Автореферат - Ростовский государственный университет путей

реклама
На правах рукописи
CОКОЛОВ ВЛАДИСЛАВ НИКОЛАЕВИЧ
КОМПЛЕКСНАЯ СИСТЕМА АВТОМАТИЗАЦИИ СОРТИРОВОЧНЫХ
ПРОЦЕССОВ: ТЕХНИЧЕСКОЕ, ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ,
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
Специальность: 05.13.06 – Автоматизация и управление технологическими
процессами и производствами (на транспорте)
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Ростов-на-Дону – 2008 г.
2
Диссертация выполнена в государственном образовательном учреждении
высшего профессионального образования
«Ростовский государственный университет путей сообщения»
Научный руководитель:
доктор технических наук, профессор
Шабельников Александр Николаевич
Официальные оппоненты:
доктор технических наук, профессор
Берштейн Леонид Самойлович
кандидат технических наук, доцент
Швалов Дмитрий Викторович
Ведущая организация:
Российский государственный
открытый технический университет
путей сообщения
Защита диссертации состоится 30 июня 2008 г. в 1300 часов на заседании
диссертационного совета Д 218.010.01.03 при Ростовском государственном
университете путей сообщения по адресу: г. Ростов-на-Дону, пл. Ростовского
Стрелкового Полка Народного Ополчения, 2, конференцзал.
С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке РГУПС.
Автореферат разослан 29 мая 2008 г.
Отзывы на автореферат в двух экземплярах, подписанные и заверенные
печатью, просим направлять по адресу: 344038, г. Ростов-на-Дону,
пл. Ростовского Стрелкового Полка Народного Ополчения, 2, диссертационный
совет Д 218.010.03, ученому секретарю.
Ученый секретарь
диссертационного совета, д.т.н., профессор
М.А. Бутакова
3
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы исследования.
Интеграция России в мировое экономическое сообщество, требования
конкурентоспособного и эффективного развития на всех уровнях управления
экономикой
страны
актуализировали
проблемы
функционирования
хозяйствующих субъектов и изменения парадигмы управления ими во всех
сферах, в том числе и на железнодорожном транспорте. Это поставило отрасль
перед задачей эффективной реструктуризации.
Переход российской экономики на рыночные условия хозяйствования
сформулировали новые требования к характеру функционирования
железнодорожной отрасли, основными из которых следует считать:
– учет экономических критериев работы всех звеньев транспортного
конвейера;
– повышение качества технологических процессов за счет внедрения
инноваций, что повысит конкурентоспособность железнодорожного транспорта
на рынке транспортных услуг.
Не исключением в этом ряду являются системы сортировки составов,
осуществляемые на сортировочных станциях (СС). В настоящее время ресурсы
повышения эффективности работы СС посредством автоматизации ее
основных процессов исчерпаны, и выход нами видится в создании и внедрении
систем нового поколения – систем интеллектуального функционирования, что
хорошо коррелирует с объявленной в отрасли программой реструктуризации.
Интеллектуальность работы СС определяется общей логикой
функционирования, включающей человека биологической составляющей
комплекса, совокупностью интеллектуально функционирующих элементов и
подсистем.
В существующей нормативной литературе по реструктуризации отрасли
(отдельных предприятий), многочисленных научных исследованиях много
внимания уделяется организационным проблемам преобразования. Достаточно
подробно исследуются идеология, структуры, механизмы реструктуризации и
функционирования отрасли (предприятия) в новых условиях хозяйствования.
Вместе с тем технические, технологические проблемы остались вне
пристального внимания менеджмента отрасли. Это определило выбор темы
исследования.
Степень разработанности проблемы.
Проблемы собственно развития отрасли освещены в Стратегических целях
развития ОАО «РЖД» на период до 2010 года и в Стратегических направлениях
научно-технического развития ОАО «Российские железные дороги» на период
до 2015 г., в соответствии с которыми поставлена задача резкого повышения
производительности труда, сокращения эксплуатационных расходов, перехода
на малолюдные технологии работы сортировочных станций с одновременным
4
повышением безопасности прохождения технологических процессов
формирования-расформирования составов на сортировочных станциях. Особое
внимание обращается на необходимость концентрации сортировочной работы
на крупных сортировочных станциях сетевого и регионального значения, на
которых должны быть обеспечены высокопроизводительная переработка
вагонов и выполнение жестких нормативов простоя вагонов.
Техническое и технологическое обеспечение станционной работы
освещено в трудах Г. Биленко, А. Бородина, А. Казакова, Н. Модина,
О. Олейник, Л. Тишкова и др.
Проблемы горочной автоматизации подробно исследованы В. Иванченко,
Н. Модиным, А. Савицким, В. Шелухиным, Н. Фонаревым.
