Анализ отказов оборудования систем технологической радиосвязи

8. Biberdorf, E. A new principle of dynamic range expansion by analog-to-digital converting / E. Biberdorf, S. Gritsutenko, K. Firsanov - Proceedings of IEEE East-West Design & Test Symposium (EWDTS'09). - Kharkov National University of Radioelectronics . - Moscow. Russia. September 18-1. 2009. P. 193 - 195.

УДК 621.3

А. А. Любченко, С. Г. Разумный, И. А. Никитин

АНАЛИЗ ОТКАЗОВ ОБОРУДОВАНИЯ СИСТЕМ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ РАДИОСВЯЗИ

В статье проанализировано текущее состояние систем технологической радиосвязи, приведены перспективы их развития, обоснована необходимость дальнейшего использования аналоговых каналов радиосвязи. Выполнен анализ статистических данных об отказах оборудования радиосвязи, используемого на ЮжноУральской железной дороге.

Технологическая радиосвязь в ОАО «Российские железные дороги» предназначена для повышения безопасности движения поездов, оперативного управления перевозочным процессом и для передачи данных в информационно-управляющих системах. Она подразделяется на поездную, станционную (маневровую) и ремонтно-оперативную радиосвязь. Непрерывная двусторонняя поездная радиосвязь (ПРС) осуществляется между поездным диспетчером и машинистами локомотивов, находящихся в пределах диспетчерского участка; между машинистом локомотива, расположенного на перегоне, и дежурным по ближайшей станции, а также между машинистами встречных поездов. Станционная радиосвязь применяется при выполнении маневровых работ в пределах территории станции (маневровая связь), роспуске и сортировке вагонов (горочная связь). Системы ремонтно-оперативной радиосвязи предназначены для оперативного управления ремонтно-восстановительными работами на железнодорожных перегонах [1].

В зависимости от территориального размещения абонентов связи относительно подвижного локомотива технологическая радиосвязь подразделяется на два вида: линейная и зонная радиосвязь. В настоящее время на железнодорожном транспорте используются преимущественно линейные сети симплексной поездной радиосвязи гектометрового (2150 и 2130 кГц) диапазона и зоновые (в пределах станций и прилегающих к ним перегонов) сети симплексной поездной и станционной радиосвязи метрового (151,72-156,000 МГц) диапазона. Эти аналоговые радиосети предназначены главным образом для передачи речевых сообщений. Им присущи следующие недостатки: ограниченные функциональные возможности; значительное влияние радиопомех на качество связи; проблемы в обеспечении электромагнитной совместимости радиосредств, особенно в крупных узлах; сложности в эксплуатации, обусловленные невысокой надежностью и разнообразием применяемых устройств [2]. Очевидно, что сложившаяся ситуация ограничивает развитие современных технологий организации эксплуатации железных дорог, систем автоматического управления движением и безопасности, препятствует повышению пропускной способности железных дорог.

В соответствии со стратегическими направлениями научно-технического развития ОАО «РЖД» до 2030 г. одной из целей модернизации сети железных дорог является создание единого информационного пространства, интегрированного с информационными системами других видов транспорта и промышленности иностранных железных дорог. Достижение данной цели возможно на основе систем цифровой радиосвязи. Наиболее известными стандартами цифровой радиосвязи и в большинстве случаев применяемыми в зарубежных странах являются транкинговая радиотелефонная связь TETRA и сотовая беспроводная связь GSM-R.

Опыт ОАО «РЖД» по строительству двух зон цифровой системы радиосвязи стандарта TETRA на участках Свердловской и Октябрьской железных дорог показал, что существующие системы TETRA не отвечают требованиям «РЖД» к цифровым системам радиосвязи. Это связано с отсутствием специализированных железнодорожных приложений и оборудования, что требует значительных доработок аппаратуры и программного обеспечения [3]. Радиосети стандарта GSM-R работают лишь на опытном полигоне участка Нестеров - Калининград - Балтийск Калининградской железной дороги. Во многом это связано с влиянием экономических факторов, ограничивающих возможности реализации дорогостоящих цифровых систем [4]. При этом ведущие специалисты ОАО «НИИАС» отмечают, что с учетом большого парка аналоговых сетей и ограничения объемов инвестиций в нынешних условиях переход на существенно более дорогие цифровые технологии на всем протяжении железных дорог в ближайшее время практически невозможен - он требует значительных временных и финансовых ресурсов [2]. Таким образом, аналоговые каналы (гектометровый диапазон) еще долгое время будут основой при организации поездной радиосвязи, применяемой на 95 % протяженности всех железных дорог Российской Федерации.

