Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Методы функционирования и устройства контроля заполнения путей подгорочного парка 11
1.1. Системы контроля заполнения путей подгорочного парка 12
1.2. Дискретный контроль заполнения путей подгорочного парка 14
1.3. Непрерывный контроль заполнения путей подгорочного парка 19
1.4. Зарубежные системы контроля заполнения путей подгорочного парка 21
Выводы по главе 1 31
Глава 2. Разработка принципов построения первичного датчика устройства непрерывного контроля заполнения путей 33
2.1. Анализ эффективности функционирования существующих устройств контроля заполнения путей 34
2.2. Разработка структуры первичного информативного датчика 42
2.3. Разработка математической модели рельсовой цепи с трехпроводной схемой замещения рельсовой линии 45
2.4. Математическая модель согласующего устройства канализации обратного тягового тока 53
2.5. Исследование возможности использования информации рельсовых цепей для непрерывного определения координат отцепов 58
Выводы по главе 2 69
Глава 3. Разработка метода непрерывного определения координаты отцепов 71
3.1. Общие принципы построения и структура устройства непрерывного определения координаты отцепов 71
3.2. Кластеризация участков контроля путей подгорочного парка 74
3.3. Определение вида решающей функции и решающих правил идентификации устройства контроля заполнения путей 79
3.4. Разработка методики обучения решающих функций 83
3.5. Исследование непрерывного определения координаты и скорости отцепов решающими функциями 86
Выводы по главе 3 100
Глава 4. Синтез решающей функции и техническая реализация устройства непрерывного контроля заполнения путей 102
4.1. Методика постановки и решение задачи оптимизации параметров схемы первичного датчика информации 102
4.2. Разработка критерия оптимизации 105
4.3. Композиция датчика информации координат отцепов 107
4.4. Выбор машинного метода оптимизации 112
4.5. Разработка и реализация машинного алгоритма синтеза 115
4.6. Результаты синтеза устройства непрерывного контроля заполнения путей 117
4.7. Техническая реализация устройства непрерывного контроля заполнения путей 118
Выводы по главе 4 129
Заключение 131
Список использованных источников 134
Приложения 142
- Зарубежные системы контроля заполнения путей подгорочного парка
- Разработка математической модели рельсовой цепи с трехпроводной схемой замещения рельсовой линии
- Определение вида решающей функции и решающих правил идентификации устройства контроля заполнения путей
- Техническая реализация устройства непрерывного контроля заполнения путей
Введение к работе
Актуальность темы. Повышение эффективности функционирования Российских железных дорог непосредственно связано с перерабатывающей способностью сортировочных станций и узлов, что повышает требования к их оснащенности техническими средствами и информационным обеспечением.
Анализ технической оснащенности сортировочных станций указывает на значительный износ технических средств и несоответствие современным требованиям к формированию поездов. Это связано с увеличением веса поезда до 6300-^9000 т и длины составов до 71-100 условных единиц.
При этом длины путей сортировочного парка составляют всего 400 4- 450 м, что является препятствием для формирования полноценных поездов.
Наиболее ответственной и сложной задачей управления, определяющей эффективность всего комплекса автоматизации сортировочных процессов, является автоматическое управление скоростей скатывания отцепов (АУС). В связи с этим, все большее значение приобретают подсистемы контроля за результатами взаимодействия отцепов с технологическим оборудованием горки, у которых наряду с требованиями высокой надежности, достоверности и экономичности сегодня появляются дополнительные требования к возможности их сопряжения с управляющим вычислительным комплексом унифицированными программными средствами.
Несмотря на то, что в области исследования и проектирования подсистемы АУС - устройств контроля заполнения подгорочных путей (КЗП) - накоплен значительный опыт, существующие устройства строятся, как правило, по принципу дискретного контроля коротких участков пути на которые разделяются подгорочные пути, что в условиях формирования поездов повышенной длины, эксплуатации вагонного парка с повышенным весом, и существующих профилей горки значительно ухудшает перерабатывающую способность горок и приводит к нарушению выполнения
условий безопасности. Кроме того, существующие устройства контроля заполнения путей подгорочного парка не позволяют контролировать участки пути длиной свыше 450м.
