CC BY
49
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2014, № 2 (50)
УДК 656.259.2-047.58
О. О. ГОЛОЛОБОВА1*
1 Каф. «Автоматика, телемеханжа та зв'язок», Дшпропетровський нацюнальний ушверситет затзничного транспорту 1меш академжа В. Лазаряна, вул. Лазаряна, 2, Дшпропетровськ, Укра!на, 49010, тел. +38 (056) 373 15 04, ел. пошта [email protected]
МАТЕМАТИЧНЕ МОДЕЛЮВАННЯ ВХ1ДНИХ ПРИСТРО1В СИСТЕМИ АВТОМАТИЧНО? ЛОКОМОТИВНО? СИГНАЛ1ЗАЦП
Мета. Дослщити роботу системи автоматично! локомотивно! сигнал1заци (АЛС), виявити вплив зовшшшх фактор1в на роботу пристро!в та яшсть отримано! кодово! шформацп з рейкового кола, а також забезпечити можливють моделювання складних ситуацш, що мають в1ропдшсть появи в процес експлуатаци. Методика. Для досягнення ще! мети розглянуто основш завади в робот АЛС 1 причини !х виникнення, вивчено принцип побудови системи. Запропоновану автором математичну модель вхщних пристро!в системи автоматично! локомотивно! сигнал1зацп неперервного типу з числовим кодуванням (АЛСН) побудовано з урахуванням уах титв кодових сигнал1в: «З», «Ж», «КЖ» та екывалентно! схеми замщення фшьтру частотою 50 Гц. Результати. Дослвджено роботу АЛСН !з частотою сигнального струму 50 Гц. Розроблено та запропоновано адекватну математичну модель вхвдних пристро!в АЛСН !з частотою сигнального струму 50 Гц. Наукова новизна. Розроблено комп'ютерну модель вхвдних пристро!в системи АЛСН у середовищ1 МЛТЪЛБ + Бти1тк. Наведено результати комп'ютерного моделювання на виход1 фшьтру при подач1 на вход1 вах вид1в кодових комбшацш. Практична значимiсть. Використовуючи розроблену математичну модель роботи АЛСН, е можливють вивчати, дослвджувати й визначати поведшку схеми шд час нормального режиму експлуатаци та при ди завад. А також е можливють у середовищ1 MЛTLЛБ+Simu1ink розробляти й застосовувати р1зш схемш ршення для зменшення впливу завад на функцюнальну здатнють АЛС 1 моделювати появу ймов1рних складних ситуацш.
Ключовi слова: вхвдш пристро!; система автоматично! локомотивно! сигнал1заци; математичш моделц АЛС; завади; збш; ввдмова; шдлогов1 пристро!; локомотивш пристро!
печуе використання вагон-лаборатори та авто-матизована обробка отримано! шформацп. Але цей спос1б мае певш недолши, серед яких: ф1-нансов1 витрати на утримання вагон-лаборатори та обслуговуючого персоналу, необхщшсть безпосереднього ви!зду на вщповщну д1лянку, недосконалють та застаршсть обладнання, що використовуеться.
На сьогодш юнуе спещальне програмне за-безпечення ЕОМ, що дае широкий спектр мож-ливостей щодо математичного моделювання багатьох техшчних пристро!в та процешв в них. Це дае змогу виршувати багато проблем у вив-ченш принципу дп, впливу зовшшшх фактор1в на роботу пристро!в, а також забезпечуе можливють моделювання будь-яких складних ситуацш, що мають в1ропдшсть появи в проце-с експлуатаци. Тому розробка математично! модел1 локомотивно! системи сигнатзаци або И окремих складових (таких як фшьтр, шдсилю-вач, дешифратор) е корисною для вивчення !! як об'екта дослщження.
Вступ
Значна кшьюсть завад впливае на роботу автоматично! локомотивно! сигнашзаци (АЛС) [19, 20]. Класифшуючи причини !х виникнення, можна видшити декшька найбшьш впливових дестабшзуючих чинниюв: складов! тягового струму, електромагштш поля ЛЕП, асиметр1я рейкових кш, зони !золюючих стиюв та багато шших [18, 13]. Також великий вплив мае швид-юсть руху по!зда, виникаюч! в!браци шд час ру-ху та в1ропдшсть вщмов напольних пристро!в. Д1я цих чинниюв призводить до появи збо!в та вщмов у робот! АЛС, що значно впливае на без-пеку руху по!зд!в [8, 11, 15]. Враховуючи важ-лив!сть забезпечення безпеки руху, удоскона-лення роботи АЛС з метою покращення сприй-няття сигнал!в та зменшення впливу завад будь-якого походження залишаеться актуальною на цей час [2]. 1снуюч! на практищ методи вивчення принцитв дп АЛС не е досконалими. Найбшьш високу достов!рн!сть ф!ксування та анашзу р!зноман!тних недол!к!в системи забез-
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нащонального ушверситету залiзничного транспорту, 2014, № 2 (50)
Мета
Метою роботи е дослщження автоматично! локомотивно! сигнатзаци шляхом побудови математично! модел1 !! вхщних пристро!в.
