CC BY
18
УДК 658.5: 656.259.12
М. М. Соколов
Омский государственный университет путей сообщения (ОмГУПС), г. Омск, Российская Федерация
ПОСТРОЕНИЕ БЕЗУСЛОВНОГО АЛГОРИТМА ДИАГНОСТИРОВАНИЯ СТАНЦИОННЫХ РЕЛЬСОВЫХ ЦЕПЕЙ ТОНАЛЬНОЙ ЧАСТОТЫ
Аннотация. В статье рассматриваются возможность применения безусловного алгоритма диагностирования применительно к конкретной задаче поиска повреждения в станционной тональной рельсовой цепи. Задачей работы является обоснование возможности применения алгоритмов диагностирования с целью снижения времени поиска и устранения повреждений. Показан порядок составления алгоритма диагностирования, рассчитаны условные вероятности, диагностические веса, частные и общие диагностические ценности. На основании проведенных вычислений составлен безусловный алгоритм диагностирования тональной рельсовой цепи. Результаты, представленные в статье, могут быть использованы при техническом обслуживании систем автоматики действующих железных дорог.
Ключевые слова: рельсовая цепь, путевой приемник, генератор, диагностирование, алгоритм диагностирования, диагноз, диагностический признак.
Maxim M. Sokolov
Omsk State Transport University (OSTU), Omsk, the Russian Federation
CONSTRUCTION OF UNCONDITIONAL ALGORITHM FOR DIAGNOSTICS OF TONAL RAIL CIRCUITS ON STATION
Abstract. The article deals with the possibility of applying an unconditional diagnostic algorithm, applied to a specific problem of searching for damage in a station's tonal track circuit. The aim of the work is to substantiate the possibility of applying diagnostic algorithms, in order to reduce the time of search and repair of damages. The order of compiling the diagnostic algorithm is shown, conditional probabilities, diagnostic weights, private and general diagnostic values are calculated. On the basis of the calculations performed, an unconditional algorithm for diagnosing the tonal track circuit was compiled. The results obtained in the article can be used for technical maintenance of automation systems of operating railways.
Keywords: track circuit, a track receiver, a generator, diagnosing, diagnosis algorithm, diagnostic indication
Наряду с разработкой и внедрением микропроцессорных устройств и систем диагностики одной из стратегических задач хозяйства автоматики и телемеханики является организация производства с применением современных технологий обслуживания и устранения повреждений устройств СЦБ [1, 2].
Задачей, на которую направлено совершенствование технологии устранения повреждений в устройствах железнодорожной автоматики, является снижение времени устранения этих повреждений с целью минимизации времени простоя или времени нарушения условий безопасности движения поездов. Снижение времени устранения повреждения может быть достигнуто за счет оптимизации процесса локализации отказа (поиска места повреждения) путем применения оптимальной последовательности проверок и правил обработки их результатов (алгоритмов диагностирования) для получения общего результата диагностирования [3].
Выделяют три основных вида алгоритмов диагностирования: безусловный с безусловной остановкой, безусловный с условной остановкой и условный с условной остановкой [3]. В данной работе рассмотрим возможность применения безусловного алгоритма с условной остановкой диагностирования применительно к задаче поиска места повреждения в устройствах СЦБ. Наиболее простым, с точки зрения построения, является безусловный алгоритм.
В качестве объекта исследования рассмотрим станционную тональную рельсовую цепь (ТРЦ) приемоотправочного пути, упрощенная схема которой представлена на рисунке 1 [4].
Первым проявлением отказа в рельсовой цепи, при условии, что заранее известно, что она свободна, является индикация ее занятости на аппарате управления дежурного по станции. Причины появления отказа «ложная занятость» могут быть разнообразны: от проблем с электропитанием до отказа в аппаратуре рельсовой цепи или рельсовой линии. При этом
электромеханику СЦБ необходимо по первичному проявлению отказа в первую очередь сузить место поиска возможных повреждений [5].