Таким образом, до настоящего времени не созданы устройства контроля дополнения путей, в полной мере отвечающие возросшим требованиям железных дорог. Поэтому создание устройства контроля заполнения путей подгорочного парка, обеспечивающего непрерывность контроля заполнения путей, инвариантного к дестабилизирующим факторам на основе принципиально новых методов распознавания состояний рельсовых линий путей подгорочного парка, имеющего повышенную длину зоны контроля (> 1000 м.), для систем автоматического управления скоростью отцепов на сортировочных горках является актуальной научно-технической задачей, имеющей важное народно-хозяйственное значение.
Диссертационная работа выполнялась в рамках хоздоговорных и госбюджетных НИР, согласно: «Программе реализации основных направлений развития и социально - экономической политики железнодорожного транспорта на период до 2005 года» (утверждена МПС от 04.03.1997г. № А-276у); «Перечню основных проблем железнодорожного транспорта для первоочередного финансирования научных исследований» (утвержденному МПС от 26.12.2002г. № Я-1272у); «Концепции развития средств железнодорожной автоматики и телемеханики на период 2000-2004г.г.» (утвержденной МПС от 06.08.01. № -1379у).
Цель работы и основные задачи исследования. Целью работы является научное обоснование и создание устройства непрерывного контроля заполнения путей подгорочного парка с непрерывным определением координат отцепов для систем автоматического управления скоростью на сортировочной горке, обладающего расширенными функциональными возможностями и повышенным качеством определения координат отцепов.
Для достижения поставленной цели был поставлен комплекс задач:
- проведение анализа современного состояния научно-технической проблемы создания устройства контроля заполнения путей подгорочного парка непрерывным контролем координаты и скорости движущихся отцепов,
6 обладающего повышенной эксплуатационной надежностью и удовлетворяющего комплексу требований: обеспечение непрерывного контроля заполнения путей при длинах рельсовых линий участков контроля до 1000 м и изменении сопротивления изоляции до ОД Ом км;
разработка математических моделей первичного датчика информации, с целью выявления информативных признаков, характеризующих состояния чувствительного элемента датчика;
разработки принципов кластеризации участков путей подгорочного парка, для определения зоны контроля отцепов, передвигающихся по путям подгорочного парка;
разработка метода непрерывного определения координат отцепов на основе принципов распознавания образов с использованием множества информативных признаков для непрерывного контроля заполнения путей;
разработка методики параметрического синтеза устройства непрерывного контроля заполнения путей, с целью получения оптимальной решающей функции и параметров компонент схемы датчика с использованием разработанного критерия оптимизации;
- техническая реализация устройства непрерывного контроля
заполнения путей подгорочного парка и внедрение их в комплексе систем
АУС.
Методы исследования. Решение сформулированных в диссертационной работе задач базируется на применении теории электрических цепей, теории распознавания образов, методах синтеза электрических цепей, кластерном анализе. В процессе работы над диссертацией теоретические и экспериментальные исследования были тесно взаимосвязаны. Для разработки моделей применялись методы математического моделирования на ЭВМ с проверкой полученных результатов, путем сравнения с экспериментальными исследованиями распространения сигналов по рельсовым линиям.
Научная новизна работы заключается в развитии теории измерения координат поперечной неоднородности в линиях с распределенными параметрами с потерями, позволяющей формировать решающую функцию устройства контроля заполнения путей с расширенными функциональными
7 возможностями, повысить качество определения координат отцепов и обеспечить инвариантность к изменению проводимости изоляции рельсовых линий.
Основными научными результатами, полученными в работе, являются:
- разработанные принципы и способы контроля заполнения путей
подгорочного парка, путем кластеризации участков путей подгорочного
парка и последующего распознавания состояний участков пути, позволившие
непрерывно контролировать координату отцепов передвигающихся по путям
подгорочного парка;
- разработанные математические модели рельсовой цепи пути
подгорочного парка с трехпроводной схемой замещения рельсовой линии,
отличающиеся от известных учетом протекания тока по земляному тракту,
что позволило получить аналитические выражения напряжений и токов на
входе рельсовой линии для использования их в качестве первичных
информативных признаков;
- разработанная математическая модель согласующего устройства
канализации обратного тягового тока, позволившая учитывать поперечную
сосредоточенную неоднородность рельсовой линии, и исследовать влияния
неоднородности на информативность первичных признаков;
- разработанный метод непрерывного определения координат отцепов
на путях подгорочного парка на основе принципов распознавания образов,
позволивший с помощью множества признаков и предварительно обученной
решающей функции непрерывно определять координаты отцепов;
- методика параметрического синтеза устройства непрерывного
определения координат отцепов на путях подгорочного парка на основе
предположенного критерия качества определения координат, позволившая
получить оптимальные параметры компонент схемы датчика первичной
информации.