Математична модель допомогае у вивченш об'екта дослщження, оскшьки дозволяе прослщ-кувати його внутршш процеси i взаемодп. Серед переваг моделювання на ЕОМ також i повторюванiсть, адже легко досягти необхiд-них умов для проведення експерименту, а для того щоб його провести, необхiдно лише запус-тити програму. Можна отримати будь-який сигнал та дослщити, як вш буде змiнюватись за-лежно вiд того чи iншого впливу як на весь об'ект дослщження, так i на окремi елементи, що входять до його складу. Також за допомогою моделювання за власним бажанням можна вра-ховувати або ш випадковi процеси, яю про-тiкають в моделi. Програмне моделювання дозволяе виконувати дослiдження небезпечних та дорогих експериментiв, оскшьки об'ект е суто вiртуальним i не являе собою будь-яко! загрози та не потребуе жодних витрат на виробництво. У розробника ус елементи для створення програмно! моделi в наявностi вщразу з почат-кового моменту, що також вщноситься до ос-новних переваг комп' ютерного моделювання, оскшьки не залежить нi вiд якост та швидкостi постачання матерiалiв, ш вiд !х вартостi.
Тому, скориставшись перевагами комп' ютер-ного моделювання та створивши модель АЛС, е можливють вивчати, дослщжувати та визна-чати поведiнку схеми пiд час нормального режиму експлуатаци та при дп завад. Окрiм цьо-го, на прикладi створено! моделi е доцiльним розроблення i застосування рiзних схемних рiшень для зменшення впливу завад на фун-кцюнальну здатнiсть АЛС [2].
Методика
Використана е^валентна схема замiщення фiльтра частотою 50 Гц. Використовуючи ш-струменти програмного середовища MATLAB + Simulink побудована комп'ютерна модель вхщ-них пристро!в системи автоматично! локмотивно! сигнашзацл неперервного типу з числовим коду-ванням (АЛСН). Запропоновано використання моделi генератора коду, яка продукуе вс типи кодових сигналiв «З», «Ж», «КЖ».
Результати
Дослiджено роботу комп'ютерно! моделi вхiдних пристро!в АЛСН з частотою сигнального струму 50 Гц. Сигнал на виходi моделi свщчить про адекватнiсть роботи побудовано! системи в програмному середовищi МЛТЬЛБ + 8тиПпк.
Наукова новизна та практична значимкть
Розроблено комп'ютерну модель вхщних пристро!в АЛСН з частотою сигнального струму 50 Гц. Наведеш результати комп'ютерного моделювання на виходi фiльтра при подачi на входi всiх видiв кодових комбшацш.
Використовуючи розроблену математичну модель роботи АЛСН, е можливiсть вивчати, дослщжувати та визначати поведiнку схеми шд час нормального режиму експлуатацi! та при ди завад. А також в середовищi МЛТЬЛБ + 8тиНпк можна розробляти i застосовувати рiзнi схемнi рiшення для зменшення впливу завад на функ-цiональну здатнють АЛС.
Структура та пристрог системи АЛСН числового коду з частотою сигнального струму 50 Гц. Ус пристро!, яю входять до складу АЛСН, можна подшити на колшш (тi, що пере-дають кодовий сигнал) та локомотивнi (п, що сприймають кодовий сигнал). Колшш пристро! знаходяться в релейнш шаф^ яка розташована бiля колiйного свгглофора. До складу колiйних пристро!в входять кодовий колшний трансм> тер (ТРМ) та трансформатор (Тр) [1, 5]. Трансмь тер перетворюе сигнальнi показання колiйного свiтлофора у вiдповiдну комбшащю числового iмпульсного коду, який складаеться з певно! кiлькостi iмпульсiв та пауз рiзно! тривалостi (рис. 1).
У склад локомотивних пристро!в АЛС входять приймальш котушки (ПК), фiльтр (Ф), ло-комотивний пiдсилювач (УС) з iмпульсним реле (ИР), дешифратор (Д), електропневматичний клапан автостопа (ЭПК), локомотивний св^ло-фор (ЛС), локомотивний швидкостемiр (ЗСЛ), рукоятка (кнопка) пильностi (РБ), кнопка (ВК) для запалювання на локомотивному свiтлофорi бiлого вогню замсть червоного, а також тумблер (перемикач) ДЗ для змши штервалу часу перiодично! перевiрки пильностi машишста [10].