Без проведения каких-либо измерений или проверок первичную информацию об отказе в ТРЦ электромеханик может получить по индикации на путевом генераторе (ГП3) и путевых приемниках (1111). На лицевой панели указанных приборов расположены по два светодиода, сигнализирующих о режиме работы. В нормальном режиме работы генератора светодиод УБ2 излучает в мигающем режиме, обеспечивая индикацию о правильной работе задающего генератора, а светодиод УП8 излучает непрерывном режиме, свидетельствуя о наличии питания постоянного тока на выходе усилителя. В случае появления отказа в схеме Г1 3 может прекратить излучать один из светодиодов или сразу оба.
При свободном и исправном состоянии рельсовой цепи (нормальный режим работы) свето-диоды УП11 и УП 12 путевого приемника попеременно мигают с частотой модуляции [6, 7] .
Рассмотрим построение безусловного алгоритма диагностирования на основании информации, получаемой от светодиодов на лицевой панели ГП3, ПП1 и 11112, при следующих ограничениях:
- ТРЦ находится в состоянии «ложной занятости» (на аппарате управления ДСП имеется индикация занятости);
- рассматривается только одиночный отказ;
- сложность обследования по всем признакам одинакова.
Рисунок 1 - Схема тональной рельсовой цепи Введем следующие диагностические признаки:
к1 - режим работы светодиода УБ2 ГП3 ( к1 = 1 - мигает, к1 = 0 - не излучает); к2 - режим работы светодиода УБ8 ГП3 (к2 = 1 - излучает, к2 = 0 - не излучает); к3, к4 - режим работы светодиодов УБ11 и УП12 ПП1 (к3 = 1 - хотя бы один излучает, к3 = 0 - ни один не излучает, к4 = 1 - оба светодиода излучают в мигающем режиме, к4 = 0 - хотя бы один диод излучает, но не мигает);
к5, к6 - режим работы светодиодов УО11 и УО12 ПП2 (к5 = 1 - хотя бы один излучает, к5 = 0 - ни один не излучает, к6 = 1 - оба светодиода излучают в мигающем режиме, к6 = 0 -хотя бы один диод излучает, но не мигает).
Введение двух диагностических признаков общей индикации путевых приемников ТРЦ, а не отдельных для каждого светодиода, обусловлено тем, что появление одного и того же отказа в разные моменты времени может привести к разной индикации каждого из светодиодов. Например, индикация «УО11 излучает, УО12 не излучает» несет такую же диагностическую информацию как индикация «УО11 не излучает, УО12 не излучает». При этом каждый из светодиодов в зависимости от места повреждения в ТРЦ может излучать, не излучать или работать в мигающем режиме.
Суммарное проявление указанных шести диагностических признаков позволяет идентифицировать состояние исследуемой системы (ТРЦ) в пяти состояниях (диагнозах) (см. рису-
нок 1):
А - отказ связанный с электропитанием оборудования ТРЦ;
О2 - отказ в схеме ГП3 (в том числе его электропитание);
А - отказ оборудования первого релейного конца ТРЦ;
О4 - отказ оборудования второго релейного конца ТРЦ;
А - отказ оборудования питающего конца ТРЦ.
Соответствие между значениями диагностических признаков и диагнозами приведено в таблице 1. Таблица получена путем исключения строк, соответствующих сочетаниям значений признаков, не проявляющихся при одиночных отказах в ТРЦ.
Таблица 1 - Связь значений диагностических признаков с диагнозами
Диагноз Значение признаков
к к 2 кз к 4 к5 кб
А 0 0 0 0 0 0
1 1 0 0 0 0
О2 0 0 1 0 1 0
0 1 1 0 1 0
1 0 1 0 1 0
А 1 1 0 0 1 1
1 1 1 0 1 1
О4 1 1 1 1 0 0
1 1 1 1 1 0
А 1 1 1 0 1 0
Для получения количества информации о состоянии (диагнозе) объекта, получаемом при оценке значения какого-либо из признаков, необходимо определить информационный вес каждой из реализаций в каждом из диагнозов по выражению [1, 8, 9]:
2[1у = ^Р^Л», (1)
ОЛ 3*> б2 р(к ^)
где Р(к р / П) - вероятность появления интервала £ признака к у для объектов с диагнозом О{; Р(к^) - вероятность появления этого интервала у всех объектов с различными диагнозами. Для объективной оценки значимости того или иного признака к у в установлении конкретного диагноза в системе диагнозов О необходимо определить информационную ценность каждого обследования.
