Введение к работе
/
Актуальность проблемы. Создание и внедрение информационно-управляющих систем на железнодорожном транспорте требует существенного усложнения устройств автоматики и телемеханики, расширения их функциональных возможностей с одновременным обеспечением высокой надежности и простоты обслуживания. Решение этой задачи обеспечивается за счет применения микроэлектронной и микропроцессорной элементной базы в сочетании с рациональными методами введения избыточности.
Для ответственных систем железнодорожной автоматики и телемеханики (СЖАТ) основным свойством надежности является безопасность, требуемый уровень которой достигается благодаря резервированию программных и аппаратных средств. При этом основные усилия разработчиков направлены на разработку контролепригодных резервируемых модулей и решающих устройств, что требует значительных временных и материальных затрат. Для СЖАТ, не связанных с обеспечением безопасности движения поездов, требования надежности определяются в основном возможными экономическими потерями, обусловленными искажениями в алгоритмах работы и длительностью восстановления.
Наиболее эффективно задачи обеспечения высокой надежности решаются за счет применения самопроверяемых устройств, позволяющих непрерывно контролировать исправность аппаратуры в процессе функционирования. В отечественной и зарубежной литературе широко представлены принципы построения схем, обладающих свойством самопроверки. Их практическому использованию препятствует сложность методов синтеза, требующих высокой квалификации разработчика, и почти полное отсутствие конкретных типовых реализаций.
Указанные обстоятельства определяют актуальность развития само-
"рОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ I
С.Петербург г-А л <
ОЭ Ї0$ *ж
-от*
проверяемой схемотехники, то есть разработки конкретных типовых самопроверяемых цифровых устройств и простых методов синтеза систем с их использованием.
Цель работы состоит в исследовании нового способа контроля исправности дискретных устройств, основанного на использовании свойств самодвойственного класса булевых функций и импульсного режима работы, разработке на его основе методов синтеза и построении функционально полной системы самопроверяемых устройств. Диссертационная работа является продолжением исследований, проводимых на кафедре «Автоматика и телемеханика на железных дорогах» ПГУПС, по созданию теории построения высоконадежных СЖАТ на современной элементной базе.
В диссертационной работе поставлены следующие задачи:
доказательство эффективности решения проблем, возникающих в процессе построения контролепригодных дискретных устройств, при использовании самодвойственного класса булевых функций и импульсного режима работы;
разработка методов синтеза устройств с памятью, функционирующих в самодвойственной логике, и получение на их основе системы триггерных устройств;
разработка методов построения и реализация функционально полного набора элементов, являющихся последним звеном в самопроверяемых самодвойственных структурах;
разработка практических рекомендаций по использованию новых устройств в целях повышения надежности вновь разрабатываемых и уже существующих СЖАТ.
Методы исследования. Для решения поставленных в диссертационной работе задач использовались методы теорий вероятности, надежности, безопасности, теории конечных автоматов, помехоустойчивого кодирова-
ния и логического моделирования.
Достоверность научных положений обоснована:
результатами табличного и логического машинного моделирования работы дискретных схем, синтезированных предложенными методами;
экспериментальной проверкой работоспособности полученных в диссертационной работе устройств сопряжения с исполнительными объектами в лабораторном макете микропроцессорной централизации стрелок и сигналов;
эксплуатационными испытаниями разработанных в диссертации средств повышения надежности системы диспетчерского контроля с временным разделением каналов и системы автоматической идентификации подвижных единиц.
Научная новизна работы заключается в следующем:
на основании расчетных данных показано, что самодвойственные комбинационные структуры обладают наиболее предпочтительными характеристиками контролепригодности и сложности по сравнению с используемыми в настоящее время при построении СЖАТ;
предложены два метода синтеза самодвойственных многотакт-ных схем, по которым впервые получена полная система самопроверяемых самодвойственных триггерных устройств, обладающих лучшими характеристиками сложности и контролепригодности по сравнению с известными;
сформулированы свойства и предложены три способа построения «последних» элементов самопроверяемых самодвойственных структур, в соответствии с которыми реализован функционально полный набор устройств, необходимых для построения безопасных СЖАТ;
предложены структуры, позволяющие обеспечить требуемый для ответственных СЖАТ уровень надежности и безопасности функционирования самодвойственных устройств;
разработаны и внедрены рекомендации по использованию самодвойственных устройств в задачах контроля информации и правильности функционирования программного обеспечения;
предложена структура комплексной информационной системы «Информ ДП» для метрополитена.
Практическая ценность. Применение разработанных в диссертационной работе методов синтеза дискретных устройств позволяет формализовать процесс разработки СЖАТ, повысить надежность, контролепригодность и сократить структурную избыточность систем, шире использовать микроэлектронные и микропроцессорные элементы. Разработанный функционально полный набор самопроверяемых элементов и принципы реализации систем с их использованием позволяют строить высоконадежные СЖАТ любого назначения, в том числе, обеспечивающие безопасность перевозочного процесса.
Реализация результатов работы. Разработанные в диссертации устройства сопряжения с объектами использованы при построении лабораторного макета микропроцессорной централизации стрелок и сигналов, используемого в учебном процессе кафедр «Автоматика и телемеханика» Омского государственного университета путей сообщения и Иркутского государственного университета путей сообщения и кафедры «Автоматика и телемеханика на железных дорогах» Петербургского государственного университета путей сообщения.
Предложенными в диссертационной работе устройствами самоконтроля решена проблема обнаружения отказов аппаратурных средств и ошибок обрабатываемой информации системы диспетчерского контроля с временным разделением каналов, эксплуатируемой на участке Аппаратная - Шарташ Свердловской железной дороги.
. Полученные в диссертации самопроверяемые устройства использу-
ются для контроля правильности функционирования программного обеспечения аппаратуры считывания системы автоматической идентификации подвижных единиц для метрополитена.
Апробация работы. Основные результаты, полученные в диссертации, докладывались и обсуждались на: международной конференции «Transport and Engineering. Railway Transport» (Рижский технический университет, 2003 г.); всероссийской научно-технической конференции «Фундаментальные и прикладные исследования - транспорту» (Екатеринбург, УрГУПС, 2000 г.); научно-технической конференции «Фундаментальные и прикладные исследования - транспорту. Молодые ученые - транспорту» (Екатеринбург, УрГУПС, 2001г.); шестьдесят второй научно-технической конференции с участием студентов, молодых специалистов и ученых «Неделя науки - 2002» (Санкт-Петербург, ПГУПС, 2002 г.).
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 13 печатных работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, заключения, списка использованных источников и приложений. Работа содержит 190 страниц основного текста, 78 рисунков, 40 таблиц, список источников из 140 наименований и 8 приложений.
