Метод кодирования состояний диагностируемых объектов Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

Общетехнические и социальные проблемы

83

Рис. 5. Деревообразная структура проверок

Таким образом, задачей объединения алгоритмов ВЗС является синтез алгоритма Ло, отвечающего указанным условиям.

Заключение

Предложенный метод позволяет решить задачу объединения алгоритмов ВЗС с учетом особенностей их структуры. С помощью объединения алгоритмов достигается сокращение количества вхождений элементов в Ло за счет введения дополнительных логических условий.

Применение формальных методов для оптимизации выполнения алгоритмов на всех уровнях ВЗС позволит сократить затраты времени при обмене техническими документами, сократить время обработки ЗС, улучшить структуру информационного обмена при организации электронного документооборота и, следовательно, сократить сроки выполнения работ по капитальному строительству и ремонту систем СЦБ.

Библиографический список

1. Методы разработки

автоматизированных систем управления / А. Г. Мамиконов. - М. : Энергия, 1973. - 336 с.

2. Графовые модели и методы разработки унифицированных компонент сложных программных комплексов / И. А. Прахов, С. Г. Кузин. - Нижний Новгород : ННГУ, 2003.

3. Имитационное

моделирование систем - искусство и наука / Р. Ю. Шеннон. - М. : Мир, 1978. - 418 с.

4. Иерархия и параллелизм в сетях Петри / Д. А. Таль // Автоматика и телемеханика. - 1982. - №7. -С.112-113.

5. Синтез управляющих

автоматов / В. Г. Лазарев, Е. И. Пийль. - М.: Энергия, 1978. - 408 с.

6. Основы дискретной

автоматики / В. Н. Рогинский. - М. : Связь, 1975. - 432 с.

Статья поступила в редакцию 10.04.2010;

представлена к публикации членом редколлегии Вл. В. Сапожниковым.

УДК 681.326.7

ISSN 1815-588 Х. Известия ПГУПС

2010/2

Общетехнические и социальные проблемы

Д. В. Ефанов

МЕТОД КОДИРОВАНИЯ СОСТОЯНИЙ ДИАГНОСТИРУЕМЫХ ОБЪЕКТОВ

Приводится метод обработки данных в области технической диагностики устройств железнодорожной автоматики и телемеханики, позволяющий автоматизировать работу технологов дистанций СЦБ и центров мониторинга по анализу диагностической информации.

техническая диагностика, индикация объектов, код с суммированием, граф.

Введение

В современном хозяйстве железнодорожной автоматики и

телемеханики важную роль играет техническая диагностика устройств [1]. Данная область науки позволяет организовать непрерывное слежение за состоянием многих устройств, отвечающих за безопасность и эффективность перевозочного процесса. Некоторые вопросы организации систем диагностики рассмотрены в [2].

Наличие технической диагностики устройств СЦБ позволяет организовывать так называемые центры мониторинга [3], сотрудники которых анализируют состояние устройств железнодорожной автоматики и телемеханики (ЖАТ). При этом существует возможность учета возникающих отказов, что позволяет выяснять причины их появления, а также принимать меры по их предупреждению и устранению.

Сокращение числа отказов способствует повышению надежности функционирования объектов СЦБ.

Целью современных систем технической диагностики и мониторинга (СТДМ) являются также учет технологических ситуаций (задание маршрутов по неправильному пути, использование искусственной разделки и др.), что позволяет организовать контроль за проведением работ по графику технического обслуживания устройств СЦБ и автоматизацию процесса технического обслуживания устройств железнодорожной автоматики и телемеханики.

Однако существующих методов обнаружения и предупреждения отказов часто бывает недостаточно. К тому же актуальными на сегодня до сих пор являются многие задачи, связанные с выявлением возникающих логических ситуаций, таких как выполнение графика технического обслуживания, технологических ситуаций в поездной и маневровой работе (к примеру, открытие пригласительного сигнала) и пр.

ISSN 1815-588 Х. Известия ПГУПС

2010/2

Общетехнические и социальные проблемы

85

Решение подобного рода задач в дальнейшем позволит автоматизировать работу по техническому обслуживанию устройств СЦБ, что в свою очередь ускорит переход на систему обслуживания указанных устройств по состоянию [4]. Этот принцип используется в опытной эксплуатации в Псковской дистанции автоматики и телемеханики.

Рассмотрим новый подход к анализу диагностической информации -логический метод обработки данных, основанный на кодировании состояний логических ситуаций, возникающих в СТДМ.

3 Метод кодирования состояний диагностируемых объектов

Будем анализировать состояние объекта по состоянию индикации на пульт-табло (современные СТДМ позволяют это).

