CC BY
21
УДК 658.5: 656.259.12
М. М. Соколов
Омский государственный университет путей сообщения (ОмГУПС), г. Омск, Российская Федерация
ПОСТРОЕНИЕ УСЛОВНОГО АЛГОРИТМА ДИАГНОСТИРОВАНИЯ СТАНЦИОННЫХ РЕЛЬСОВЫХ ЦЕПЕЙ ТОНАЛЬНОЙ ЧАСТОТЫ
Аннотация. В статье рассматриваются возможность применения условного алгоритма диагностирования применительно к конкретной задаче поиска повреждения в станционной тональной рельсовой цепи. Целью работы является обоснование возможности применения алгоритмов диагностирования для 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 условный алгоритм диагностирования тональной рельсовой цепи. Выделены преимущества условного алгоритма диагностирования по отношению к безусловному алгоритму. Результаты, полученные 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 CONDITIONAL ALGORITHM FOR DIAGNOSTICS OF TONAL RAIL CIRCUITS ON STATION
Abstract. The article deals with the possibility of applying a conditional 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, a conditional algorithm for diagnosing the tonal track circuit was compiled. The advantages of the conditional diagnostic algorithm in relation to the unconditional algorithm are demonstrated. 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
Согласно «Стратегии развития железнодорожного транспорта в Российской Федерации до 2030 года» одними из целевых параметров ее реализации являются внедрение рельсовых цепей тональной частоты (ТРЦ) с цифровой обработкой информации и разработка принципиально новых комплексных систем диагностики и мониторинга объектов инфраструктуры.
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) [1 - 3].
Выделяют три основных вида алгоритмов диагностирования: безусловный с безусловной остановкой, безусловный с условной остановкой и условный с условной остановкой [4]. Построение безусловного алгоритма диагностирования для схемы ТРЦ (рисунок 1) показано в работе [1]. В данной статье рассмотрим возможность применения более сложного, но и более эффективного условного алгоритма диагностирования с условной остановкой применительно к задаче поиска места повреждения в устройствах СЦБ.
В качестве объекта исследования продолжаем рассматривать станционную тональную рельсовую цепь приемоотправочного пути, упрощенная схема которой представлена на рисунке 1 [5].
Рисунок 1 - Схема тональной рельсовой цепи
В работе [1] за исходные данные о проявлении отказа (диагностические признаки) принята информация о состоянии индикации на путевом генераторе (ГП3) и путевых приемниках (ПП) ТРЦ.
В нормальном режиме работы генератора светодиод У02 излучает в мигающем режиме, обеспечивая индикацию о правильной работе задающего генератора, а светодиод УБ8 излучает в непрерывном режиме, свидетельствуя о наличии питания постоянного тока на выходе усилителя. В случае появления отказа в схеме ГП3 может прекратить излучать один из све-тодиодов или сразу оба.
При свободном и исправном состоянии рельсовой цепи (нормальный режим работы) светодиоды У011 и У012 путевых приемников попеременно мигают с частотой модуляции [6, 7].
Рассмотрим построение условного алгоритма диагностирования на основании информации, получаемой от светодиодов на лицевой панели ГП3, 11111 и 11112, при таких же ограничениях, которые поставлены в статье [1]:
Исследуем следующие диагностические признаки [1]:
к - режим работы светодиода У02 ГП3 ( кх = 1 - мигает, к = 0 - не излучает);
к2 - режим работы светодиода У08 ГП3 (к2 = 1 - излучает, к2 = 0 - не излучает);
къ, к4 - режим работы светодиодов УБ11 и УБ12 ПП1 ( къ = 1 - хотя бы один излучает, къ = 0 - ни один не излучает, к4 = 1 - оба светодиода излучают в мигающем режиме, к4 = 0 - хотя бы один светодиод излучает, но не мигает. Признак к4 рассматривается для случая к3 = 1);
№ 2(34) 2018
ИЗВЕСТИЯ Транссиба
151
къ, к6 - режим работы светодиодов У011 и У012 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. Признак к6 рассматривается для случая к5 = 1).
