанi у клiтинках, вiдрiзняються у двох i 6i-льше розрядах вiд кодiв, в яких щ клiтинки знаходяться, мае мюце протидiя ЕП. Наяв-HicTb у рядках протилежних вихщних сигна-лiв свiдчить про можливiсть протидiï входiв. Якщо у рядках немае протилежних вихщних сигналiв, то це означае, що вихщ залежить тiльки вщ позицiй ЕП. У таблицi протиди ЕП вiдмiченi зiркою.
Якщо тривалють сигналу, який виник вна-слщок протидiй контактiв (тобто сигналу, який не передбачений лопкою схеми), близька до часу, протягом якого сигнал повинен надходи-ти до об'екту керування, щоб останнш спрацю-вав, то потрiбно ужити заходiв щодо усунення дiï цього короткочасного сигналу на об'ект керування. 1з всiх вiдомих методiв рiшення цiеï задачi для ФБ систем керування РС доцшьно застосувати вiдфiльтровування цього сигналу з допомогою фiльтруючих пристроïв, увiмкне-них на виходi ФБ, як не пропускають коротко-часнi iмпульси до об'екту керування.
Висновки
1. Пропонуеться принцип синтезу систем керування рухомим складом на базi сучасних електромагнiтних реле у виглядi сполучення функщональних блокiв, кожен з яких керуе тшьки одним об'ектом.
2. За математичну модель функцюналь-ного блока прийнято скшченний автомат, для аналiзу роботи якого у системах керування рухомим складом доцшьно використовувати таблиц переходiв.
3. Запропоновано алгоритм розробки фун-кцiонального блока з урахуванням вимог до систем керування рухомим складом.
Б1БЛЮГРАФ1ЧНИЙ СПИСОК
1. Колдуэл С. Логический синтез релейных устройств. - М.: Изд-во иностранной литературы, 1962. - 740 с.
2. Сапожников В. В. Методы синтеза надежных автоматов / В. В. Сапожников, В. В. Сапожников - Л.: Энергия, 1980. - 93 с.
Надшшла до редколеги 04.06.04.