Для да-разрядного признака в диагнозе О{ частная диагностическая ценность обследования определяется по выражению:
к) = IЩЛ) 2а (кр). (2)
Известно, что обследование с небольшой диагностической ценностью для одного диагноза может иметь значительную ценность для другого, поэтому целесообразно использовать понятие общей диагностической ценности обследования по признаку kj для всей системы диагнозов Л, определив ее как количество информации, вносимое обследованием в систему диагнозов [8, 9]:
п п т
) = IРЛ)2а(к) = IIРЛ)Р{к„ /Лг)1с82[Р(кр /Л)/Р(к„)]. (3)
г=1 г=1 Б=1
На основании данных таблицы 1, рассчитаем значения условных вероятностей, информационного веса реализаций и частных и общих диагностических ценностей признаков. Для принятых нами допущений п = 5, т = 2. Результаты расчета сведены в таблицу 2.
Таблица 2 - Значения информационного веса реализаций и частных и общих диагностических ценностей признаков
Признак к1 к 2 къ к 4 к 5 К
Р (к] / л ) 0,5 0,5 0 0 0 0
РЛ) = Р (к] / А) 0,5 0,5 1 1 1 1
А 2/10 = 0,2 гт(к]) -0,485 -0,485 0 0 0 0
(к]) 0,737 0,737 1,737 0,322 1,737 0,322
БЛ1 (к]) 0,126 0,126 1,737 0,322 1,737 0,322
Р(к /Л) 0,33 0,33 1 0 1 0
Р(Л) = Р (к / А) 0,67 0,67 0 1 0 1
Л2 3/10 = 0,3 2т(к}) -1,085 -1,085 0,515 0 0,515 0
¿Л 2 (к]) 1,159 1,159 0 0,322 0 0,322
БЛ2 (к) 0,418 0,418 0,515 0,322 0,515 0,322
Р(к] / Л3) 1 1 0,5 0 1 1
СО о Р(Лз) = Р (к / Д) 0 0 0,5 1 0 0
И и а Лз 2/10 = 0,2 ¿лз(к]) 0,515 0,515 -0,485 0 0,515 2,322
¿Лз ( к] ) 0 0 0,737 0,322 0 0
Блз (к]) 0,515 0,515 0,126 0,322 0,515 2,322
Р(к] / А) 1 1 1 1 0,5 0
Р(Л) = Р (к / А) 0 0 0 0 0,5 1
ЛА 2/10 = 0,2 гт(к]) 0,515 0,515 0,515 2,322 -0,485 0
^ Л 4 ( к] ) 0 0 0 0 0,737 0,322
(к) 0,515 0,515 0,515 2,322 0,126 0,322
Р(к] / А) 1 1 1 0 1 0
Р(В5) = Р (к] / А) 0 0 0 1 0 1
1/10 = 0,1 ЗД) 0,515 0,515 0,515 0 0,515 0
¿Л5 (к]) 0 0 0 0,322 0 0,322
Бл5 (к]) 0,515 0,515 0,515 0,322 0,515 0,322
Р(к) 0,7 0,7 0,7 0,2 0,7 0,2
0,408 0,408 0,681 0,722 0,681 0,722
Анализ полученных результатов показывает, что наибольшее количество информации о состоянии сигнальной точки может быть получено при оценке признаков к4 и к6, а именно индикация светодиодов на ПП1 и ПП2 соответственно. Действительно, при правильной индикации работы 1111 можно сразу исключить повреждения аппаратуры питающего конца ТРЦ, рельсовой линии, аппаратуры релейного конца данного 1111, а также проблемы с электропитанием [10]. Полученные результаты позволяют построить безусловный алгоритм с условной остановкой процесса диагностирования технического состояния ТРЦ. Алгоритм может быть представлен в виде графа (рисунок 2) с последовательностью проверок к4 - к6 -
к5 - к3 - к1 — к2.
о
оо
оо сзррр^
кз
0 1
р
к.