В настоящее время системы технологической радиосвязи на сети железных дорог Российской Федерации, как правило, построены с использованием аналогового малоканального оборудования, работающего в гектометровом и метровом диапазонах по принципу «одна частота - один канал». В частности, информационный обмен в сетях поездной радиосвязи осуществляется с помощью стационарных и возимых радиостанций третьего и четвертого поколения. При этом парк стационарных и возимых радиостанций ОАО «РЖД» составляет около 31 и 60 тысяч единиц оборудования, соответственно [5]. Радиостанции стационарные (РС) необходимы для связи диспетчеров с машинистами поездных локомотивов, а также руководителей ремонтных подразделений с диспетчерским аппаратом соответствующих служб и применяются в системах линейной поездной и ремонтно-оперативной симплексной радиосвязи. Радиостанция возимая (РВ) устанавливается на подвижных объектах железнодорожного транспорта и предназначена для связи машинистов с диспетчерским аппаратом соответствующих служб, руководителями ремонтных подразделений и работает в сетях связи с групповым вызовом. Широкое распространение получили радиостанции стационарные -РС-46М, РС-46МЦ, возимые - РВ-1М, реже - РВ-1МЦ.

Стационарная радиостанция РС-46М (Владимирского завода «Электроприбор», разработки «Владимирского КБ радиосвязи») предназначена для работы в системе линейной и зонной поездной радиосвязи, управляется по двух- или четырехпроводной линии связи со стороны вызывного устройства - распорядительной станции СР-234М. Внешний вид радиостанции РС-46М представлен на рисунке 1,а.

Рисунок 1 - Внешний вид радиостанции: а - РС-46М и РС-46МЦ; б - РВ-1М

Современная стационарная радиостанция РС-46МЦ производства Ижевского радиозавода в отличие от ее предшественницы РС-46М может работать как в аналоговых линейных сетях, так и в цифровых, что обеспеченно наличием цифрового интерфейса и соответствующей обработки сигналов. Цифровая внутренняя структура РС-46МЦ имеет ряд преимуществ: гибкие алгоритмы обработки сигналов, возможность сопряжения с цифровым приемопередатчиком и др. Однако приемопередающие устройства РС-46МЦ частично сохранили свою структуру и аналоговую элементную базу.

Возимая дуплексно-симплексная радиостанция РВ-1М (Новосибирского завода «Электросигнал») используется для организации связи машинистов поездных локомотивов между собой, с диспетчерами, дежурными по станциям и другими абонентами, находящимися в поезде и рассредоточенными вдоль пути следования. Устанавливается на подвижных объектах железнодорожного транспорта: магистральных и маневровых локомотивах, мотор-вагонных поездах (электро- и дизель-поезда, рельсовые автобусы), специальном подвижном составе (мотовозы, дрезины, автомотрисы, путевые машины). Локомотивная радиостанция РВ-1М представлена на рисунке 1, б.

Усовершенствованная возимая радиостанция РВ-1МЦ, как и ее предшественница РВ-1М, предназначена для организации поездной, станционной и ремонтно-оперативной радиосвязи на железнодорожном транспорте в метровом, гектометровом и дециметровом диапазонах (ДМВ). В диапазоне ДМВ радиостанция РВ-1МЦ предоставляет возможность подключения приемопередатчика, работающего в цифровом стандарте TETRA.

В соответствии с п. 6.40 Правил технической эксплуатации железных дорог поездная радиосвязь должна обеспечивать надежную двустороннюю связь между абонентами радиосети. Высокая надежность электронных устройств железнодорожного транспорта обеспечивается комплексом взаимосвязанных мероприятий на всех этапах их проектирования, изготовления и эксплуатации. Методы повышения надежности электронной аппаратуры технологической радиосвязи подразделяют на три группы: конструктивные (при проектировании аппаратуры), технологические (при ее производстве) и эксплуатационные [6]. Одним из эксплуатационных методов обеспечения требуемого уровня надежности устройств технологической радиосвязи является проведение технического обслуживания. Более того, своевременное, правильно организованное техническое обслуживание на основе научно обоснованных методов - обязательное условие поддержания работоспособного состояния устройств радиосвязи. Такой способ повышения надежности имеет особое значение для железнодорожной аппаратуры, которая работает на локомотивах без постоянного наблюдения. Радиооборудование поездных локомотивов может быть проверено только во время нахождения локомотивов в депо, причем время осмотра часто ограничено. Все это осложняет обслуживание устройств ПРС и требует серьезного внимания и непрерывного совершенствования методов текущего обслуживания и моделей его организации. Для совершенствования разработанных ранее моделей оптимизации технического обслуживания устройств радиосвязи [7 - 9] необходим анализ отказов радиостанций, находящихся в данный момент в эксплуатации.

Анализ отказов производился по данным, предоставленным контрольно-ремонтным пунктом (КРП) Челябинского регионального центра связи (РЦС-1) Южно-Уральской железной дороги (ЮУЖД) за 2010 и 2011 гг. Диаграмма, показывающая общее количество аппаратуры в РЦС-1 ЮУЖД, представлена на рисунке 2.

