Автоматизированный поиск отказов в системах автоматики с использованием имитационных моделей

Общетехнические и социальные проблемы

166

5. Fuzzy Sets and Systems: Theory and Applications / D. Dubois, H. Prade. - New York : Academic Press, 1980.

УДК 625.25

А. В. Петров

АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ ПОИСК ОТКАЗОВ В СИСТЕМАХ АВТОМАТИКИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ИМИТАЦИОННЫХ МОДЕЛЕЙ

Использование информации, поставляемой системами удаленного мониторинга и контроля, такими как АПК-ДК, дает возможность автоматизированного поиска отказов в системах железнодорожной автоматики. Для этого сигналы на выходе системы мониторинга сравниваются с сигналами на выходе имитационной модели. Сравнение этих показаний позволяет выявлять отказы и находить причины их появления. имитационное моделирование, электрическая централизация, логико-временная модель, система мониторинга.

Введение

В основу метода, описываемого в данной статье, положен принцип сравнения с эталоном. Задача метода - обнаружить отказ в системе железнодорожной автоматики и максимально точно выявить его причину. В качестве источника данных о состоянии системы используются сигналы, снимаемые датчиками АПК-ДК (или любой другой системы мониторинга). В качестве эталона используется имитационная модель системы автоматики, сформированная в среде моделирования релейно-контактных схем.

1 Методы поиска отказов в системах железнодорожной автоматики

Одним из распространенных методов поиска отказов является составление информационных диаграмм. Из-за многообразия систем железнодорожной автоматики необходимо использовать различные методы и алгоритмы поиска неисправностей. При этом в качестве проверок следует применить результаты электрических измерений параметров элементов систем, замену элементов и функциональных блоков, манипуляции на пультах управления, воздействие на элементы систем и объекты управления и другие действия обслуживающего персонала. Эти проверки характеризуются большим различием в количестве информации, получаемой после их реализации, их стоимости, поэтому указанные факторы следует учитывать в первую очередь при

ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС

2008/2

Обцетехнические и социальные проблемы

построении алгоритмов диагностирования. Как правило, поиск неисправности начинают с проверки наиболее вероятных повреждений.

Проверки на диаграммах изображаются обычно в виде прямоугольников, в верхнем левом углу указывается номер проверки, в правой части верхней половины прямоугольника - наименование проверки, в нижней половине прямоугольника - результаты проверки (см. рис. 1).

Составление информационных диаграмм требует высокой квалификации и знания особенностей системы. Без эксперта составить эффективный алгоритм поиска невозможно. Такой подход не учитывает особенностей конкретной системы, внесенных в нее модификаций и достаточно приближенно указывает место возникновения отказа в масштабных системах.

Чтобы избежать всех описанных выше недостатков, предлагается использовать универсальный подход поиска отказов в масштабных системах железнодорожной автоматики, например в системах электрической централизации (ЭЦ). Для этого предлагается использовать логико-временную модель [1], имитирующую работу системы автоматики.

ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС

2008/2

Общетехнические и социальные проблемы

168

Рис. 1. Информационная диаграмма поиска отказов в двухпроводной схеме управления стрелкой

2 Подсистема поиска отказов

Модель работает в режиме реального времени, т. е. 1 секунда внутримодельного времени проходит за 1 секунду реального. С помощью локальной вычислительной сети в модель поступают данные о состоянии реальной системы. Специальный модуль сравнения производит верификацию сигналов, поступающих из системы мониторинга и имитационной модели. В случае расхождения он посылает сигнал модулю поиска отказов, а тот в свою очередь находит причину отказа в системе и сообщает ее оператору (см. рис. 2).

На рис. 2 приведен пример для подсистемы поиска отказов для системы электрической централизации. Особенностью систем ЭЦ является то, что управляющие воздействия поступают не только от оператора с пульта управления, но на внутреннее состояние системы влияет также поездное положение.

ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС

2008/2

Общетехнические и социальные проблемы

Определить сам факт отказа - задача достаточно тривиальная, так как расхождение сигналов от реальной системы и ее эталонной модели фактически и говорит об отказе. Важно только правильно интерпретировать показания датчиков системы мониторинга и отличать отказы от входных воздействий, например, ложную занятость секции (отказ) - от занятия ее поездом (входное воздействие).

Рис. 2. Структурная схема подсистемы поиска отказов 3 Поиск причины отказа

Задачей, которая действительно представляет интерес, является поиск причины отказа, т. е. конкретного неисправного элемента. Решение этой задачи позволяет значительно сократить время восстановления нормальной работы системы ЭЦ и тем самым - время простоя поездов, который всегда означает материальные потери [2].

Часть отказов система мониторинга в состоянии определить самостоятельно, руководствуясь простейшей логикой. Например, если стрелка не получает контроль в течение времени, достаточного для ее надежного перевода, система констатирует потерю контроля стрелкой. Однако круг таких отказов незначителен, и уже сейчас создатели системы АПК-ДК ощущают необходимость в более сложной интеллектуальной

ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС

2008/2

Общетехнические и социальные проблемы

170

обработке. Это говорит о том, что задача, поставленная в статье, действительно актуальна.

Интеллектуальная обработка показаний датчиков системы мониторинга в отрыве от внутреннего состояния системы невозможна. Однако также невозможно установить датчики на каждое реле и другие элементы системы. Компромиссом здесь является использование имитационной модели системы, которая по входным воздействиям будет определять внутреннее состояние системы.

Зная внутреннее состояние системы автоматики и всю историю событий, которые перевели ее в это состояние, можно достаточно эффективно производить поиск неисправных элементов вплоть до эквивалентной неисправности.

4 Алгоритм поиска отказов

Рассмотрим подробнее алгоритм поиска, который применим для данных условий и был реализован автором в модуле поиска неисправностей.

Поиск причины неисправности начинается с момента ее обнаружения. Факт отказа фиксируется по расхождению сигналов в модуле сравнения (см. рис. 2).

Процессы, происходящие внутри релейно-контактной системы, для удобства анализа можно представить в виде временной шкалы (см. рис. 3).

Рис. 3. Процессы в релейно-контактной схеме в виде временной шкалы

Над шкалой изображены события, о которых нам объективно известно (нажатие кнопки, зажигание лампочек на пульте дежурного), так как на соответствующих приборах стоят датчики системы мониторинга. Под шкалой отображены события, которые происходят в схеме, но информация о них не снимается датчиками (включение и выключение реле).

ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС

2008/2

Общетехнические и социальные проблемы

Предположим, что в схеме произошел отказ и временная шкала стала выглядеть следующим образом (рис. 4), т. е. 3-я лампочка не включилась в соответствующий момент времени.

Рис. 4. Временная шкала в случае отказа

Зафиксировав отказ по несоответствию предполагаемого поведения (см. рис. 3) и реального, мы можем ограничить множество элементов, которые могли быть его причиной, до шести (рис. 5).

Рис. 5. Множество элементов, которые могут быть причиной отказа

Задачу поиска можно сформулировать как задачу сужения полученного интервала на временной шкале до одного элемента. Этого можно добиться, применяя последовательно ряд правил.

Для начала необходимо косвенно определить состояние элементов, отстоящих как можно дальше от последнего объективного события. Это возможно за счет рассмотрения цепей включения зажженных ламп. Если, например, в цепи включения одной из зажженных ламп участвуют фронтовые контакты реле Б, то можно сделать вывод о том, что оно

ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС

2008/2

Общетехнические и социальные проблемы

172

включилось, как и должно было, и таким образом сузить рассматриваемый интервал (рис. 6).

Следует отметить, что рассматривать таким образом можно только те реле, которые на заданном интервале должны были изменить свое состояние только один раз. Например, реле А на заданном интервале сначала включается, а затем выключается, что не дает возможности определить, находится ли оно в выключенном состоянии потому, что еще не включилось, или потому, что уже выключилось.