В плане построения формальных описаний, разработки инструментария
планирования и управления деятельностью СС автор опирался на труды
А. Баженюка, Л. Берштейна, М. Бутаковой, Л. Заде, С. Ковалева, Н. Лябаха,
А. Мелихова, А. Орлова, С. Светунькова и др.
Интеллектуализации транспортных процессов посвятили свои работы
А. Гуда, И. Дергачева, В. Иванченко, С.Ковалев, Н. Лябах, А. Шабельников.
Однако, для практической реализации предлагаемых в анализируемых
источниках механизмов описания исследуемых технологических процессов на
СС, определения оптимального режима функционирования и управления
требуется адаптация имеющегося теоретического и методического
инструментария, разработка технического и программного обеспечения и
применение формализованных процедур идентификации и принятия
интеллектуальных решений. Кроме того, в настоящее время отсутствует единая
методология построения АСУ СС, обоснованная с точки зрения системного
подхода. Это определило цель и задачи диссертационного исследования.
Цель диссертационного исследования – разработка принципов,
системы и технологии управления сортировочными процессами, включая
механизмы интеллектуализации основных функций процесса сортировки
составов.
Для достижения поставленной цели в работе решались следующие
задачи:
Проанализировать состояние и перспективы развития АСУ СС,
сформировав актуальные направления исследования и совершенствования
деятельности СС.
Развить идеологию построения (принципы, структуру и функции)
комплексной системы автоматизированного управления сортировочной
станцией (КСАУ СС).
Разработать
соответствующее
программно-математическое
обеспечение автоматизации и интеллектуализации сортировочных процессов
(СП).
5
Разработать
контрольно-диагностический
комплекс
АСУ
сортировочным процессом.
Разработать комплекс обеспечивающих технических устройств.
Внедрить разработанные в диссертации методы и методики в
практику деятельности отрасли, научные исследования и учебный процесс.
Объект исследования: сортировочная станция, технологические
процессы расформирования-формирования составов на станции.
Предмет исследования: методы и механизмы автоматизации СП на
основе
интеллектуализации
функций,
применения
современных
информационных технологий и инновационных технологических решений.
Положения, выносимые на защиту:
1. Состояние задачи автоматизации СС, в целом, и ее отдельных
подсистем, в частности, характеризуется отсутствием системного подхода к
решению, наличием комплекса технических, технологических, программноматематических проблем. Системный подход, обеспечивающий стратегическое
видение и решение проблем управления сортировочными процессами, лежит в
основе создаваемой методологии управления СП, и в свою очередь требует
своего развития с учетом специфики предмета исследования и сферы
приложения.
2. Изменение экономической ситуации в России существенным образом
отразилось на роли железнодорожного транспорта, обеспечивающего как
внутрихозяйственную деятельность страны, так и работу транспортных
коридоров международного экономического сотрудничества. Этот факт
потребовал изменения миссии, целей и задач функционирования отрасли.
Основными стратегическими задачами являются: перевод отрасли на рыночные
условия хозяйствования; включение инноваций, как основного рычага развития
транспортного комплекса.
3. Разнородность (по сложности, наличию и качеству исходных данных,
предназначению) задач моделирования сортировочных процессов формирует
проблему систематизации подходов и методов моделирования, требует
развития методов идентификации технологических процессов и процедур
принятия решений на основе современного математического аппарата: теории
нелинейных инерционных систем, теории нечетких множеств, теории
нейронных сетей и др.
4. Успех решения задачи формализованного описания исследуемой
предметной области, а также (в том числе вследствие адекватного
моделирования) задачи управления СС, в целом, зависит от полноты,
репрезентативности, точности, своевременности исходных данных о системе.
Получение этой информации, ее анализ возлагается на описываемый в работе
контрольно-диагностический комплекс (КДК).
6
5. Определяющим критерием функционирования СС (наряду с
минимизацией времени обработки состава, затрачиваемой энергии, стоимости
транспортных услуг) является обеспечение заданного уровня безопасности
работ. В этой связи актуализируется проблема разработки соответствующей
системы безопасности, включающей комплекс организационных, технических,
технологических, программно-математических мер.
Научная новизна исследований:
1. Развито представление о логике, механизмах применения методологии
системного подхода в задачах анализа и синтеза системы управления СС,
позволившее с одной стороны использовать для решения задач управления СП
научные достижения и опыт смежных наук и, с другой, обобщить полученные
результаты до возможностей использования их в иных сферах управления.
2. Предложены:
методология
интеллектуализации
СП,
проиллюстрированная синтезом автомата-советчика; методика исследования
процессов скатывания отцепов с горки, позволяющая идентифицировать
процесс и выработать механизмы адекватного управления им; подходы,
использующие нейронные сети и сенсорные системы для моделирования
различных процессов и процедур принятия решений на СС.
Предложенные методики и механизмы составляют основу формализации
процессов управления на СГ.