На основе анализа полученных данных об использовании средств технической радиосвязи выявлено, что наиболее часто в РЦС-1 ЮУЖД используются носимые радиостанции. Это обусловлено тем, что эти радиостанции выдаются большому количеству работников, которые непосредственно работают на перегоне, на станции, в депо, тогда как стационарные и возимые радиостанции устанавливаются в кабинах локомотивов, кабинетах диспетчеров и дежурных по станциям.

Рисунок 2 - Общее количество радиостанций, обслуживаемых в КРП РЦС-1 ЮУЖД

Диаграмма, демонстрирующая общее количество отказов по видам аппаратуры в РЦС-1 ЮУЖД, представлена на рисунке 3.

Рисунок 3 - Общее количество отказов по видам аппаратуры

Проанализировав диаграмму на рисунке 3, можно сделать вывод о том, что носимые радиостанции имеют самый высокий уровень надежности, так как в основном все они импортного производства. Самое большое количество отказов у возимых радиостанций, это обусловлено тяжелыми условиями их эксплуатации.

Гистограмма по неисправностям аппаратуры, выявленные при проверке в КРП РЦС-1 ЮУЖД за 2010 и 2011 гг., представлена на рисунке 4.

Месяц

Рисунок 4 - Количество выявленных отказов аппаратуры за 2010 и 2011 г.

в КРП РЦС-1 ЮУЖД

14) 3

Данные гистограммы на рисунке 3 свидетельствуют о сезонной тенденции отказов радиостанций. Наибольшее количество отказов происходит весной и осенью.

Разделив все радиостанции на стационарные, возимые и носимые, можно выделить три радиостанции, наиболее используемые в РЦС-1 ЮУЖД по каждому из типов, это РВ-1.1М, РС-46МЦ и носимые радиостанции фирмы MOTOROLA серии GP.

Рассмотрим распределение количества отказов радиостанции РВ-1М по составляющим ее блокам: антенно-согласующее устройство (АнСУ), блок автоматики (БА), блок питания локомотивный (БПЛ), блок питания возимый (БПВ), громкоговоритель (ГГ), приемопередатчик коротких волн (ППК), приемопередатчик ультракоротких волн (ППУ), дополнительный пульт управления (ПУ-Д), основной пульт управления (ПУ-ЛП), микротелефонная трубка (МТ), коробка распределительная (КР), гибкий шнур с изоляцией жил из резины в оплетке (ШРО).

Гистограмма отказов по блокам радиостанции РВ-1.1М представлена на рисунке 5.

t

н

а

03

о

ш «

ё о

ю

н о о

о

Месяц

Рисунок 5 - Гистограмма отказов по блокам радиостанции РВ- 1.1М

Как видно из приведенной на рисунке 5 гистограммы, наиболее часто отказывает МТ, что связано в первую очередь с механическими повреждениями при эксплуатации.

Рассмотрим распределение количества отказов радиостанции РС-46МЦ по составляющим ее блокам: АнСУ, МТТ, устройство радиопроводного оборудования (РПО), устройство ввода и защиты (УВЗ), ячейка электропитания (ЭП), пульт управления стационарный (ПУС), приемопередатчик (УПП1 и УПП2), цифроаналоговое устройство (ЦАУ), адаптер четырех-проводного канала (АПК-4), шнур МТТ.

Гистограмма отказов по блокам радиостанции РС-46МЦ представлена на рисунке 6.

Месяц

Рисунок 6 - Гистограмма отказов по блокам радиостанции РС-46МЦ

Как видно из приведенной на рисунке 6 гистограммы наиболее, часто отказывают шнуры МТТ, МТТ и ПУС. Наиболее часто эти поломки происходят из-за механических повреждений в ходе работы с радиостанцией.

Носимые радиостанции фирмы MOTOROLA серии GP намного чаще используются в работе, чем отечественные аналоги, это легко объясняется их более высокой надежностью и, как результат, меньшим количеством отказов. Анализ отказов радиостанций данного типа за 2011 г. в РЦС-1 ЮУЖД показал, что наиболее уязвимыми элементами аппаратуры являются антенна и манипулятор. Гистограмма неисправностей для данного типа радиостанций представлена на рисунке 7.

t

н

а

CQ О

и ё о

PQ Н О

о

о

Месяц

Рисунок 7 - Гистограмма отказов по блокам носимых радиостанций фирмы MOTOROLA

Исходя из данных гистограммы можно сделать вывод о том, что механические повреждения также преобладают для радиостанций указанной марки, наиболее часто выходят из строя антенна и манипулятор.

