В статье рассмотрены вопросы, связанные с использованием преобразовательных схем, формирующих трехфазное переменное напряжение, для реализации сопряжения управляющего вычислительного комплекса системы микропроцессорной централизации стрелок и сигналов с электрическими приводами станционных стрелок, оснащенными трехфазными асинхронными двигателями переменного тока. В начале статьи рассмотрены современные тенденции развития энергетической электроники в части создания преобразователей электрической энергии и частотно-регулируемого электрического привода. Обозначена проблематика, связанная с использованием частотно-регулируемого привода для управления удаленными электрическими машинами. В ходе изложения материала сформулированы специфические требования к устройствам управления стрелочными приводами на железнодорожном транспорте и обоснована целесообразность отказа от использования широтно-импульсной модуляции и применения в качестве устройств сопряжения инверторов, предусматривающих низкочастотную работу коммутационных элементов. Рассмотрена схема мостового инвертора, выполненная на основе силовых биполярных транзисторов с изолированным затвором и реализующая формирование ступенчато-прямоугольных напряжений на обмотках двигателя. Кроме того, сформулированы требования к реализации электропитания инверторов в составе устройств сопряжения, в частности определены величины постоянных напряжений на входе инвертора, обеспечивающие величину крутящего момента двигателя, аналогичную той, которая имеет место в существующих системах электрической централизации. Рассмотрены вопросы практической реализации трехфазных мостовых инверторов с низкочастотной коммутацией на основе современной элементной базы, предложено решение, обеспечивающее оптимизацию временных параметров полупроводниковых ключей. Уделено внимание проблематике согласования инвертора как устройства сопряжения с многоканальными вычислительными структурами безопасных систем железнодорожной автоматики. Предложен способ безопасного формирования управляющих сигналов для силовых ключей инвертора, состоящий в использовании генератора управляющих сигналов, питание которого формируется схемой безопасного логического элемента
Автоматика на транспорте
2020. — Выпуск 2
Содержание:
В статье рассматривается возможность применения радиоканала для управления напольными объектами микропроцессорной централизации на железнодорожной станции с учетом обеспечения требуемых показателей надежности и безопасности ответственного технологического процесса движения поездов. На примере типовой участковой станции, с установленной микропроцессорной централизацией с децентрализованным размещением устройств сопряжения с объектами управления и контроля рассматривается организация сети радиосвязи, в которой на прикладном уровне применяется открытый протокол информационного обмена openSAFETY. В статье исследована зависимость вероятности ошибки от коэффициента расширения полосы частот канала в n раз. По результатам исследования предложено расширение полосы пропускания радиоканала с целью повышения помехоустойчивости радиосвязи в условиях сложной помеховой обстановки на станции. Кроме того, в работе приводятся расчетные соотношения для оценки требуемой скорости передачи информации по радиоканалу исходя из ее объема. Полученные зависимости можно использовать в качестве одного из критериев выбора радиопередающего оборудования. Представлен краткий обзор существующей в настоящее время каналообразующей аппаратуры, которая может работать в разрешенном для ОАО «РЖД» диапазоне частот
Ключевые слова
В среде MATLAB+Simulink на имитационном виртуальном стенде было проведено моделирование канала автоматической локомотивной сигнализации непрерывного типа при действии стационарных гармонических и случайных импульсных помех. Параметром, по которому оценивалось влияние отношения сигнал/помеха на формо-временные характеристики сигнала числового кода, выступала длительность первого интервала между импульсами в кодовой группе кодов «Ж» и «З». Нормативное значение этого интервала принято в пределах от 120 до 180 миллисекунд. По результатам моделирования были определены значения порогового отношения сигнал/помеха для заданных несущих частот при действии стационарной или случайной помехи. По полученным результатам построены графики зависимости длительности первого интервала между импульсами от порогового отношения сигнал/помеха для сигнала числового кода. Для верификации полученных результатов на основе экспериментальных данных проведен расчет наиболее вероятных интервалов пороговых значений отношения сигнал/помеха. Данные получены в процессе эксплуатации систем автоматической локомотивной сигнализации на горно-перевальных участках Восточно-Сибирской железной дороги, оборудованных электротягой переменного тока. Расчет выборочных характеристик генеральной совокупности наблюдений проводился для несущих частот 25 и 75 Гц при действии стационарных гармонических и случайных импульсных помех. Рассчитанные значения пороговых отношений сигнал/помеха, полученные по результатам моделирования, во всех случаях попали в наиболее вероятные интервалы пороговых значений, полученные по результатам экспериментальных измерений. Рассчитанные значения порогового значения отношения сигнал/помеха при действии случайной импульсной помехи оказались ниже, чем при действии стационарной гармонической помехи, что соответствует классическим представлениям о помехоустойчивости радиотехнических систем
Ключевые слова