Приведем пример, связанный с реализацией поездных маршрутов и рассмотрим ситуацию отправления поезда с приемо-отправочного пути. На рис. 1 изображена произвольная станция, на главном ее пути находится подвижная единица.

CHS PO

Рис. 1. Произвольная станция

Все множество объектов разобьем на три группы: светофоры (S), рельсовые цепи приемо-отправочных путей (PO) и рельсовые цепи всех стрелочно-путевых секций (RC). Разделение рельсовых цепей по такому принципу будет объяснено ниже.

Положим, задан произвольный маршрут отправления (рис. 2). При этом индикация светофора, по которому задается маршрут, символизирует о разрешающем показании (S) и в маршруте замкнуты три рельсовые цепи стрелочно-путевых секций (RC) и рельсовая цепь приемо-отправочного пути (PO).

ISSN 1815-588 Х. Известия ПГУПС

2010/2

Общетехнические и социальные проблемы

OHS PO

Рис. 2. Маршрут отправления с главного пути

Поставим целью выявление следующих задач: задания маршрута отправления с приемо-отправочного пути, а также ситуации, когда после проследования поезда рельсовая цепь осталась занята.

Для реализации поставленных задач нам не обязательно знать состояния всех элементов индикации. Ясно, что при задании маршрута необходима лишь индикация о замыкании первой рельсовой цепи за светофором и индикация об открытии светофора на разрешающее показание при занятой рельсовой цепи приемо-отправочного пути. Это вытекает из логики работы устройств СЦБ [5], [6] в данной ситуации (т. е. открытие светофора возможно лишь при замкнутости рельсовых цепей в маршруте, а замыкание производится до конечной точки маршрута -входного светофора).

Итак, уберем некую избыточность из рассмотрения и остановимся лишь на тех элементах, информация о состоянии которых нам потребуется в дальнейшем (рис. 3).

C^S

----Ш---

RC PO

Рис. 3. Элементы, индикация о состоянии которых необходима впоследствии

Опустим далее наименование «индикация о состоянии объектов» и будем для простоты использовать термин «состояние объектов» (состояние на основании данных от СТДМ).

Каждый объект, входящий в систему, изображенную на рис. 3, обладает конечным количеством состояний. Если обозначить множество состояний объекта через S , а все возможные состояния через S , S , S , ..., S1, то можно в общем случае записать следующее выражение, характеризующее систему:

Sw= S°,S\S\...,Sl . (1)

ISSN 1815-588 Х. Известия ПГУПС

2010/2

Общетехнические и социальные проблемы

87

Будем называть элементарным событием возникновение того или иного состояния объекта. Например, индикация о горении светофора разрешающим показанием - элементарное событие. Очевидно, что все элементарные события взаимоисключающие, в момент времени t. можно

зафиксировать только одно состояние St, поскольку на каждый объект

предусмотрен всего один индикатор.

Отметим также, что все события для объекта являются взаимоисключающими (невозможна, например, одновременная сигнализация о свободности и занятости рельсовой цепи). Таким образом, для объекта с n-м количеством состояний существует n-е количество элементарных событий.

Тогда каждому элементарному событию (состоянию объекта) присвоим свой идентификатор на основе натурального двоичного кода (код без избыточности). В таблицах 1, 2 и 3 представлено кодирование состояний объектов, задействованных в анализе.

ТАБЛИЦА 1. Кодирование состояний рельсовой цепи за светофором

Индикация рельсовой цепи приемо-отправочного пути Внутренние переменные

Индикация Si Xj х2

Индикация о свободности рельсовой цепи Sl 0 0

Индикация о занятости рельсовой цепи Sl 0 1

Отсутствие диагностической информации Sl 1 0

ТАБЛИЦА 2. Кодирование состояний светофора

Состояния светофора Внутренние переменные

Индикация S, Хз x4

Разрешенное показание s; 0 0

Запрещенное показание s; 0 1

Показание неисправности s: 1 0

Отсутствие диагностической информации S 1 1

ТАБЛИЦА 3. Кодирование состояний рельсовой цепи за светофором

Индикация рельсовой цепи Внутренние переменные

Индикация Si Х5 Xtf x7

Показание о свободности и не замкнутости s;c 0 0 0

Показание о замкнутости и свободности Cisz Src 0 0 1

Показание о занятости Src 0 1 0

ISSN 1815-588 Х. Известия ПГУПС

2010/2

Общетехнические и социальные проблемы

Показание об искусственном размыкании ciir Src 0 1 1

Отсутствие диагностической информации S0 Src 1 0 0

Будем рассматривать множество событий Q таких, что:

<2 = У yj S“ U si u si и si n 5; u s; u s; и s° n

'fiZ

"V

'fZ

"V

nr

*PO

po

n У5 uSsz^Sz иГи5

ГС ’

дО ' rc

(2)

Полное количество всех состояний исследуемой системы Q определяется произведением всех возможных ситуаций перебора элементов множеств St с учетом изложенных выше замечаний, а именно:

п к т р

£=Za=IVlvXN- о)

i= 1 j=1 1=1 £=1

Применив формулу (3) к нашему случаю, получим:

п

б = Х0=С5'С4'С5 =5'4'5 = 100'

/=1

Следует, однако, заметить, что ситуации, связанные с искусственным размыканием рельсовой цепи приемо-отправочного пути, ее свободностью и свободностью-замкнутостью, в дальнейшем будут отброшены, поскольку при реализации поставленной задачи мы условились, что

рельсовая цепь приемо-отправочного пути занята (состояние Szpo).

В таблице 1 опущены два состояния, которые в реализации поставленной выше задачи не понадобятся, поскольку противоречат

оговоренному ранее начальному условию (Spo и SSZQ).

Исходя из таблиц 1, 2 и 3, каждому состоянию S мы присваиваем

кодовый вектор X = [x1 x2 x3 x4 x5 x6 x7}. При этом для защиты информации от искажений применим кодирование кодом с суммированием (10,7) [5]. Кодовый вектор X дополнится контрольной частью K, содержащей три разряда:

Y = [x1 x2x3x4x5 x6x7 k1 k2 k3}.

Опишем в данных обозначениях ситуацию задания маршрута отправления.

1. В настоящий момент времени система находится в состоянии

Q72 = [0 1 0 1 0 0 0 0 1 0}.

Указанное состояние описывается следующим множеством:

ISSN 1815-588 Х. Известия ПГУПС

2010/2

Общетехнические и социальные проблемы

89

Qn=szpor>s:ns,

2. При задании маршрута система переходит в состояние

Q65 = {0 1 0 0 0 0 1 01 0}, что описывается следующим множеством:

as=s^ns;n5^.

Для наглядности процесса указанную операцию изобразим в виде графа (рис. 4). В вершинах графа находится состояние индикации, на дугах -воздействие, под которым осуществляется переход. В общем случае справедливо следующее замечание.

Замечание. Переход из вершины Qj будет производиться при возникновении условий, благоприятствующих событию Qj.

0 1 0 1 0 0 0 0 1 0

0 1 0 0 0 0 1 0 1 0

0 1 0 0 0 0 1 0 1 0

Q72 ) М Q6

Рис. 4. Граф переходов для задания маршрута отправления

Опишем далее проследование поезда по маршруту.

1. Из узла Q65 = {0 1 0 0 0 01 0 1 0} наша система перейдет в некоторый узел Q66 = {0 1 0 0 0 1 0 0 1 0}, что определяется индикацией о занятии подвижной единицей первой рельсовой цепи за светофором:

Q =SZ nSrnSz.

-^66 ро S ГС

2. При дальнейшем движении подвижной единицы индикация будет меняться и наша система перейдет в одно из трех состояний:

Q74 = {0 1 0 1 0 1 0 0 1 1} - светофор перекрывается с выдержкой времени;

Q2 = {0 0 0 0 0 1 0 0 0 1} - рельсовая цепь приемо-отправочного пути освобождается, но светофор еще не успевает перекрыться, например, при движении короткой подвижной единицы;

Qio = {0 0 0 1 0 1 001 0} - одновременное переключение индикаций светофора и рельсовой цепи приемо-отправочного пути.

Все три ситуации описываются следующим множеством:

ISSN 1815-588 Х. Известия ПГУПС

2010/2

©бщетехнические и социальные проблемы

б, = (?74 ^ ^ Q

10

s;ans;ns.

Z

ГС

VJ s;ons:nS;

U

U x;ns;ns:

Можно задать множество Q следующим выражением:

а= Й4,а,йо ■

3. Дальнейший переход определим как появление индикации о свободности и незамкнутости рельсовой цепи (для систем без выдержки времени на размыкание, к примеру, БМРЦ [6]):

Q8 = (0 0 0 1 0 0 0 0 0 1}.

На рис. 5 представлен граф переходов системы при проследовании подвижной единицы по маршруту в таком случае. Все переходы, а также сохранение состояний осуществляются согласно замечанию (см. выше).