Суммарное проявление указанных шести диагностических признаков позволяет идентифицировать исследуемую систему (ТРЦ) в пяти состояниях (диагнозах) (см. рисунок 1) [1]: А - групповой отказ, связанный с электропитанием оборудования ТРЦ; А - отказ в схеме ГП3 (в том числе его электропитание); А - отказ оборудования первого релейного конца ТРЦ; А - отказ оборудования второго релейного конца ТРЦ; А - отказ оборудования питающего конца ТРЦ.
Соответствие между значениями диагностических признаков и диагнозами приведено в таблице 1 [1].
Таблица 1 - Связь значений диагностических признаков с диагнозами
Диагноз Значение п жзнаков
К к2 кз К к5 к6
А 0 0 0 ~(0) 0 ~(0)
1 1 0 ~(0) 0 ~(0)
А 0 0 1 0 1 0
0 1 1 0 1 0
1 0 1 0 1 0
А 1 1 ~(0) 1 1
1 1 1 0 1 1
А 1 1 1 1 0 ~(0)
1 1 1 1 1 0
А 1 1 1 0 1 0
На основании данных таблицы 1 в работе [ 1] были рассчитаны диагностические ценности обследования по выбранным признакам. Результаты расчета приведены в таблице 2.
Таблица 2 - Значения информационного веса реализаций, частных и общих диагностических ценностей признаков
Признак \ к2 кз к4 к5 к6
Р(к) 0,7 0,7 0,7 0,2 0,7 0,2
ЗД) 0,408 0,408 0,681 0,722 0,681 0,722
Из данных таблицы 2 видно, что наибольшее количество информации о состоянии ТРЦ может быть получено при оценке признаков к и к , а именно индикации светодиодов на ПП1 и ПП2 соответственно. Так как эти признаки имеют одинаковую диагностическую ценность, то не имеет значения, по какому из них нужно начинать ряд проверок. Выберем признак к4. При единичной реализации данного признака выявляется диагноз А и алгоритм диагностирования прерывается. При нулевой реализации признака к4 в случае последовательного выполнения проверок ценность оставшихся непроверенными признаков, как правило, изменяется [3].
Необходимо определить, какой из диагностических признаков является наиболее информативным с учетом полученной реализации признака к = 0. Поставленная задача может быть решена путем вычисления условного диагностического веса, частной и общей диагнос-
152 ИЗВЕСТИЯ Транссиба № 2(34) ОП1 я
■ I = 20 1 О
тической ценности. Условный диагностический вес признаков может быть определен по выражению [8 - 10].
ZDi (к2Р / kls) = log
P(k2p / Dkls)
(1)
Р(к2р / к13)
где к13 - реализация £ первого (по порядку) признака; к2Р - реализации Р второго (по порядку) признака;
Р(к2р / Ок3) - условная вероятность появления признака к2Р для объектов с диагнозом и реализацией признака к13;
Р(к2р / к15) - условная вероятность появления признака кгр для объектов с реализацией признака к13.
Общая диагностическая ценность обследования по признаку к2Р при условии, что результаты обследования по признаку к известны (признак получил реализацию), с учетом всех возможных реализаций признака к3 может быть найдена по выражению:
Sd (Kp / kls) = £ P(Di / kls )Z
Di (k2 P / k1S ) j
(2)
i=i
где частная условная диагностическая ценность обследования по признаку к для диагноза О определяется выражением:
ZDi(k2p /kis) = £P(k2p /Dkis)log2[P(k2p /Dtkls)/P(k2p /kls)]. p=i
(3)
На основании данных таблицы 1 рассчитаем значения условных вероятностей, информационного веса реализаций, частных и общих диагностических ценностей признаков для случая, когда по результатам обследования на первом этапе признак кА = 0. Результаты расчета сведены в таблицу 3.