В работе изложена информационно-технологическая концепция киберфизических систем, реализуемых на базе промышленного интернета вещей. Показано, что применительно к железнодорожным станциям такие системы способны обеспечить реализацию технологий управляемой самоорганизации функционирования технологических процессов и могут рассматриваться как варианты интеллектуальных самоуправляемых станционных систем. Выделены проблемы организации функционирования киберфизических систем по отношению к условиям станционной работы, а именно: неопределенность поведения подсистем работы станции, хаотичность избыточности их взаимосвязей, разнообразие функций управления и территориальная распределенность объектов. В этих условиях существенно ужесточаются требования к четкости выражения и упорядоченности физических и вычислительных процессов, формальному определению целей, пространственно-временных, технических, технологических и финансовых ограничений. Сделан вывод об актуализация проблем рациональной организации технологических процессов работы станций в случае перехода к промышленному интернету вещей. Особое внимание обращается на вопросы управления потерями при осуществлении технологических операций. Изложен подход к моделированию технологического процесса работы станции в рамках концепции киберфизических систем. В основе подхода лежит динамический альтернативный системный граф с управляемой структурой. Предложена структура технологических операций и механизм управления потерями в рамках подхода. Рассмотрены базовые динамические модели программного управления эксплуатационной работой станции, направленные на регулирование интенсивности станционной работы и продолжительности технологических операций. Отмечена важность сохранения накопленного в процессе управления станционными системами оценочного инструментария для организации экспертного сопровождения новых решений
Ключевые слова
В статье рассмотрена общая задача оптимального распределения ресурсов подразделений, занимающихся эксплуатацией систем железнодорожной автоматики и телемеханики, для минимизации ущерба, вызванного их ненадежной работой. Предложена математическая модель для ее решения, являющаяся аналогом табличной (матричной) модели, используемой для решения классической транспортной задачи. В качестве метода решения описан адаптированный к рассматриваемой задаче оптимизации метод потенциалов, который детально проиллюстрирован на конкретном примере, приведен подробный пошаговый алгоритм поиска наилучшего решения. В статье также приведены формулировки различных разновидностей задач оптимального распределения ресурсов с возможностью применения «транспортного» подхода, которые возникают в процессе организации работ по технической эксплуатации систем железнодорожной автоматики. Они представляют самостоятельный интерес с точки зрения практических приложений. Кроме того, рассмотрен перечень других методов решения классической транспортной задачи, применимых для задач небольшой размерности. Поскольку транспортные задачи на практике имеют как раз большие размерности и являются ресурсоемкими, в статье содержится краткий анализ последних публикаций, описывающих возможные подходы к решению. Среди них упомянуты метод снижения размерности и метод последовательной сепарации, которые, по мнению авторов, позволяют сократить сложность вычислений в терминах памяти и времени. Особое внимание уделено перспективности использования эволюционных вычислений, в частности генетических алгоритмов, которые являются итерационными и выдают приближенное решение, стремящееся к оптимальному с ростом числа итераций, что позволяет прерывать расчет при достижении требуемого порядка точности. Также рассматривается возможность применения к генетическим алгоритмам технологии параллельного программирования для прикладных задач оптимального распределения ресурсов по критерию минимизации потерь поездочасов или финансовых потерь, вызванных ненадежной работой при эксплуатации объектов транспортной инфраструктуры
Ключевые слова
На основе дискретной аппроксимации непрерывного сигнала приведена формализованная схема имитационной модели рельсовой линии как основного компонента базы знаний гибридной экспертной системы анализа работы тональной рельсовой цепи. Дана дискретная модель непрерывного входного сигнала и аналитические выражения его преобразования выделенными элементами рельсовой линии в виде массивов точечных значений аппроксимированного сигнала. Предложено деление рельсовой линии на отрезки, представленные в имитационной модели схемами замещения. Это обеспечило адекватность моделирования шунтового и контрольного режимов работы рельсовой цепи. В формализованной схеме на аналитическом и алгоритмическом уровне учтено влияние смежных и соседних рельсовых цепей бесстыкового пути. Математическая схема позволила использовать метод процессного моделирования для синтеза имитационной модели обработки непрерывного сигнала в рельсовой линии. Чтобы обеспечить адекватность процессной имитационной модели, в формализованную схему рельсовой линии введены аналитические выражения для учета мешающих факторов. На базе приведенных в работе аналитических выражений предложено множество операторов и логических условий алфавита логических схем алгоритмов. С использованием предлагаемого алфавита разработано формализованное описание функционирования рельсовой линии в различных режимах работы (нормальном, шунтовом, контрольном, автоматической локомотивной сигнализации и короткого замыкания) на языке логических схем алгоритмов. Он обеспечивает сравнительную простоту процедур перехода к программной реализации процессной имитационной модели рельсовой линии бесстыковых тональных рельсовых цепей
Ключевые слова
Способы создания программных версий управляющих автоматов существенно зависят от правильности выбора структурных моделей сложных и высокосложных автоматов технических систем реального времени. Предложено использовать новую оригинальную структурную модель автомата, в которой используется логический блок в виде двухвходовых элементов «И» с адресацией через подмножество {α} логических условий α … α от дешифратора состояний нового управляющего автомата, независимое от подмножества { A } операторов действия A…A. Программная версия представлена в виде последовательности операторов действия и логических условий в форме граф-схемы алгоритма. Реализация граф-схемы алгоритма программной модели на микроконтроллере проста и одинакова для любой степени сложности заданного автомата. Метод создания программной версии был назван структурно-автоматным программированием; он является самым эффективным из известных методов. Программная модель составляется один раз для выбранного типа микроконтроллера, при смене исходного задания потребуется лишь изменить содержание оперативного запоминающего устройства (ОЗУ), хранящего коды переходов, таблицы выбора логических условий и операторов действия