0 1
Рисунок 2 - Безусловный алгоритм диагностирования ТРЦ Как видно из приведенного алгоритма, уже первая проверка по признаку к4 может или сразу выявить диагноз П4, или исключить его. Дальнейшие проверки по признакам к6 и к5 аналогично могут выявить или исключить диагнозы П3 и П1 соответственно.
Недостатком условного алгоритма является то, что он не учитывает информацию, полученную на более ранних этапах проведения проверок. Исходя из этого недостатка в безусловном алгоритме, приведенном на рисунке 2, на четвертом шаге проводится необязательная проверка по признаку к3. Данная проверка имела существенную диагностическую ценность в исходных условиях (0,681), но после проверки по признаку к5 не несет в себе никакой дополнительной информации.
Несмотря на указанные недостатки безусловного алгоритма для решения поставленной задачи он позволяет по крайней мере выявить, какой из диагностических признаков дает наибольшую ценность и, как следствие, уменьшить среднее время поиска отказа в исследуемой системе, заранее исключив неоправданные действия.
Более совершенным с точки зрения построения оптимальной последовательности проверок является условный алгоритм диагностирования [3], но он также требует большого коли-
к
0
к
5
0
к
2
0
чества вычислений. Построение условного алгоритма диагностирования для поставленной задачи будет рассмотрено в следующей статье.
Список литературы
1. Соколов, М. М. Совершенствование технологии обслуживания станционных рельсовых цепей [Текст] / М. М. Соколов // Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск. - 2016. - № 3 (27). - С. 124 - 132.
2. Филюшкина, Т. Напольному оборудованию - современные технологии [Текст] / Т. Филюшкина // Автоматика, связь и информатика. - М., 2010. - № 9. - С. 2 - 6.
3. Сапожников, В. В. Основы технической диагностики: Учебное пособие [Текст] / В. В. Сапожников, Вл. В. Сапожников / УМЦ ЖДТ. - М., 2004. - 318 с.
4. Аркатов, В. С. Рельсовые цепи магистральных дорог: Справочник [Текст] / В. С. Аркатов. - М.: Миссия-М, 2006. - 496 с.
5. Инструкция по техническому обслуживанию и ремонту устройств и систем сигнализации, централизации и блокировки [Текст] / OAO «РЖД», - М. 2015. - 129 с.
6. Сороко, В. И. Аппаратура железнодорожной автоматики и телемеханики: Справочник: В 4 кн. [Текст] / В. И. Сороко, Ж. В. Фотькина. - М.: ПЛАНЕТА, 2013. - Кн. 1. - 1060 с.
7. Аюпов, Р. Ш. Синтез системы пропуска обратного тягового тока в электротехническом комплексе электроснабжения железных дорог [Текст]: Автореф. дис... канд. техн. наук: 05.09.03 / Аюпов Роман Шамильевич. - Омск, 2009. - 19 с.
8. Иванова, Е. Г. Построение алгоритма проверки технического состояния устройств числовой кодовой автоблокировки [Текст] / Е. Г. Иванова, Г. В. Ларионов, С. Л. Лисин // Сб. науч. тр. по материалам междунар. науч.-практ. конф. «Перспективные инновации в науке, образовании, на производстве и транспорте-2010». - Одесса: Черноморье, 2010. - Т. 1. - С. 58 - 63.
9. Ларионов, Г. В. Построение алгоритмов диагностирования аппаратуры числовой кодовой автоблокировки на основе информационной ценности признаков [Текст] / Г. В. Ларионов, С. Л. Лисин // Межвуз. темат. сб. науч. тр. «Эффективность и безопасность работы электротехнических комплексов и систем автоматики и телемеханики на железнодорожном транспорте» / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск, 2011. - С. 32 - 38.
10. Соколов, М. М. Контроль состояния системы электроснабжения устройств железнодорожной автоматики: Монография [Текст] / М. М. Соколов // Lambert Academic Publishing. -Саарбрюккен, 2012. - 161 с.
References
1. Sokolov M. M. Improvement of technology service of station track circuits railway automation [Sovershenstvovanie tehnologii obsluzhivanija stancionnyh rel'sovyh cepej]. Izvestiia Transsiba - The journal of Transsib Railway Studies, 2016, no. 3 (27), pp. 124 - 132.