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2014, № 2 (50)
Рис. 1. Числовий код АЛСН Fig. 1. ALSN numeric code
Колшними пристроями АЛС кодовий струм по однш з рейкових ниток посилаетъся назустр1ч локомотиву, замикаетъся через його першу колю-ну пару i по другш рейковш нитщ повертасться до джерела живлення. Протiкання в рейках iM-пулъсiв змiнного струму супроводжусться утво-ренням навколо рейок змшного магнiтного поля, в якому перемiщаютъся приймалънi котушки локомотива, як пiдвiшенi перед першою колюною парою з кожного боку по двi [4]. Висота установки приймальних котушок над рiвнем головки рейки складае 150-220 мм. Силовi л1нй магнiт-ного поля, перетинаючи витки ПК, наводять у них змшну е.р.с., величина яко! залежить вщ величини кодового струму в рейках i висоти вста-новлення котушок. Так, при висот ПК над рiвнем головки рейки 150 мм i кодовому струмi в рейках 10 А величина е.р.с. становить приблизно 0,65-0,75 В. Для додавання е.р.с. обох котушок вони включаються послiдовно [9]. Мшмальний кодовий струм, який може сприйматися прий-мальними котушками, для рiзних вцщв тяги i роду струму становить вщ 1,2 до 2,0 А [6].
Наведена в ПК е.р.с. через фшьтр (Ф), над-ходить у локомотивний пщсилювач (УС).
1мпульсне реле (ИР) на виходi пiдсилювача е повторювачем коду, посилаючи його в дешифратор (Д) як зашифроване показання сигналу. Дешифратор мютить низку реле, якi об'еднаш в кiлъка блоюв (рис. 2).
Блок лiчильника (БС) - реле^чильники, якi забезпечують пiдрахунок кiлъкостi iмпульсiв i iнтервалiв мiж ними.
Блок фшсацл коду (БФК) - сигнальт реле «3», «Ж», «КЖ», яю створюють вiдповiднi кола живлення сигнальних ламп локомотивного свiтлофора.
Блок вщповщносп (БКС) - забезпечуе контроль (порiвняння, вiдповiднiсть) прийнятого коду i стан сигнальних реле БФК. Блок вщпов> дностi перiодично через 5-6 с пщключае сиг-нальш реле до реле-лiчильникiв для того, щоб на локомотивному свiтлофорi загорiвся потрiб-ний вогонь. Таким чином, змша вогнiв локомотивного св^лофора вiдбуваeться з запiзненням на 5-6 с. Цей час вщповщае прийому трьох се-рiй кодових iмпульсiв.
Блок контролю швидкостi - мютить реле контролю швидкосп (РКС), що взаeмодie з ло-комотивним швидкостемiром.
Блок пильностi (ББ) - здшснюе контроль пильностi машинiста. При змш вогню локомотивного свiтлофора, наприклад iз зеленого на жовтий, розривасться електричний ланцюг живлення котушки ЕПК i з'являеться звуковий сигнал, який звучить протягом 7-8 с [7]. До заюнчення цього часу машинют повинен на-тиснути рукоятку (кнопку) пильносп (РБ) i тим самим вщновити ланцюг живлення котушки ЕПК i припинити звучання свистка.
Визначення системи АЛС в якост1 об'екта дгагностування. Для передачi повщомлень вщ колiйних пристро!в до локомотивних використо-вуеться лiнiя iндуктивного зв'язку, що е сукупт-стю iндуктивно зв'язаних контурiв, в якiй один контур е лмею, довжина яко! перевищуе довжи-ну хвилi струму в нш. Лiнiя iндуктивного зв'язку широко використовуеться для обмiну шформащ-ею мiж колiйними i локомотивними пристроями в системах автоматично! локомотивно! сигналiза-цi!. В цьому випадку вона складаеться з двопро-вщно! рейково! лiнi! i зв'язано! з нею локомотивно! iндукцiйно! котушки (рис. 2) [3].
У свою чергу локомотивний приймач сигна-лiв системи АЛС числового коду мютить фшьтр, пщсилювач сигналiв, амплiтудний детектор, з виходу якого кодовi комбшацп у ви-глядi послщовностей iмпульсiв постiйного струму надходять на вхщ декодера. Декодер вiдповiдно до прийнято! кодово! комбiнацi! вщ-творюе сигнал на одному з виходiв, що означае прийом повiдомлення того чи шшого змiсту. За допомогою таких сигналiв здiйснюеться управ-лiння гальмiвною системою по!зда i пристроем iндикацi! та сигналiзацi! машинiста, до яких вiдносяться локомотивний свiтлофор i пристрiй звуково! попереджувально! сигналiзацi! [12].