3. Разработаны принципы управления торможением отцепами на ТП на
основе математической модели, учитывающей инерционность исследуемых
процессов и использующей схему связей «вход-выход». Определены входные и
выходные переменные модели.
4. Разработаны структура и технологии функционирования КСАУ СС,
адекватно отражающие требования времени, легко адаптируемые под
конкретные условия автоматизации.
5. Разработаны идеология, технические и технологические решения по
созданию КДК в части решения задачи повышения безопасности
функционирования горочных устройств путем их предотказной диагностики, и
на этой основе заблаговременного предотвращения возникновения опасных
ситуаций.
6. Систематизированы и развиты меры по обеспечению безопасности
сортировочных процессов, в соответствии с нормативными требованиями,
установленными на железных дорогах страны и мира.
7. Разработан комплекс технических средств, обеспечивающих научные
исследования и практику внедрения КСАУ СС.
Теоретико-методологической
основой
диссертационного
исследования явились научные труды отечественных и зарубежных ученых по
данной проблеме, специалистов по управлению сортировочными процессами.
7
В данном диссертационном исследовании использовались принципы
системного (структурно-функционального) и сравнительного анализов, теория
самоорганизации сложных процессов, статистические методы (корреляционнорегрессионный
анализ), теория нечетких
множеств,
позволяющая
формализовать опыт и интуицию разработчиков систем управления и
специалистов по управлению сложными технологическими процессами,
методы интеллектуализации управления, обеспечивающие «разумное»
поведение синтезируемой системы в неопределенной среде функционирования.
Информационно-эмпирической базой исследования послужили
нормативные документы, законодательные акты, данные мониторинга
сортировочного процесса на СС, экспертная информация, полученная на основе
авторского обследования.
Теоретическая
ценность
диссертационного
исследования
заключается в разработке общих принципов, универсальных механизмов
развития систем автоматизации сортировочных станций.
Практическая значимость состоит в том, что разработанные в
работе подходы и методы внедрены в конкретных системах автоматизации
технологических процессов на сортировочных станциях:

Микропроцессорная
система
автоматического
управления
маршрутами движения отцепов на сортировочной горке с контролем
накопления вагонов в сортировочном парке ГАЦ МН;

Система автоматизированного регулирования скорости скатывания
отцепов и управления прицельным торможением с накоплением на всю
глубину сортировочного парка АРС-УУПТ;

Контрольно-диагностический комплекс станционных устройств
зоны горки КДК СУ ГАЦ, обеспечивающий протоколирование и
метрологически аттестованные измерения основных технологических
параметров функционирования горочных устройств;

Система поддержки принятия решений оперативно-диспетчерского
и эксплуатационного персонала автоматизированной сортировочной горки
СППР КДК СУ, обеспечивающая интеллектуальный анализ большого
количества протокольной и диагностической информации;

Комплексная система автоматизации управления технологическим
оборудованием компрессорной станции КСАУКС.
Апробация и внедрение результатов исследования. Основные
положения диссертационной работы докладывались на семинарах кафедры
«Информатика» РГУ ПС, конференциях РГУ ПС, на Второй международной
научно-практической конференции ТрансЖАТ-2005, г. Сочи, 2005 г., 6-й
научно-практической конференции «Безопасность движения поездов». –
8
Москва, 2005 г., Третьей международной научно-практической конференции
ТрансЖАТ-2006, г. Санкт-Петербург, 2006 г.
Результаты диссертационного исследования внедрены в системах
автоматизации сортировочных процессов на ст. Красноярск-Восточный
Красноярской ж.д., ст. Инская Западно-Сибирской ж.д. и в учебном процессе
РГУ ПС (приложение 3).
Публикации по теме. Основные положения диссертации
опубликованы в 18 печатных работах, общим объемом 1,54 п. л.
Структура и объем работы. Диссертация имеет традиционную
структуру и состоит из введения, пяти глав, заключения, трех приложений. Она
содержит 182 стр. машинописного текста, 24 рисунка, 5 таблиц, и
библиографию, содержащую 102 наименования.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обосновывается актуальность темы, формулируются цели и
задачи диссертации, определяются объект и предмет исследования,
указываются положения, выносимые на защиту и новизна работы, ее
теоретическая и практическая значимость, методологическая и эмпирическая
база, результаты апробации и публикаций материалов исследования.
В первой главе «Характеристика сортировочной станции и проблемы
автоматизации сортировочных процессов» дан анализ сортировочной станции
как базового элемента перевозочного процесса (рис. 1). Описаны основные
технологические операции и показано, что достигнутый уровень автоматизации
технологических процессов на СС недостаточен и совершенно не развита
интеллектуальность функционирования СС.