Анализ полученных результатов показывает, что наибольшее количество информации о состоянии ТРЦ при условии, что признак к4 = 0, может быть получено при оценке признаков к или к, а именно индикации светодиодов ПП2. Для дальнейших расчетов на втором этапе составления алгоритма диагностирования выберем признак к6. При единичной реализации данного признака выявляется диагноз О и алгоритм диагностирования прерывается. При нулевой реализации признака к необходимо заново рассчитать условный диагностический вес признаков, общую диагностическую ценность обследования и частную условную диагностическая ценность обследования при известной реализации двух признаков (к4 = 0, к6 = 0)
по формулам:
Р(к3е / °гк15к2Р )
ZDi (k3Q / kisk2P ) _ log2
P(k3Q / k1Sk2 P )
n
SD (k3Q / k1Sk2P ) = Z P(Di / k1Sk2P )ZDi (k3Q / k1Sk2P X
(4)
i=1
№ 2(34) ЛЛ л о Г11Г1П Till Транссиба 153
=2018 ■
(к3б / к15к2 Р ) - ^ Р(к3б / Вгк18к2Р ) 1°§2 / Вгк18к2Р ) / Р(к3б / к15к2 Р )], (6)
р-1
где к3д - реализация 0 третьего (по порядку) признака;
Р(£зе / Дк15к2Р) - условная вероятность появления признака кзе для объектов с диагнозом Д и реализацией признаков к15 и к2Р ;
Р(к / к к ) - условная вероятность появления признака к для объектов с реализацией признаков к15 и к2Р.
Таблица 3 - Значения информационного веса реализаций, частных и общих диагностических ценностей признаков при условии реализации признака к4 = 0
Признак к1 к2 к3 к5 к6
Р(Д/ к4) - Р(к, / Дк,) 0,5 0,5 0 0 0
Р(к; / Д Д) 0,5 0,5 1 1 1
Д/ к4 ^В1(к, / к4) - 0,322 - 0,322 0 0 0
2/8 = 0,25 ^В1(к, / к4) 0,415 0,415 1,415 2 0,415
5Д1(к> / к4) 0,0465 0,047 1,415 2 0,415
Р(Д2/ к4) - Р(к, / Д2 к) 0,33 0,33 1 1 0
Р(к, / ^2 к) 0,66 0,66 0 0 1
Д/ к ^В2(к, / к4) - 0,921 - 0,921 0,678 0,415 0
3/8 = 0,375 ^В2(к, / к4) 0,816 0,816 0 0 0,415
2(к, / к4) 0,2346 0,235 0,678 0,415 0,415
Р(Д/ к4) - Р(к, / д к) 1 1 0,5 1 1
СП Р(к, / Д3 к) 0 0 0,5 0 0
Я Й К Д/ к гд3(к,/ к4) 0,678 0,678 -0,322 0,415 2
2/8 = 0,25 гд3(к,/ к4) 0 0 0,415 0 0
3(к, / к4) 0,678 0,678 0,047 0,415 2
Р(Д/ к4) - Р(к, / В4 к) 0 0 0 0 0
Р(к, / ^4 к) 0 0 0 0 0
Д4/ к ^В4(к, / к4) 0 0 0 0 0
0/8 = 0 ^В4(к, / к4) 0 0 0 0 0
4(к, / к4) 0 0 0 0 0
Р(Д/ к4) - р(к, / д к) 1 1 1 1 0
Р(к, / в5 к) 0 0 0 0 1
Д/ к ^В5(к, / к4) 0,678 0,678 0,678 0,415 0
1/8 = 0,125 ^В5(к, / к4) 0 0 0 0 0,415
5В5(к, / к4) 0,678 0,678 0,678 0,415 0,415
Р(к}- /к4) 0,625 0,625 0,625 0,75 0,25
БД к / к4) 0,354 0,354 0,704 0,811 0,811
В таблице 4 приведены результаты расчета общих диагностических ценностей обследования по признакам без указания результатов промежуточных вычислений.