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2014, № 2 (50)
Рис. 2. Структурна схема АЛСН Fig. 2. ALSN block diagram
Сигнальний струм подаеться вщ переда-вального пристрою до по!зда по однш рейщ, протшае через замикаючу рейки м1ж собою колюну пару i повертаеться по передавальному пристрою по шшш рейцi. При цьому рейки i колiсна пара утворюють рамку 3i струмом, магнiтне поле яко! вловлюеться пiдвiшеними над рейками перед першою колiсною парою приймальними котушками [17].
Побудова математично! моделi вхiдних пристро!в системи автоматично! локомотив-но! сигналiзацi! неперервно! дп (АЛСН) у сере-довищi МАТЬАБ + БШиПпк. Для розумшня про-цеав, що вщбуваються в систем1 АЛСН, та по-будови математично! модел1 скористаемося найбшьш наочним та простим для сприйняття вар1антом наведення схеми фшьтра частотою 50 Гц (рис. 3) [14].
Перший контур включае ¡ндуктивнють двох приймальних котушок, а також шдуктивнють зв'язку L1, утворену вхщним ланцюгом трансформатора ТР1 1 конденсатором С1. Доброт-шсть цього контуру дор1внюе 3-4. Також до нього входить Е джерело сигнал1в АЛСН. Дру-гий контур складено шшою обмоткою транс-
форматора з шдуктивнютю L2 та конденсатором С2 (щ елементи фiльтра розмщеш в блоцi пiдсилювача). Добротнiсть цього контуру до-рiвнюе 10.
Рис. 3. Схема фшьтра частотою 50 Гц Fig. 3. Filter circuit 50 Hz
Вщ частини обмотки трансформатора ТР1 прийнятий сигнал подаеться в перший каскад шдсилювача з навантаженням. Завдяки iндук-тивному зв'язку i налаштуванню контурiв в резонанс вони створюють фшьтр, який пропускае з невеликим затуханням лише певну смугу частот, тобто е сукупнютю, що мають фiльтруючi властивосп. Такий фiльтр електрично е^ва-лентний двом послщовно з'еднаним контурам: послщовному з елементiв першого контуру
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2014, № 2 (50)
(приймальних котушок i конденсатора С1) i паралельного контуру з iндуктивним опором зв'язку i конденсатором С2. Подiбна система з контурiв мае двi частоти послiдовного i одну паралельного резонансу.
Фшьтр мае смугу пропускання приблизно 14 Гц i пригнiчуе перешкоди з частотою нижче 10 Гц, шдуктоваш в результатi коливань приймальних котушок у магштному полi тягового струму тд час руху локомотива, а також в результат впливу гармошк з частотою 100 Гц i вище, наявних в контактнш мережi.
Побудована математична модель складаеть-ся з таких блоюв (рис. 4):
И
m
ф
АС Voltage Source
Z - генератор коду «З»; W - генератор коду «Ж»; KW - генератор коду «КЖ», параметри кожного з цих генераторiв, створюють комбша-цiï iнтервалiв та iмпульсiв певно1 тривалостi, що точно вiдображають комбшаци вiдповiдних кодових сигналiв (рис. 5); Scope - осцилограф; AC Voltage Source - джерело змiнноï напруги; Ideal Switch - перемикач; Current Measurement -вимiрювач струму; 2Lk - iндуктивнiсть двох приймальних котушок; C1, C2 - конденсатори; Linear Transformer - трансформатор; R vx - на-вантаження пiдсилювача.
J Т|Н
—►
±
Curr ent Measurerrintl
Linear Transform sr
•В
Сигнальний код "3'
! ! ! 1
.....1_1........U.........1_ г
i i i
Сигнальний код "Ж"
Сигнальний код "КЖ"
1 !
......1_1....... 1 : II
i ,
Рис. 5. Кодовi сигнали «З», «Ж», «КЖ» Fig. 5. "Z", "W", "KW" code signals
Рис. 4. Математична модель вхiдних пристро1в АЛСН
Fig. 4. Mathematical model of ALSN input devices
За чинними техшчними умовами приймальна котушка характеризуеться такими електрикними параметрами: активний ошр змшному струму з частотою 50 Гц бшьше 650 Ом, 1ндуктившсть 7,1 ± 0,35 Гн, добротшсть 3,5. У раз1 шдвшу-вання на висот 150 мм, струм1 в рейках 10 А частотою 50 Гц в катушщ наводиться е.р.с. вщповщно не менше 0,75 В.
Дв1 посл1довно з'еднаш приймальш котуш-ки на частот 50 Гц повинш мати добротшсть 3,5-4,0 i 1ндуктившсть 14,0 Гн; е.р.с., що наводиться в роз1мкнутих i вщключених в1д пульта котушках, при струм1 в ланщ 10 А повинна складати 1,3 В.