0 1 0 0 0 0 1 0 1 0

Рис. 5. Граф переходов для проследования подвижной единицы по маршруту отправления

Если теперь объединить графы на рис. 5 и 6, можно моделировать работу СТДМ по контролю правильности задания маршрута и проследования подвижной единицы. Поскольку в данном графе присутствуют не все возможные состояния, а также нет обратного

ISSN 1815-588 Х. Известия ПГУПС

2010/2

Общетехнические и социальные проблемы

91

перехода, то необходимо ввести в него еще два дополнительных состояния. В первое состояние Qx система будет переходить при отказе

устройств СТДМ. В общем случае для вектора Y = [x1 x2 x3 x4 x5 x6 x7 k1 k2 k3] запишем это следующими выражениями:

Qxj = {1 0--------------};

Qx2 = {~ ~ 11-----------};

Qx3 = {-----1 0 0 ~ ~ ~}.

Ясно, что таких состояний будет:

Qx =20 + 12 + 12 = 44.

Опишем данное событие следующим выражением:

<J, 'A- <J,. (4)

Выражение (4) описывает все состояния индикации при отсутствии диагностической информации хотя бы об одном объекте, входящем в систему.

Второе состояние необходимо для того, чтобы учесть все незадействованные состояния системы, а именно события, выходящие за рассмотренный граф, но также возможные. К примеру, в произвольный момент времени может случиться так, что индикация о состоянии рельсовой цепи приемо-отправочного пути соответствует ее свободности, в таком случае граф не должен моделировать ситуацию, а чтобы он находился в некотором состоянии «ожидания», необходимо это состояние каким-либо образом обозначить. В случае появления условий для осуществления перехода в начальное состояние графа система произведет переход. Указанное состояние опишем следующим множеством:

R= Q\Q' . (»

где Q - полное множество состояний анализируемой системы (мощность L Q =100 - это видно из формулы (3));

Q'= ■

Помимо указанных замечаний, добавим в граф, предложенный на рис. 6, переходы, позволяющие фиксировать некоторые технологические ситуации, например, когда рельсовая цепь приемо-отправочного пути не освободилась после проследования поезда.

ISSN 1815-588 Х. Известия ПГУПС

2010/2

ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС 2010/2

10

11

100

0101000010

0001000001

0110000010

Рис. 6. Конечный граф переходов

ШБщетехнические и социальные проблемы

Общетехнические и социальные проблемы

93

При «нормальном» проследовании подвижной единицы по маршруту система должна перейти из состояния Q в состояние Q. Предположим, что система перешла в одно из состояний, когда рельсовая цепь приемоотправочного пути занята (Szpo), первая рельсовая цепь за светофором

свободна (Ssrc) и светофор находится в любом из своих состояний, кроме

S°s (очевидно, что если у системы нет данных о состоянии светофора, то

дальнейшее функционирование по обработке диагностической информации невозможно и, отталкиваясь от изложенного выше, система

обязана перейти в узел Ох), Srs U Sz U S". Соответственно: Огц ={0100

0 0 0 0 0 1}, Q72 = {0 1 0 1 0 0 0 0 1 0} и Q96 = {0 1 1 0 0 0 0 0 1 0}.

Если теперь присвоить указанным переходам некоторое событие, свидетельствующее о возникновении ситуации занятости рельсовой цепи приемо-отправочного пути, то можно определять моменты возникновения данных событий.

Вычтем множества состояний О 64, Q96 из множества R, получив множество R\ исключающее указанные состояния:

к= r\ а4,о* . (о

Вычитать множество Q72 нет необходимости, поскольку оно и так отсутствует в множестве R, так как соответствует одной из вершин графа (см. рис. 6).

Граф, изображенный на рис. 6, позволяет фиксировать по возникновению определенных переходов (они изображены пунктиром) ситуацию, когда после отправления подвижной единицы рельсовая цепь приемо-отправочного пути не освободилась, а также моменты отказов устройств ТДМ (все переходы в состояние Q). Для простоты обозначений

все переходы по условию в узел Qx обозначены как а - это все переходы, удовлетворяющие формуле (4); все переходы, удовлетворяющие формуле (5), - как b, а именно все оставшиеся переходы, исключая переходы а и уже задействованные. Помимо этого, каждому переходу, возникающему при условии a, должен соответствовать обратный переход.

Таким образом, граф на рис. 6 описывает следующие ситуации: задание маршрута отправления, «нормальное» проследование подвижной единицы по нему, а также ситуации отказов СТДМ и возникновения логической ситуации, связанной с занятостью рельсовой цепи приемоотправочного пути после проследования подвижной единицы. Если присвоить переходам a некоторое событие, свидетельствующее об отсутствии диагностической информации о состоянии любого из объектов системы, то можно определять моменты отказов устройств СТДМ. Если

ISSN 1815-588 Х. Известия ПГУПС

2010/2

©бщетехнические и социальные проблемы

возникают условия для нарушения перехода из Qx в Qx, это

свидетельствует об окончании отказа устройств ТДМ.