Таблица 4 - Значения общих диагностических ценностей признаков при условии реализации признаков К = 0 и
К = 0
Признак К К2 К3 К5
^ К / К4 К6) 0,208 0,208 0,918 0,918
По результатам расчета видно, что на третьем этапе составления алгоритма диагностирования при известной реализации двух признаков (К = 0, К = 0) необходимо проводить обследование по признаку К или К • Выберем признак К • При нулевой реализации данного признака выявляется диагноз 01 и алгоритм диагностирования прерывается.
При единичной реализации признака К необходимо снова рассчитать условный диагностический вес признаков, общую диагностическая ценность обследования и частную условную диагностическую ценность обследования при известной реализации уже трех признаков (К = 0, К = 0, К = 1) по формулам, аналогичным формулам (4) - (6). Результаты расчета приведены в таблице 5.
Таблица 5 - Значения общих диагностических ценностей признаков при условии реализации признаков К = 0,
К = о и к = 1
Признак К К2 К3
(К / К4К5 К) 0,208 0,208 0
На данном этапе видно, что обследование по признаку К имеет нулевую диагностическую ценность и не принесет никакой дополнительной информации о состоянии диагностируемого объекта. Для обследования на четвертом этапе построения алгоритма диагностирования выберем признак К2. Нулевая реализация данного признака позволяет исключить диагноз ^, и выявить диагноз 02 • При единичной реализации данного признака остается провести проверку по последнему оставшемуся признаку - К •
Полученный в результате расчета условный алгоритм диагностирования ТРЦ приведен на рисунке 2.
Согласно построенному алгоритму диагностирования оптимальный порядок проведения проверок при поиске причины ложной занятости ТРЦ следующий.
Этап 1. Посмотреть на лицевую панель ПП1 и оценить режим работы светодиодов У011 и У012. В случае если оба светодиода работают в мигающем режиме, исключаются все диагнозы кроме отказа оборудования второго релейного конца ТРЦ (04 ). При другой индикации перейти к этапу 2.
Этап 2. Посмотреть на лицевую панель ПП2 и оценить режим работы светодиодов У011 и У012. В случае если оба диода работают в мигающем режиме, исключаются все диагнозы кроме отказа оборудования первого релейного конца ТРЦ ( 03 ). При другой индикации перейти к этапу 3.
Этап 3. В случае если оба светодиода на лицевой панели ПП2 не излучают, то исключаются все диагнозы кроме групповых отказов, связанных с электропитанием оборудования ТРЦ ( ^ ) [11]. При другой индикации перейти к этапу 4.
Этап 4. Посмотреть на лицевую панель ГП3 и оценить режим работы светодиода У08. В случае если светодиод не излучает, исключаются все диагнозы кроме отказа в схеме ГП3 ( ). При другой индикации перейти к этапу 5.
Этап 5. Посмотреть на лицевую панель ГП3 и оценить режим работы светодиода У02. В случае если светодиод не излучает, значит произошел отказ в схеме ГП3 (), иначе - отказ оборудования питающего конца ТРЦ (05 ).
Рисунок 2 - Условный алгоритм диагностирования ТРЦ
Условный алгоритм диагностирования позволяет учитывать информацию, получаемую на предыдущих этапах, что дает возможность проводить обследования по наиболее ценным признакам на данном этапе и исключить ненужные обследования.
Для поставленной задачи диагностирования ТРЦ на основании индикации на путевом генераторе и путевых приемниках отличие условного алгоритма от безусловного не существенно. Вместе с тем при усложнении систем, подлежащих диагностированию, или для систем, рассматриваемых на качественном уровне подробнее, условный алгоритм позволит провести исследование более качественно.
Список литературы
1. 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.
2 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.
3. Филюшкина, Т. Напольному оборудованию - современные технологии [Текст] / Т. Филюшкина // Автоматика, связь и информатика. - М. - 2010. - № 9 (2010). - С. 2 - 6.