Трансформатор фшьтра i його конденсатори входять в конструкщю самого тдсилювача
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету зашзничного транспорту, 2014, № 2 (50)
(тип УК25/50М). Первинна обмотка I (820 вит-юв) входить разом з конденсатором С1 (типу МБГП, 0,75 мкФ ± 5%, 200 В) в контур прий-мальних котушок. Вторинна обмотка II (1 700 витюв з вщводами вщ 60, 75, 90 { 105-го витюв) мае додаткову секцюновану обмотку III (161 виток з вщводами вщ 92 { 115-го витюв), за до-помогою яко! другий контур з конденсатором С2 (емшстю 4 мкФ ± 5% , 200 в) налаштовуеть-ся в резонанс на частоту 50 Гц. Магштопровщ трансформатора мае фшсований пов!тряний зазор 0,9 мм для стабшзаци !ндуктивност! його обмоток.
Результати моделювання
При подач! на вход! коду «З» на виход! фь льтра маемо:
Для порiвняння наведемо приклад зобра-ження щеальних кодових сигналiв, вимiряних вагоном-лабораторiею:
Рис. 9. Кодовий сигнал «З» Fig. 9. "Z" code signal
Рис. 6. Кодовий сигнал «З» на виходi фiльтра
Fig. 6. Code signal "Z" on the filter output
При подач! на вход! коду «Ж» на виход! фь льтра маемо:
Рис. 10. Кодовий сигнал «Ж» Fig. 10. "W" code signal
Рис. 7. Кодовий сигнал «Ж» на виходi фшьтра
Fig. 7. Code signal "W" on the filter output
При подач! на вход! коду «КЖ» на виход! фшьтра маемо:
Рис. 8. Кодовий сигнал «КЖ» на виходi фшьтра Fig. 8. "KW" code signal on filter exit
Рис. 11. Кодовий сигнал «КЖ» Fig. 11. "KW" code signal
Висновки
Проаналiзовано структуру та функцюнуван-ня пристро!в системи АЛСН числового коду з частотою сигнального струму 50 Гц. На основi аналiзу розроблена комп'ютерна модель вхщних пристро!в приймача АЛСН. Порiвню-ючи рисунки 6-8 i 9-11, можна побачити, що результати моделювання ствпадають з експе-риментом, що е основою узагальнення. Тобто
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2014, № 2 (50)
розроблена комп'ютерна модель вхщних при-стро!в приймача АЛСН е адекватною. I стае можливим експериментальне вивчення роботи АЛСН в умовах виникнення завад та спотво-рення кодового сигналу в математичному сере-довищ1 МАТЪАВ + 8тиИпк. Що, в свою чергу, забезпечуе реальним можливють моделювання щодо !х ймов1рних складних ситуацш та роз-робки способ1в виявлення, попередження та захисту.
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ
1. Автоматическая локомотивная сигнализация [Електронний ресурс]. - 2010. - Режим доступу: http://pomogala.ru/tormoza/tormoza_39.html. -Назва з екрана.
2. Балуев, Н. Н. Развитие средств ЖАТ. Стратегия и тактика / Н. Н. Балуев // Автоматика, связь, информатика. - 2012. - № 8. - С. 2.
3. Бушуев, В. И. Явление феррорезонанса в фазо-чувствительных рельсовых цепях частотой 50 Гц / В. И. Бушуев, С. В. Бушуев // Автоматика, связь, информатика. - 2004. - № 3. -С. 31-32.
4. Гончаров, К. В. Исследование переходных процессов в тональных рельсовых цепях / К. В. Гончаров // Наука та прогрес трансп. В1сн. Дшпропетр. нац. ун-ту зал1зн. трансп. -2013. - № 4 (46). - С. 7-17.
5. Гончаров, К. В. Синтез цифрового локомотивного приемника автоматической локомотивной сигнализации / К. В. Гончаров // Наука та про-грес трансп. Вюн. Дншропетр. нац. ун-ту зал1зн. трансп. - 2013. - № 1 (43). - С. 30-38.
6. Горенбейн, Е. В. Сбои кодов АЛСН и их учет / Е. В. Горенбейн, С. В. Лукоянов, В. В. Волог-жанин // Автоматика, связь, информатика. -2012. - № 7. - С. 18-22.
7. Григорьев, В. Л. Оптимизация электропроводности рельсового стыка при пропуске тяжеловесных поездов / В. Л. Григорьев, А. В. Котельников // Автоматика, связь, информатика. - 2005. - № 8. - С. 13-16.