Основные положення работы, выдвигаемые на защиту:
- математические модели рельсовой цепи пути подгорочного парка с
трехпроводной схемой замещения рельсовой линии позволяют
проанализировать изменения напряжений и токов, а также их фазовые
8 соотношения на входе рельсовой линии с учетом изменения сопротивления изоляции и координаты отцепа;
математическая модель согласующего устройства канализации обратного тягового тока позволяет учитывать сосредоточенную поперечную неоднородность в моделях рельсовых цепей в согласованном и несогласованном состояниях параметров компонент схемы замещения устройства;
метод непрерывного определения координат отцепов на путях подгорочного парка в условиях динамического изменения сопротивления изоляции на основе принципов распознавания образов со множеством информативных признаков обеспечивает правильное функционирование устройства при изменении сопротивления изоляции от ОД до 50 Ом-км, длине рельсовой линии пути подгорочного парка 1000 м с погрешностью, не превышающей м;
предложенное и созданное устройство непрерывного контроля заполнения путей подгорочного парка имеет относительную нечувствительность к изменению основного дестабилизирующего фактора -сопротивления изоляции в широком диапазоне ее изменения, обеспечивает требуемую длину участка контроля пути подгорочного парка при изменении сопротивления изоляции рельсовых линий в широком диапазоне, имеет высокие эксплуатационные характеристики и может быть рекомендован к широкому внедрению на сортировочных горках железных дорог.
Практическую ценность работы составляют:
созданное устройство непрерывного контроля заполнения путей подгорочного парка, обеспечивающее правильное определение координат отцепов при длине рельсовой линии подгорочного парка 1000 м с использованием множества информативных признаков и решающей функции в виде полинома Колмогорова - Габора в диапазоне изменения основного возмущающего фактора - сопротивления изоляции в диапазоне от 0,1 до 50 Ом * км;
пакет прикладных программ для анализа работоспособности существующих рельсовых цепей, длиной до 2,6 км, представленных в виде
9 многополюсных схем замещения и при наличии сосредоточенной поперечной неоднородности в рельсовой линии;
- комплекс виртуальных лабораторных работ по курсу «Линии железнодорожной автоматики и телемеханики» и «Линии железнодорожной связи» для студентов специальности 190402, поставленный на базе созданных программно - аппаратных средств.
Реализация результатов работы осуществлена, путем внедрения устройства непрерывного контроля заполнения путей подгорочного парка на сортировочной горке станции Пенза-Ш Куйбышевской железной дороги -филиала ОАО РЖД, Результаты внедрения позволили обеспечить непрерывный контроль заполнения путей подгорочного парка, длиной 1000 м при изменении сопротивления изоляции от 0,1 до 50 Ом км,
Пакет прикладных программ для исследования линий с распределенными параметрами использован при разработке алгоритмов программ для распознавания характера повреждений управляемых линий электропередачи на Волжской территориальной генерирующей компании. Применение методик и пакета программ позволило усовершенствовать систему управления режимом линий.
Результаты работы используются также в учебном процессе СамГАПС при выполнении лабораторных работ и чтении лекций по курсам «Линии железнодорожной автоматики и телемеханики» и «Линии железнодорожной связи».
Апробация работы. Основные положения и результаты научных исследований диссертационной работы докладывались и обсуждались на международных, региональных научно - практических конференциях в СамГАПС, ИрйИТ, УРГУПС, заседаниях научно - технического семинара электротехнического факультета СамГАПС.
Публикации, По материалам диссертаций опубликовано 8 печатных работ, в том числе 4 в журналах, рекомендованных ВАК для публикации материалов диссертаций.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников и приложения. Материалы диссертации изложены на 139 страницах основного
текста, содержат 4 таблиц, 61 рисунков и 10 приложений на 27 страницах. Список использованных источников содержит 80 наименования.