Основываясь на предположении, что если для выключения реле выполнены все условия, оно должно выключиться, а также, отбрасывая вероятность отказа «константа единицы» у реле 1-го класса надежности, можно сократить полученный интервал до двух элементов (рис. 7).

Рис. 6. Сужение интервала поиска Рис. 7. Дальнейшее сужение интервала

К оставшемуся интервалу применяются те же правила, что и к первоначальному.

5 Получение дополнительной информации

Если ни одно из правил не позволяет сузить интервал, для продолжения поиска требуется получение дополнительной информации. Эту информацию можно получить с помощью запроса электромеханику. В нем должен быть задан вопрос о текущем состоянии реле.

Предположим, что в рассматриваемом нами случае модулю поиска неисправностей не удается по косвенным данным определить состояние реле В и Г. В таком случае механику задается вопрос: “В каком состоянии находится реле В?” Ответ на этот вопрос дает модулю поиска неисправности достаточно информации для успешного завершения своей работы. Если реле В окажется включено, то отказ вызван не включением реле Г, если реле В выключено, то отказ - в его цепи включения (рис. 8).

ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС

2008/2

Общетехнические и социальные проблемы

Таким образом, используя в качестве источника дополнительной информации знания электромеханика о состоянии системы, удается сузить круг поиска до одного элемента.

Заключение

В настоящее время потребность в интеллектуальной обработке данных систем дистанционного мониторинга значительно возросла. Стала очевидной неполноценность этих систем без логической обработки регистрируемой информации и выдачи рекомендаций обслуживающему персоналу.

Алгоритм поиска отказов в системах железнодорожной автоматики позволяет не только ответить на вопросы, произошел ли отказ и в какой части системы он возник, но и дает возможность найти конкретную причину отказа.

В качестве источников дополнительной информации для проведения анализа используется имитационная модель системы автоматики,

ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС

2008/2

Общетехнические и социальные проблемы

174

работающая в режиме реального времени, а также знания электромеханика о состоянии элементов системы. Совокупности этих данных достаточно для сужения круга поиска вплоть до единственного элемента.

Своевременное обнаружение и быстрое устранение отказов позволяет избежать экономических потерь, связанных с простоем поездов.

Библиографический список

1. Основы технической диагностики. В 2-х кн. Кн. 1. Модели объектов, методы и алгоритмы диагноза / ред. П. П. Пархоменко. - М. : Энергия, 1976. - 464 с.

2. Предупреждение и устранение неисправностей в устройствах СЦБ / Б. Д. Перникис, Р. Ш. Ягудин - М. : Транспорт, 1984. - 224 с. - ISBN 5-277-02189-2.

УДК 629.422

А. А. Тимофеев

ДОСТОИНСТВА И НЕДОСТАТКИ ПАРОВОЗОВ С СОВРЕМЕННОЙ ТОЧКИ ЗРЕНИЯ

Детально показаны основные достоинств и недостатки паровозов с точки зрения альтернативного локомотива и указаны причины его низкого к.п.д. на основе проведенного анализа основных потерь теплоты.

паровоз, потери теплоты, альтернативные двигатели, к.п.д.

Введение

На сети железных дорог РФ основными видами локомотивов в настоящее время являются электровозы и тепловозы. Паровозы используются лишь в ретропоездах и на хозяйственных работах, в основном как отопительные котельные установки (мобильные котлы).

У каждого локомотива есть свои достоинства и недостатки и каждый удобен и выгоден только в определенном конкретном месте работы. Универсальный локомотив вряд ли можно сконструировать, так как существуют слишком разные требования, предъявляемые к той или иной тяговой единице. Поэтому нельзя, создавая определенный новый вид локомотива, абсолютно отказываться от остальных, вытесняя их со всех возможных участков работы, как это было сделано с паровозом в 60-х годах прошлого века, поскольку при изменении экономической или иной

ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС

2008/2