8. Киякина, Т. Е. Причины сбоев в работе автоматической локомотивной сигнализации, методы решения проблем / Т. Е. Киякина, Д. И. Селиверов // Технические науки в России и за рубежом (12.11.2012) : материалы II меж-дунар. науч. конф. - М. : Буки-Веди, 2012. -С. 47-49.
9. Леушин, В. Б. Анализ причин сбоев в системе АЛСН / В. Б. Леушин, К. Э. Блачев, Р. Р. Юсупов // Автоматика, связь, информатика. - 2013.
- № 4. - С. 20-25.
10. Лукоянов, С. В. Сбоев кодов АЛСН на скоростном участке стало меньше / С. В. Лукоянов // Автоматика, связь, информатика. - 2011. - № 9.
- С. 22-25.
11. Лукоянов, С. В. Сбоев кодов АЛСН на скоростном участке стало меньше / С. В. Лукоянов // Автоматика, связь, информатика. - 2011. -№ 11. - С. 34-36.
12. Найвельт, Г. С. Источники электропитания радиоэлектронной аппаратуры : справочник / Г. С. Найвельт. - М. : Радио и Связь, 1986. -576 с.
13. Причины сбоев в работе устройств АЛСН [Електронний ресурс] // Безопасное управление поездом. Характеристики опытных машинистов и их обучение. - 2013. - Режим доступу: http://poezdupr.ru/prichiny-sboev-v-rabote-ustrojstv-alsn/. - Назва з екрана.
14. Путевая блокировка и авторегулировка : учеб. для вузов / Н. Ф. Котляренко, А. В. Шишляков, Ю. В. Соболев и др. ; под ред. Н. Ф. Котляренко. - 3-е изд., перераб. и доп. - М. : Транспорт, 1983. - 408 с.
15. Системы автоматики и телемеханики на железных дорогах мира / под ред. Грегора Теега, Сергея Власенко. - М. : Интекст, 2010. - 488 с.
16. Шаманов, В. И. Ассиметрия тяговых токов под катушками АЛС / В. И. Шаманов, Ю. А. Трофимов // Автоматика, связь, информатика. -2008. - № 11. - С. 37-39.
17. Шевердин, И. Н. Влияние тяжеловесных поездов на рельсовые цепи и АЛС / И. Н. Шевер-дин, В. И. Шаманов // Автоматика, связь, информатика. - 2004. - № 8. - С. 24-29.
18. Эксплуатационные основы автоматики и телемеханики : учеб. для вузов ж.-д. трансп. / Вл. В. Сапожников, И. М. Кокурин, В. А. Кононов и др. ; под ред. проф. Вл. В. Сапожнико-ва. - М. : Маршрут, 2006. - 247 с.
19. Gavrilyuk, V. I. Telemetric system for the control of signal parameters of rail circuits / V. I. Gavrilyuk, T. N. Serdyuk // Transport systems telematics : II Intern. Conf. - Poland : Katowice-Ustron, 2002. -P. 185-190.
20. Gavrilyuk V. Computer simulation of electromagnetic interference from railway electric power system harmonics / V. Gavrilyuk, A. Zavgorodnyj // Arch. of transport system telematics. - 2009. -Vol. 2, № 1. - P. 33-37.
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2014, № 2 (50)
О. А. ГОЛОЛОБОВА1*
1 Каф. «Автоматика, телемеханика и связь», Днепропетровский национальный университет железнодорожного транспорта имени академика В. Лазаряна, ул. Лазаряна, 2, Днепропетровск, Украина, 49010, тел. +38 (056) 373 15 04, эл. почта [email protected]
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ВХОДНЫХ УСТРОЙСТВ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОЙ ЛОКОМОТИВНОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ
Цель. Исследовать работу системы автоматической локомотивной сигнализации (АЛС), выявить влияние внешних факторов на работу устройств и качество полученной кодовой информации из рельсовой цепи, а также обеспечить возможность моделирования сложных ситуаций, которые имеют вероятность появления в процессе эксплуатации. Методика. Для достижения этой цели рассмотрены основные помехи в работе АЛС и причины их появления, изучен принцип построения системы. Предложена математическая модель входных устройств системы автоматической локомотивной сигнализации непрерывного типа с числовым кодированием (АЛСН), разработанная с учетом всех типов кодовых сигналов: «З», «Ж», «КЖ» и эквивалентной схемы замещения фильтра частотой 50 Гц. Результаты. Изучена работа АЛСН с частотой сигнального тока 50 Гц. Разработана и предложена адекватная математическая модель входных устройств АЛСН с частотой сигнального тока 50 Гц. Научная новизна. Разработана компьютерная модель входных устройств системы АЛСН в среде MATLAB + Simulink. Приведены результаты компьютерного моделирования на выходе фильтра при подаче на вход всех видов кодовых комбинаций. Практическая значимость. Используя разработанную математическую модель работы АЛСН, есть возможность изучать, исследовать и определять поведение схемы во время нормального режима эксплуатации и во время действия помех. Также есть возможность в среде моделирования MATLAB + Simulink разрабатывать и применять разные схемные решения для уменьшения влияния помех на функциональную способность АЛС и моделировать появление вероятных сложных ситуаций.