Зарубежные системы контроля заполнения путей подгорочного парка
На 54 сортировочных горках Европы (Франция, Бельгия, Люксембург, Испания, Болгария, Финляндия), Африки и Азии эксплуатируется система горочной автоматики, разработанная фирмой «Saxbi» (Франция). Она реализует функции управления стрелками, компрессорной станцией и регулирования скоростей скатывания отцепов на тормозных позициях по информации устройств КЗП /16/. В основу функционирования системы положен принцип «стрельбы в цель». В процессе скатывания параметры отцепов и их движения фиксируются в пяти зонах: на участке отрыва, входе и выходе из тормозных позиций с помощью датчиков веса, скорости и электронных счетчиков осей. Ходовые свойства отцепов определяются по результатам измерения их времени хода между счетчиками осей, которых, например, на станции Соттевиль (40 путей сортировочного парка) используется около 300 шт. Дальность пробега отцепа (КЗП) рассчитывается на основании циклических измерений полного сопротивления рельсовых цепей организованных на каждом сортировочном пути с помощью генератора, подключенного после нижней позиции и последней оси стоящих на пути вагонов. Система автоматизации процесса составов ВУАЛИ, разработанное фирмой СОДЕТЕГ-ТАИ (Франция) внедрена на станциях в 1977 году /15/. Система обеспечивает функционирования в полуавтоматическом режиме (оператор задает скорости скатывания отцепов с пульта) и полностью автоматическом.
В основу функционирования системы положен также принцип «стрельбы в цель». Для контроля прохождения отцепов и измерения необходимых параметров, а также управления замедлителями кроме двух ЭВМ типа MITRA 15/35 используется следующее оборудование: - электронные педали выполняющие роль датчиков прохождения осей и обеспечивающие измерение скоростей скатывания отцепов; - датчик веса (давления осей) емкостного действия; - датчик обнаружения отрыва с помощью индуктивного контура; - радиолокационные измерители скорости; - устройства управления замедлителями; - датчик направления и силы ветра; - устройства контроля заполнения путей подгорочного парка. Принцип действия КЗП в системе ВУАПИ основан также, как и в системе «Saxbi» на измерении полного сопротивления замкнутого контура, составленного рельсами и скатами ближайшего вагона /17/. Данному принципу присущ недостаток, заключающийся в флуктуации переходного сопротивления «колесо-рельс» и подверженность к влиянию изменения проводимости изоляции. Обязательным условием должно быть обеспечение надежной фиксации занятости рельсовых линий при нахождении на них даже одной колесной пары с учетом того, что головка рельсов, колеса вагонов могут быть загрязнены. Переходное сопротивление нередко достигает до 0,5 Ом, поэтому сопротивление нормативного шунта на горочных рельсовых цепях равно 0,5 Ом. Требования устойчивости работы КЗП при повышенной проводимости изоляции объясняется тем, что из-за загрязнения балласта солями, рудой и прочими материалами его сопротивление изоляции может уменьшиться до 0,1 Ом-км. Рассмотрим предельные возможности определения координат отцепов на путях подгорочного парка методом измерения полного сопротивления (входного сопротивления) рельсовой линии, шунтированной скатом ближайшей колесной пары при изменении сопротивления изоляции от 0,1 до 50 Ом-км. Для этого рельсовую линию представим четырехполюсной схемой замещения /18/. Режим пассивного взаимного четырехполюсника задается выражением электрических параметров U] и I] на первичных 1-І и U2и 12 на вторичных 2-2 выводах (рис. 18).