4. Сапожников, В. В. Основы технической диагностики: Учебное пособие [Текст] / В. В. Сапожников, В. В. Сапожников / УМЦ ЖДТ. - М., 2004. - 318 с.
5. Аркатов, В. С. Рельсовые цепи магистральных дорог: Справочник [Текст] / В. С. Аркатов / ООО «Миссия-М». - М., 2006. - 496 с.
6. Сороко, В. И. Аппаратура железнодорожной автоматики и телемеханики. Справочник: В 4 кн. [Текст] / В. И. Сороко, Ж. В. Фотькина.- М.: ООО «НПФ «ПЛАНЕТА», 2013. - Кн. 1. -1060 с.
7. Аюпов, Р. Ш. Синтез системы пропуска обратного тягового тока в электротехническом комплексе электроснабжения железных дорог [Текст]: Автореферат дис... канд. тех. наук: 05.09.03 / Аюпов Роман Шамильевич. - Омск, 2009. - 19 с.
8. Биргер, И. А. Техническая диагностика [Текст] / А. И. Биргер. - М.: Машиностроение, 1978. - 240 с.
9. 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.
10. Ларионов, Г. В. Построение алгоритмов диагностирования аппаратуры числовой кодовой автоблокировки на основе информационной ценности признаков [Текст] / Г. В. Ларионов, С. Л. Лисин // Эффективность и безопасность работы электротехнических комплексов и систем автоматики и телемеханики на железнодорожном транспорте: Межвуз. темат. сб. науч. тр. / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск, 2011. - С. 32 -38.
11. 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. Construction of conditional algorithm for diagnostics of tonal rail circuits on station [Postroenie uslovnogo а^опШа diаgnostirovаniya stаntsionnykh rel'sovykh tsepej chаstoty] Izvestiia Transsiba - Journal of Transsib Railway Studies, 2018, vol. 33, no 1, pp. 139 - 145
2. Sokolov M. M. Improvement of technology service of station track circuits railway automation [Sovershenstvovanie tehnologii obsluzhivanija stancionnyh rel'sovyh cepej] Izvestiia Transsiba - Journal of Transsib Railway Studies, 2016, no. 3 (27), pp. 124 - 132.
3. Filyushkina, T. Outdoor equipment - modern technology [Napol'nomu oborudovaniyu - sov-remennye tekhnologii]. Avtomatika, svyaz', informatika - Journal, 2010, no. 9 (2010), pp. 2 - 6.
4. Sapozhnikov V. V. Osnovy tekhnicheskoi diagnostiki (Basics of technical diagnostics). Mos^w: UMTs ZhDT Pub.l, 2004, 318 p.
5. Arkatov V. S. Rel'sovye cepi magistral'nyh dorog [Railways of main roads], Mos^w: ООО «Missiia-M» publ., 2006, 496 p.
6. Soroko V. I., Fot'kina Zh. V. Apparatura zheleznodorozhnoi avtomatiki i telemekhaniki [Railway automation and telemechanics equipment]. Moscow: OOO «NPF «PLANET A» 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. Birger I. A. Tekhnicheskaya diagnostika [Technical diagnostics]. Moscow: «Mashi-nosrornie» publ., 1978, 240 p.
9. 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-
№ 2(34) лл л о Г11Г1П Till Транссиба 157
=2018 ■
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.
10. 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.
11. 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.: +7 (3812) 311872. E-mail: SokolovMM@mail.ru
INFORMATION ABOUT THE AUTHOR
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
БИБЛИОГРАФИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ СТАТЬИ BIBLIOGRAPHIC DESCRIPTION
Соколов, М. М. Построение условного алгоритма диагностирования станционных рельсовых цепей тональной частоты [Текст] / М. М. Соколов // Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск. - 2018. -№ 2 (34). - С. 150 - 158.
Sokolov M. M. Construction of conditional algorithm for diagnostics of tonal rail circuits on station. Journal of Transsib Railway Studies, 2018, vol. 2, no 34, pp. 150 -158 (In Russian).