Ключевые слова: входные устройства; система автоматической локомотивной сигнализации; математические модели; АЛС; помехи; сбой; отказ; напольные устройства; локомотивные устройства
О. O. GOLOLOBOVA1*
1 Dep. «Automation, Telemechanics and Communications», Dnepropetrovsk National University of Railway Transport named after Academician V. Lazaryan, Lazaryan St., 2, Dnipropetrovsk, Ukraine, 49010, tel. +38 (056) 373 15 04, e-mail [email protected]
MATHEMATICAL MODELING OF THE UNPUT DEVICES IN AUTOMATIC LOCOMOTIVE SIGNALING SYSTEM
Purpose. To examine the operation of the automatic locomotive signaling system (ALS), to find out the influence of external factors on the devices operation and the quality of the code information derived from track circuit information, as well as to enable modeling of failure occurrences that may appear during operation. Methodology. To achieve this purpose, the main obstacles in ALS operation and the reasons for their occurrence were considered and the system structure principle was researched. The mathematical model for input equipment of the continuous automatic locomotive signaling system (ALS) with the number coding was developed. It was designed taking into account all the types of code signals "R", "Y", "RY" and equivalent scheme of replacing the filter with a frequency of 50 Hz. Findings. The operation of ALSN with a signal current frequency of 50 Hz was examined. The adequate mathematical model of input equipment of ALS with a frequency of 50 Hz was developed. Originality. The computer model of input equipment of ALS system in the environment of MATLAB + Simulink was developed. The results of the computer modeling on the outlet of the filter during delivering every type of code combination were given in the article. Practical value. With the use of developed mathematical model of ALS system operation we have an opportunity to study, research and determine behavior of the circuit during the normal operation mode and failure occurrences. Also, there is a possibility to develop and apply different scheme decisions in modeling environment MATLAB + Simulink for reducing the influence of obstacles on the functional capability of ALS and to model the occurrence of possible difficulties.
Keywords: input devices; automatic locomotive signaling; mathematical models; ALC; disturbances; failure; breakdown; floor facilities; locomotive devices
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нащонального ушверситету залiзничного транспорту, 2014, № 2 (50)
REFERENCES
1. Avtomaticheskaya lokomotivnaya signalizatsiya (Automatic locomotive signaling), 2010. Available at: http://pomogala.ru/ tormoza/tormoza_39.html (Accessed 20 November 2013).
2. Baluyev N.N. Razvitiye sredstv ZhAT. Strategiya i taktika [Evolution of the RAT. Strategy and Tactics]. Av-tomatika, svyaz, informatika - Automation, Communication, Computer Science, 2012, no. 8, p. 2.
3. Bushuyev V.I., Bushueyv S.V. Yavleniye ferrorezonansa v fazochuvstvitelnykh relsovykh tsepyakh chastotoy 50 Gts [Ferroresonance phenomenon in phase-sensitive rail circuits, frequency 50 Hz]. Avtomatika, svyaz, informatika - Automation, Communication, Computer Science, 2004, no. 3, pp. 31-32.
4. Goncharov K.V. Issledovaniye perekhodnykh protsessov v tonalnykh relsovykh tsepyakh [Investigation of transient processes in tonal track circuits]. Nauka ta prohres transportu. Visnyk Dnipropetrovskoho natsional-noho universytetu zaliznychnoho transportu - Science and Transport Progress. Bulletin of Dnipropetrovsk National University of Railway Transport, 2013, no. 4 (46), pp 7-17.
5. Goncharov K.V. Sintez tsifrovogo lokomotivnogo priyemnika avtomaticheskoy lokomotivnoy signalizatsii [Synthesis of digital locomotive receiver of automatic locomotive signaling]. Nauka ta prohres transportu. Visnyk Dnipropetrovskoho natsionalnoho universytetu zaliznychnoho transportu - Science and Transport Progress. Bulletin of Dnipropetrovsk National University of Railway Transport, 2013, no. 1 (43), pp. 30-38.
6. Gorenbeyn Ye.V., Lukoyanov S.V., Vologzhanin V.V. Sboi kodov ALSN i ikh uchet [Failure of ALS codes and their accounting]. Avtomatika, svyaz, informatika - Automation, Communication, Computer Science, 2012, no. 7, pp. 18-22.