Разработка математической модели рельсовой цепи с трехпроводной схемой замещения рельсовой линии
Расчет рельсовой линии основывается на его представлении в виде двухпроводной или трехпроводнои электрической линии с распределенными параметрами. В отдельных случаях, (кроме земли) необходимо учитывать влияние соседних путей и проводов контактной сети. Двухпроводная модель может использоваться, если ток по земляному тракту отсутствует вследствие поперечной симметрии цепи. Эта симметрия нарушается при обрыве токопроводящих соединителей рельсов, наличии междупутных перемычек, перераспределении тягового тока по секциям основной обмотки дроссель - трансформаторов, неисправности соединительного стыка или излома рельса, при наличии электромагнитного влияния тягового тока по другим причинам. Задача построения системы контроля заполнения путей подгорочного парка непрерывного типа, функционирующего в условиях высоких возмущающих воздействий требует перехода от традиционной двухпроводной схемы замещения рельсовой линии, описываемой телеграфными уравнениями, к трехпроводнои, несмотря на значительное усложнение математической модели, и ее программной реализации, является целесообразным. Рельсовая цепь в нормальном, шунтовом и контрольном режимах может быть представлена в виде каскадного соединения 2 х п - полюсников (рис. 2.7). Рельсовая линия на каждом конце характеризуется значениями комплексных амплитуд двух напряжений и двух токов, связанных между собой матрицей А - параметров: Блок питающего конца БГЖ и блок релейного конца БРК представляют собой дроссель трансформаторы со средней точкой в основной обмотке с системой ограничителей и фильтров. Классической нагрузкой рельсовой цепи является обмотка путевого приемника, имеющая сопротивления Z . В нашем случае информация приемного реле не нужна, поэтому ее можно заменить реактивным двухполюсником. Рельсовая линия в шунтовом и контрольном режимах имеет локальную неоднородность, связанную с наличием на блок участке пути подвижной единицы или вследствие излома рельса.
В этом случае матрица А -параметров рельсовой линии может быть получена путем перемножения трех матриц, две из которых соответствуют участкам рельсовой линии по обе стороны от неоднородности, а третья - участку с шунтом или изломом. При этом необходимо учитывать, что операция умножения матриц не является коммутативной, поэтому порядок перемножения матриц должен соответствовать последовательности расположения участков линии. Методика получения матричных коэффициентов уравнений передачи для участка с локальной неоднородностью рассмотрена в /18/. На рис.2.8 показана трехпроводная схема замещения участка рельсовой линии. \U2 щ(х + Ьх)\ 2, Сопротивление земли как проводника с большой площадью поперечного сечения принимается равным нулю. К числу первичных параметров относятся удельные комплексные сопротивления рельсовых нитей Z, HZ,, взаимная индуктивность Мп, а также удельные проводимости изоляции gi,gz и g,,. Сопротивления Z,HZ2 зависят от типа рельсов и соединительных стыков, частоты сигнального тока, а проводимость изоляции зависит от типа шпал и материалов, используемых при строительстве верхнего строения пути, засоленности, влажности балластного материала и температуры. Началом задачи является формулировка и решение краевой задачи в виде системы дифференциальных уравнений в частных производных с добавлением соответствующих граничных условий. Рассмотрим установившийся режим рельсовой цепи переменного тока.
Для удобства введем следующие обозначения: и, (х),/j (Л)- комплексные амплитуды напряжения и тока в первом рельсе; Граничные условия имеют вид (при этом предполагается, что координата х направлена от релейного конца): На основании законов Кирхгофа получим систему следующих дифференциальных уравнений, которая в матричной форме имеет вид: Объединив уравнения (2.26 - 2.29), получим систему линейных алгебраических уравнений 16 порядка относительно переменных б , при этом все остальные величины считаются константами. Необходимо отметить, что из 16 коэффициентов матрицы [В] только 4 являются независимыми. Это позволяет уменьшить размерность конечной системы уравнений, однако требует проведения дополнительных аналитических выкладок. В этом случае целесообразно произвести замену показательных функций в (2.25) гиперболическими. Обозначим модули корней характеристического уравнения (2,24);
Определение вида решающей функции и решающих правил идентификации устройства контроля заполнения путей
Так как структура датчика непрерывного определения координат отцепов определена, выбраны информативные признаки и составлены образы, разработаны принципы и алгоритмы формирования кластеров координат отцепов, появляется возможность определения вида решающей функции /57/ и решающих правил принятия решения. Множество координат отцепа т1 при движении его от Ш т.п. к противоположному концу ПП или от III т.п. до предыдущего отцепа, создают пространство состояний мх первичных информативных признаков, т.е. где т,- множество координат; тх- множество образов, характеризующихся пространством признаков хг..ха. Если участок 1аи (рис.2.1) разделен на п кластеров и каждому из них соответствует вектор: Х1 = \х{ ,х ,...,хя ) признаков і - ой координаты (/ = 1,/), то множество образов координат образуют п - мерное пространство X признаков, в котором каждая координата отображается точкой, а группе координат внутри кластера соответствуют некоторые области признакового пространства. Таким образом, задача определения координаты отцепа сводится к задаче выделения в пространстве признаков кластеров и построения правила, определяющего соответствие некоторой группы признаков к определенным кластерам. Принципиально к задаче непрерывного определения координат отцепов в методах распознавания образов описание кластеров на языке признаков задается с помощью решающих функций. Решающая функция представляет собой функцию d[X), относящую образ Xt = (хх,х2,х ...хп)!, где Т - знак транспонирования, п - число параметров сигнала на входе рельсовой линии, точно к одному из М(. заданных кластеров.