2. Filyushkina T. Outdoor equipment - modern technology [Napol'nomu oborudovaniyu -sovremennye tekhnologii] . Avtomatika, svyaz', informatika - Journal, 2010, no. 9 (2010), pp. 2 - 6.
3. Sapozhnikov V. V. Osnovy tekhnicheskoi diagnostiki (Basics of technical diagnostics). Mos^w: UMTs ZhDT Pub.l, 2004, 318 p.
4. Arkatov V. S. Rel'sovye cepi magistral'nyh dorog (Railways of main roads), Mos^w: ООО «Missiia-M», 2006, 496 p.
5. Instrukciya po tekhnicheskomu obsluzhivaniyu i remontu ustrojstv i sistem signalizacii, cen-tralizacii i blokirovki (Instruction on maintenance and repair of devices and systems of signaling, centralization and blocking), Mosvow, Railway Consulting Agency, 2015, 129 p.
6. Soroko V. I., Fot'kina Zh. V. Apparatura zheleznodorozhnoi avtomatiki i telemekhaniki (Railway automation and telemechanics equipment). Moscow: OOO «NPF «PLANETA» Publ, 2013, 1060 p.
7. Ajupov R. Sh. Sintez sistemy propuska obratnogo tjagovogo toka v jelektrotehnicheskom komplekse jelektrosnabzhenija zheleznyh dorog (Synthesis of reverse traction current transmission system in the electrical power complex of railroad power supply). Candidate's thesis, Omsk, OmG-TU, 2009. 19 p.
8. Ivanova E. G, Larionov G. V., Lisin S. L. Construction of an algorithm for checking the technical state of the devices of a numerical code lock [Postroenie algoritma proverki tehnich-eskogo sostojanija ustrojstv chislovoj kodovoj avtoblokirovki]. Abstracts of the Int. conference «Perspective Innovations in Science, Education, Production and Transport-2010». Odessa, 2010. T. 1, pp. 58 - 63.
9. Larionov G. V., Lisin S. L. The construction of algorithms for diagnosing the hardware of a numerical code lock on the basis of the information value of the signs [Postroenie algoritmov diag-nostirovanija apparatury chislovoj kodovoj avtoblokirovki na osnove informacionnoj cennosti priznakov]. Journal «Efficiency and safety of operation of electrical systems and automation and telemechanics systems in railway transport». Omsk, 2011, pp. 32 - 38.
10. Sokolov M. M. Monitoring the state of the power supply system for railway automation devices (Kontrol' sostojanija sistemy jelektrosnabzhenija ustrojstv zheleznodorozhnoj avtomatiki). Saarbrjukken; Lambert Academic Publishing, 2012, 161 p.
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРЕ
Соколов Максим Михайлович
Омский государственный университет путей сообщения (ОмГУПС).
Маркса пр., д. 35, г. Омск, 644046, Российская Федерация.
Кандидат технических наук, доцент кафедры «Автоматика и телемеханика», ОмГУПС.
Тел.: +8 (3812) 311872.
E-mail: SokolovMM@mail.ru
БИБЛИОГРАФИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ СТАТЬИ
Соколов, М. М. Построение безусловного алгоритма диагностирования станционных рельсовых цепей тональной частоты [Текст] / М. М. Соколов // Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск. - 2018. -№ 1(33). - С 139 - 145.
INFORMATION ABOUT THE AUTHORS
Sokolov Maxim Mikhailovich
Omsk State Transport University (OSTU). 35, Marx st., Omsk, 644046, the Russian Federation. Ph. D. in Engineering, Associate Professor of the department «Automatics and telemechanics», OSTU. Phone: +7 (3812) 37-60-82. E-mail: SokolovMM@mail.ru
BIBLIOGRAPHIC DESCRIPTION
Sokolov M. M. Construction of unconditional algorithm for diagnostics of tonal rail circuits on station. Journal of Transsib Railway Studies, 2018, vol. 33, no 1, pp. 139 - 145 (In Russian).