7. Grigoryev V.L., Kotelnikov A.V. Optimizatsiya elektroprovodnosti relsovogo styka pri propuske tyazheloves-nykh poyezdov [Conductivity optimization of rail joint during heavy-tonnage trains handling]. Avtomatika, svyaz, informatika - Automation, Communication, Computer Science, 2005, no. 8, pp. 13-16.
8. Kiyakina T.Ye., D.I. Seliverov. Prichiny sboyev v rabote avtomaticheskoy lokomotivnoy signalizatsii, metody resheniya problem [Causes of failures in automatic locomotive signaling problems, solving techniques]. Mate-rialy II mezhdunarodnoy nauchnoy konferentsii «Tekhnicheskiye nauki v Rossii i za rubezhom» [Proc. of the 2nd Int. Sci. and Practical Conf. «Engineering science in Russia and abroad»]. Moscow, 2012, pp. 47-49.
9. Leushin V.B., Blachev K.E., Yusupov R.R. Analiz prichin sboyev v sisteme ALSN [Failures causes analysis in ALS system]. Avtomatika, svyaz, informatika - Automation, Communication, Computer Science, 2013, no. 4, pp. 20-25.
10. Lukoyanov S.V. Sboyev kodov ALSN na skorostnom uchastke stalo menshe [ALS code failures on speed section have decreased]. Avtomatika, svyaz, informatika - Automation, Communication, Computer Science, 2011, no. 9, pp. 22-25.
11. Lukoyanov S.V. Sboyev kodov ALSN na skorostnom uchastke stalo menshe [ALSN code failures on speed section have decreased]. Avtomatika, svyaz, informatika - Automation, Communication, Computer Science, 2011, no. 11, pp. 34-36.
12. Nayvelt G.S. Istochniki elektropitaniya radioelektronnoy apparatury [Power supplies of electronic equipment]. Moscow, Radio i Svyaz Publ., 1986, 576 p.
13. Prichiny sboyev v rabote ustroystv ALSN (Failure causes of ALS devices operation). Bezopasnoye uprav-leniye poyezdom. Kharakteristiki opytnykh mashinistov i ikh obucheniye - Safe train control. Characteristics of experienced drivers and their training, 2013. Available at: http://poezdupr.ru/prichiny-sboev-v-rabote-ustrojstv-alsn/ (Accessed 20 November 2013).
14. Kotlyarenko N.F., Shishlyakov A.V., Sobolev Yu.V., Skrypin I.Z., Shishlyakov V.A. Putevaya blokirovka i avtoregulirovka [Block signalling and automatic train control]. Moscow, Transport Publ., 1983. 408 p.
15. Teeg Gregora, Vlasenko S. Sistemy avtomatiki i telemekhaniki na zheleznykh dorogakh mira [Systems of automatics and telemechanics on railways of the world]. Moscow, Intekst Publ., 2010. 488 p.
16. Shamanov V.I., Trofimov Yu.A. Assimetriya tyagovykh tokov pod katushkami ALS [Asymmetry of traction currents under ALS coils]. Avtomatika, svyaz, informatika - Automation, Communication, Computer Science, 2008, no. 11, pp. 37-39.
17. Sheverdin I.N., Shamanov V.I. Vliyaniye tyazhelovesnykh poyezdov na relsovyye tsepi i ALS [Heavy trains effect on track circuits and ALS]. Avtomatika, svyaz, informatika - Automation, Communication, Computer Science, 2004, no. 8, pp. 24-29.
18. Sapozhnikov Vl.V., Kokurin I.M., Kononov V.A., Lykov A.A., Nikitin A.B. Ekspluatatsionnyye osnovy avtomatiki i telemekhaniki [Operational bases of automation and telemechanics]. Moscow, Marshrut Publ., 2006. 247 p.
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2014, № 2 (50)
АВТОМАТИЗОВАН1 СИСТЕМИ УПРАВЛ1ННЯ НА ТРАНСПОРТ1
19. Gavrilyuk V.I., Serdyuk T.N. Telemetric system for the control of signal parameters of rail circuits. II Int. Conf. «Transport systems telematics». Katowice, Katowice-Ustron Publ., 2002, pp.185-190.
20. Gavrilyuk V., Zavgorodnyj A. Computer simulation of electromagnetic interference from railway electric power system harmonics. Archives of transport system telematics, 2009, vol. 2, no. 1, pp. 33-37.
Стаття рекомендована до публ1кацИ' д.физ.-мат.н., проф. В. I. Гаврилюком (Украта); д.физ.-мат.н., проф. О. В. Коваленком (Украта)
Надшшла до редколегп 07.02.2014 Прийнята до друку 24.03.2014