Если кластеры сепарабельны, т.е. они не имеют общих признаков, тогда процедура непрерывного определения координаты отцепа состоит из нахождения решающей функции d. (х) такой, что если где п - число кластеров координат отцепов. Решающая функция d X) представляется, как правило, /8/ в виде линейной суммы вида: где С0 -(Ci,C2,...CnJ - транспонированный вектор коэффициентов. Общепринято /32,33/ во все векторы образов вводить после последней компоненты I и представлять соотношение (3.8) в виде: где Х = (х,,х2,хъ,...,хп)ти C = (Cj,C2,...,Cn,C„+J - пополненные векторы образов и коэффициентов соответственно. Если вид решающей функции более сложный, то выражение (3.8) может быть представлено в виде линейной суммы векторов/33/вида Такому типу решающей функции соответствуют, например квадратичные формы. Если координаты отцепов описывать всего лишь двумя признаками, решающая функция будет иметь вид: где (С) = (С0,С,,С,...С5)- вектор коэффициентов в развернутом виде. Если решающая функция сама по себе также представлена в форме вектора (размерность которого определяет количество кластеров), то выражение для нее будет Основным достоинством использования решающих функций в виде ортогональных полиномов является возможность создания с их помощью таких разделяющих гиперповерхностей которые описываются уравнениями эквипотенциальных поверхностей, во - вторых, они удовлетворяют условиям теоремы Вейерштрасса о приближении, которая утверждает, что любую функцию, непрерывную в замкнутом интервале а х в, можно равномерно аппроксимировать на этом интервале с любой заданной точностью многочленном /35,36/. В качестве решающих функций в виде ортогональных полиномов можно использовать полиномы Лежандра, Чебышева, Лагерра, Эрмита и др., широко представленные в математической литературе /35-38/. Определение значений координаты отцепов решающими функциями возможно после выработки определенных решающих правил, позволяющих точно идентифицировать текущее вычисленное значение решающей функции с кластером отрезка пути на котором находится предыдущий отцеп. В данном случае, удобнее всего из большого многообразия правил принятия решения о принадлежности значения решающих функций определенному кластеру, выбрать метод единственный решающей функции. В этом случае решающее правило имеет вид
Техническая реализация устройства непрерывного контроля заполнения путей
Устройство работает по замкнутому циклу следующим образом. На первом этапе осуществляется фиксация вступления отцепа на подгорочный путь по реакции скачкообразного изменения значений информативных признаков или по сигналу точечного датчика, установленного в комплексе АРС после IIIТП. На втором этапе осуществляется контроль координаты отцепа на пути подгорочного парка: - измеряются токи и напряжения на входе рельсовой цепи; - вычисляется по решающей функции координата отцепа d\S)\ - сравнивается полученное значение с каждым из кластеров и определяется соответствие кластеру - решающей функции; - устанавливается координата отцепа, а следовательно, длина свободной части подгорочного пути. - вычисляется разность длин пути подгорочного парка (/ = 1000 м) и сумма длин вагонов, и определяется длина «окна»; і осуществляется возврат по циклу в начало алгоритма и производится новая серия измерений; - цикл повторяется до тех пор, пока полностью не завершится роспуск состава. Проблема обеспечения безопасности микроэлектронных аппаратных средств устройства контроля заполнения путей решена путем применения: - трехкомплёктного резервирования стандартных модулей выполняющих одинаковые функции; - мажоритарной структурой построения, с целью обнаружения неисправного, либо отказавшего элемента; - жесткой синхронизацией и контактного сравнения сигналов в контрольных точках различных комплектов; - специальных устройств контроля с односторонними отказами, обеспечивающих надежное отключения неисправного комплекта и последующий ввод 8 работу.