Граф на рис. 6 можно «нарастить» до графа, способного фиксировать различные технологические ситуации и отказы устройств СЦБ.

Подобные графы строятся для всех приемо-отправочных путей станции, однако построение его необходимо лишь один раз, поскольку все элементы алгоритма идентичны по своим свойствам и содержат одинаковое количество состояний, т. е. множества S -п, где п - номер

объекта анализа, равны:

(7)

Каждый объект диагностирования СТДМ имеет свой уникальный номер в базе данных, таким образом на начальном этапе выбираются соответствующие идентификаторы объектов из базы данных, которые в общем случае выступают как переменные п.

Заключение

Поскольку СТДМ работает в масштабах реального времени, есть возможность, применив данный аппарат, описать работу неких устройств (например, светофора и рельсовых цепей) для реально функционирующих объектов. Данный алгоритм можно формализовать на программном уровне, зашить полученную информацию в модуль обработки данных и включить в анализ работы устройств СЦБ, отвечающих за безопасность перевозочного процесса, на любом из диагностических серверов СТДМ.

Указанные мероприятия расширяют функциональные возможности систем технической диагностики и мониторинга, что влечет за собой сокращение влияния «человеческого фактора» на процесс обработки диагностической информации и, как следствие, повышает надежность самих СТДМ.

Библиографический список

1. Основы технической диагностики / В. В. Карибский, П. П. Пархоменко, Е. С. Согомонян, В. Ф. Халчев; ред. П. П. Пархоменко. - М. : Энергия, 1976. - 464 с.

2. Развитие средств автоматизации в АДК-СЦБ / А. А. Сепетый, И. А. Фарапонов // Автоматика, связь, информатика. - 2006. - №11. - С. 32-35.

3. Развитие центра диагностики и мониторинга / Е. А. Москвина // Автоматика, связь, информатика. - 2009. - № 11. - С. 2-6.

4. Автоматизация технического обслуживания устройств СЦБ / Е. А. Гоман, А. Л. Вотолевский, Е. М. Шандин, К. В. Маслов // Автоматика, связь, информатика. - 2008. - №4. - С. 22-25.

5. А note on error detecting codes for asymmetric channels / J. M. Berger // Information and Control. - 1961. - V. 4, № 3. - P. 68-73.

ISSN 1815-588 Х. Известия ПГУПС

2010/2

Общетехнические и социальные проблемы

95

6. Станционные устройства автоматики и телемеханики / А. А. Казаков, В. Д. Бубнов, Е. А. Казаков. - М. : Транспорт, 1990. - 431 с. -ISBN 5-277-00951-5.

Статья поступила в редакцию 20.04.2010;

представлена к публикации членом редколлегии Вл. В. Сапожниковым.

УДК 628.3(088.8)

В. Г. Иванов, Н. А. Черников, О. М. Мусаев, Ш. Ш. Эргашев

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ЛОКАЛЬНЫХ ОЧИСТНЫХ СООРУЖЕНИЙ ПРЕДПРИЯТИЙ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

Приведены результаты научно-исследовательских работ по совершенствованию локальных очистных сооружений железнодорожного транспорта. Детально представлены последние работы: устройство для сбора и удаления плавающих жидких веществ, предназначенное для работы в канализационных очистных сооружениях, и установка для очистки сточных вод с территории объектов железнодорожного транспорта.

нефтепродукт, поплавок, радиальный желоб, грузовая площадка, насосный агрегат, тонкослойный блок, фильтрация, сорбция, ионы тяжелых металлов.

Введение

Сточные воды предприятий железнодорожного транспорта содержат большое количество нефтепродуктов, поверхностно-активных веществ (ПАВ), ионов тяжелых металлов и других вредных веществ. В связи с этим создание малогабаритных, экономичных компактных моноблочных установок с устройствами для сбора и удаления нефтепродуктов с поверхности воды является актуальным.

Новизна научных исследований на кафедре «Водоснабжение, водоотведение и гидравлика» в этой области, как правило, подтверждается авторскими свидетельствами и патентами.

Патентные исследования на кафедре «Водоснабжение, водоотведение и гидравлика» ПГУПС проводятся в русле основных её научных направлений, сложившихся за более чем 100-летний период деятельности в области санитарной техники. Это прежде всего не потерявшие своей актуальности работы по гидравлическому удару и защите от него.

ISSN 1815-588 Х. Известия ПГУПС

2010/2