Таким образом, наибольшее количество отказов всех типов радиостанций обусловлено механическими повреждениями при эксплуатации, в большинстве случаев такие повреждения возникают в результате небрежного обращения персонала с аппаратурой. Нельзя не отметить сезонность отказов, различные погодные условия также негативно влияют на работоспособность радиостанций. Выявленные особенности характера отказов радиостанций должны быть учтены при организации их технического обслуживания (ТО). Поэтому существующие модели оценки периодичности ТО требуют учета человеческого фактора и сезонности отказов средств технологической радиосвязи.

Список литературы

1. Горелов, Г. В. Радиосвязь с подвижными объектами железнодорожного транспорта [Текст] / Г. В. Горелов, Ю. И. Таныгин. - М.: Маршрут, 2006. - 263 с.

2. Воронин, В. Особенности развития технологической радиосвязи ОАО «РЖД» на современном этапе [Текст] / В. Воронин, А. Вериго // Connect! Мир связи. - М.: Connect!, 2009. - № 3.

3. Слюнтяев, А.Н. Технологическая радиосвязь: текущее состояние и перспективы развития [Текст] / А. Н. Слюнтяев // Connect! Мир связи. - М.: Connect!, 2007. - № 3.

4. Климова, Т. В. Особенности построения системы GSM-R ОАО «РЖД» [Текст] / Т. В. Климова // Автоматика, связь, информатика. - М., 2008. - № 12. - С. 25, 26.

5. Воронин, В. Проблемы модернизации технологической радиосвязи [Текст] / В. Воронин // Connect! Мир связи. - М.: Connect!, 2002. - № 7.

6. Радиотехнические системы железнодорожного транспорта: Учебник [Текст] / Ю. В. Ваванов, А. В. Елизаренко и др. - М.: Транспорт, 1991. - 303 с.

7. Любченко, А. А. Алгоритмы автоматизации проектирования регламента планового обслуживания изделий промышленной радиосвязи [Текст] / А. А. Любченко // Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск, 2012. - № 1 (9). - С. 84 - 92.

8. Любченко, А. А. Анализ процессов технического обслуживания элементов сложных технических систем [Текст] / А. А. Любченко // Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск, 2011. - № 1 (5). - С. 88 - 94.

9. Лутченко, С. С. Моделирование процессов технического обслуживания радиостанций в среде ANYLOGIC [Текст] / С. С. Лутченко, Е. Ю. Копытов // Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск, 2010. - № 2 (2). - С. 86 - 92.

УДК 621.396.963

В. С. Марюхненко, Ю. Ф. Мухопад

ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ ТРАНСПОРТНОЙ ЛОГИСТИКИ ОБРАБОТКОЙ НАВИГАЦИОННЫХ ИЗМЕРЕНИЙ ПОДВИЖНЫХ ОБЪЕКТОВ

В контексте решения задачи формирования и соблюдения транспортных коридоров для подвижного состава и совершенствования технологии перевозок различными видами транспорта рассмотрена минимизация геометрического фактора в позиционной навигации, исследованы особенности определения погрешностей координат подвижных объектов вдоль физически фиксированных траекторий, доказано утверждение об апостериорном восстановлении траектории подвижной точки при измерениях одной координаты.

Транспортная логистика как практика планирования, управления и контроля движением материальных, информационных и финансовых ресурсов предполагает поиск максимума эффективности перевозок. В конкретных условиях применения транспортного средства это является определяющим для структурного синтеза комплексной навигационной системы [1, 2]. Поэтому целесообразен поиск различных алгоритмов повышения точности навигационных определений. Для этого предлагается исследовать особенности линий положения позиционной навигации, навигацию подвижных управляемых объектов с «жесткими» траекториями и особенности навигации с одномерными измерениями.

Целью настоящей статьи является разработка алгоритмов третичной обработки навигационных измерений для решения задач минимизации погрешностей определения координат подвижного объекта.

Свойства и оптимизация сочетаний линий положения второго порядка в позиционной навигации. Позиционная навигация основана на определении координат объекта путем поиска точки пересечения линий (поверхностей) положения (ЛП). Погрешность определения координат при позиционировании объекта на плоскости зависит от коэффициента геометрии [3, 4]:

^ = 1/^т 0),

где 0<л/2 - угол взаимного пересечения ЛП.

Целесообразно рассмотреть сочетания ЛП, минимизирующие коэффициент геометрии (1).

Определение 1. Линия положения на земной поверхности - это геометрическое место точек, в которых навигационный параметр P, измеренный по наблюдениям для определения положения наблюдателя, имеет то же значение, что и в точке наблюдений.

В такой формулировке ЛП - результат графических построений, отличающихся относительной простотой, так как следуют непосредственно из навигационных измерений (рисунок 1). Пересечение двух ЛП, проложенных на карте, позволяет определить местоположение наблюдателя [2, 3, 5].