Обеспечение безопасного функционирования устройства в работе осуществлено применение трехкомплёктного резервирования /61/. Устройство (рис. 4.10) содержит три микропроцессорного комплекта (МРС), два мультиплексора MUXl, MUX2, выходные порты PI, Р2, РЗ, преобразователи /S1, P/S2 параллельного кода в последовательный, компаратор блок управления F. Все три комплекта работают по одинаковым программам. В ходе выполнения программы каждый МРС выдает в соответствующий порт (PI, Р2, РЗ) очередной результат вычислений. Существенно, что при выдаче информации из порта РЗ она инвертируется. Два других порта (Р1 и Р2) выдают информацию в прямом коде. Каждый микропроцессор получает информацию от двух соседних, так как входы МРС1 соединены с шинами Q2, Q3, входы МРС2 — с шинами Q1, Q3, входы МРСЗ — с шинами Q1, Q2. После заполнения всех трех портов PL, Р2, РЗ одинаковой информацией (с учетом инверсии сигналов на шине Q3 по отношению к сигналам на шинах Q1, Q2) все три МРС сравнивают полученные результаты (с учетом инверсии). При правильной работе всех МРС каждая из них убеждается в том, что соседи получили аналогичный результат вычислений. (Цепи взаимной синхронизации не рассматриваются как не имеющие прямого отношения к существу предлагаемого решения.). При правильной работе всех МРС мультиплексоры MUX1 и MUX2 остаются в исходном состоянии, при котором информация передается через них в направлениях, показанных штриховыми линиями. Информация с шины Q1 проходит через мультиплексор MUXl и преобразователь P/S1 и далее в последовательном коде поступает на выход системы. Инвертированная информация с шины Q3 проходит через мультиплексор MUX2, преобразователь P/S2 и поразрядно сравнивается с выходной информацией системы. При правильной работе системы информация, поступающая на входы компаратора, противофазна, так что на выходе компаратора сформирован сигнал лог. 0.
Если один из микропроцессоров обнаружил, что полученный ею результат отличается от результатов, полученных каждым из соседей, или если этот МРС вообще неспособен работать, то на шине результатов сравнения (Н) устанавливается определенный код, который распознаётся блоком управления F. В зависимости от номера і отказавшего МРС блок F формирует потенциальный сигнал ВыклР, который «необратимо» отключает соответствующий порт. Отказ МРС2 не приводит к изменению направлений передачи информации через мультиплексоры MUX1 и MUX2. При отказе МРС1 блок управления F переключает мультиплексор MUX1, так что в дальнейшем информация с шины Q2 проходит через мультиплексор MUX1 и далее через преобразователь P/S1 на выход системы (вместо МРС І к выходу системы подключается МРС2). Состояние мультиплексора MUX2 не изменяется. При отказе МРСЗ переключается мультиплексор MUX2 и функции этого МРС выполняет МРС2. Но так как порт РЗ инвертировал передаваемую информацию, порт Р2 также должен ее инвертировать. Поэтому одновременно с выключением порта РЗ из блока управления F на режимный вход порта Р2 подается потенциальный сигнал Инв, который переводит этот порт в режим инвертирования передаваемой информации. Благодаря использованию прямых и инвертированных кодов и их сравнению с помощью компаратора, обеспечивается более полный контроль работы системы /62/. Например, если при правильной работе всех МРС ошибочно переключились оба мультиплексора одновременно или только мультиплексор MUX2, то информация на входы компаратора поступает не в противофазе, а в фазе и на выходе компаратора формируется сигнал лог. 1 (Ошибка). Аналогично будет обнаружено ошибочное переключение мультиплексора MUX 1, если порт Р2 работает в режиме инвертирования передаваемой информации, ошибочное формирование сигнала Инв при отказе МРС1 и проч. Функциональна схема аппаратных средств устройства контроля заполнения путей подгорочного парка представлена на рис. 4.11. Обоснование выбора функциональных модулей и топологии их соединений базируется на реализации следующих основных критериев. Создаваемое, устройство является открытой и масштабируемой. Его функциональные возможности легко наращиваются путем подключения дополнительных аппаратных и программных модулей по принятым интерфейсам. Гибкая архитектура позволяет развивать устройство и адаптировать его под конкретные задачи. Устройство реализуется на базе унифицированных промышленно выпускаемых аппаратных и программных модулей, сертифицированных для применения на железнодорожном транспорте. Это упрощает процесс тиражирования /65/.