В первой главе дан также обзор существующих систем автоматизации
станционных процессов, важнейшим из которых является горочный комплекс
(рис. 2). Проведенный анализ позволил сформулировать структуру целей и
задач разрабатываемого комплекса.
Во второй главе «Методологические основы разработки и внедрения
комплексной системы автоматизации сортировочных процессов» разработан
системный подход к анализу сортировочных процессов и синтезу
управляющего комплекса, определяемый схемой рис. 3.
Произведен анализ существующих постановок и выбор подходящего
определения системы S. Системой называется совокупность элементов A
некоторой природы и связей R между ними, удовлетворяющих принципам
системности P.
S = (A, R, P).
(1)
9
Структурная схема
КСАУ СС
ИПУ СС
СС
ИПУ
Горочный пульт
пульт
Горочный
ШлюзШлюзсервер
сервер
ГАЛС РР
ГАЛС
Преобразователь
Преобразователь
интерфейсов
интерфейсов
АРМ ДСПГ,
ДСПГ, АРМы
АРМы операторов
операторов
АРМ
LAN
ГАЦ МН
МН
ГАЦ
КДКСУ
СУ
КДК
ГАЦ
ГАЦ
УУПТ
УУПТ
СКДТ
СКДТ
КДК
КДК
протокольный
протокольный
серверсистемы
системы
сервер
КСАУ КС
КС
КСАУ
АРМ КДК
КДК
АРМ
LAN
Исполнительные
Исполнительные
устройствапоста
поста
устройства
КВГ
КВГ
(контрольрасцепа
расцепа))
(контроль
Парк
Парк
прибытия
прибытия
СГ
С
Г
Контроллер
Контроллер
КЗП
КЗП
Сортировочный
парк
(аппаратура КЗП)
Компрессорная
Компрессорная
станция
станция
Парк
Парк
отправления
отправления
Структура
комплекса
Рис 1. горочного
Структурная схема
СС
Рис. 2. Структурная схема горочного комплекса
LAN
10
W
X
Y
УО
U
БУ
J
Рис. 3. Обобщенная блок-схема системы управления (СУ)
Развиты относительно объекта исследования принципы системности:
атомарности, целостности, дифференциации элементов, целеустремленности,
согласованности «жизненных пространств» элементов, адаптивности системы и
ее самоорганизации.
Методология построения системы предполагает установление требований
к программному, математическому, техническому обеспечению. Разработка
прикладного программного обеспечения строится в соответствии со
следующими принципами: модульность и функциональная законченность;
многократное использование написанного кода; модифицируемость;
параметрическая настраиваемость модулей. Сформулированы требования к
качеству программного обеспечения: пригодность, защищенность, надёжность,
безотказность, практичность, эффективность, адаптируемость.
Математическое обеспечение синтезируемого комплекса в соответствии с
разрабатываемой идеологией интеллектуальных систем содержит три уровня
обработки информации: внесистемный, реализуемый при построении моделей
технологических процессов и процедур принятия решений; внутрисистемный,
но выполняемый не в реальном времени, а предварительно при расчете
оптимального режима скатывания; внутрисистемный, реализуемый в реальном
времени работы управляющего оборудования.
Выбор математического аппарата исследования зависит от характера
решаемой задачи. Для решения вопросов организационного управления на
станции удобно использовать: методы динамического программирования и
методы теории оптимального управления. Важным местом приложения
математического аппарата в задачах управления станционной работой являются
методы логистики. В данном случае они могут быть применены для задачи
управления запасами. «Запасы» при этом понимаются в двух аспектах:
традиционном (оптимизация наличия запасных частей, оборудования,
11
расходных материалов); технологическом (нетрадиционном): речь идет об
оптимальной избыточности путей парка приема (ПП), парка формирования
(ПФ), локомотивов, бригад обслуживания, обеспечивающей ритмичность
работы комплекса, гарантированное выполнение технологических задач по
перевалке грузов через СС в критических условиях функционирования.
Аппарат теории вероятностей наиболее адекватен при расчете рисков
деятельности, как организационных, так и технико-технологических. Методы
математической статистики позволяют строить зависимости между
исследуемыми переменными, а также формировать отчетные документы по
результатам мониторинга работы системы. Теория нечетких множеств (ТНМ) –
удобный аппарат для формализации нечеткой логики оператора - является
базой для создания многих интеллектуальных программ, синтезируемых на
основе «копирования» интеллекта человека. Прокомментированы также
возможности аппарата нейросетевого моделирования и использования
сенсорных сетей. Суть теории распознавания образов (ТРО) в данной работе
рассмотрена на примере создания автоматов-советчиков, а именно при
реализации на ТП заданной скорости выхода отцепа из замедлителя.
Повышение
эффективности
работы
сортировочной
станции
обеспечивается с помощью КСАУ СС (рис. 4) за счет выявления «узких» мест и
скрытых резервов в организации технологического процесса, сокращения до
минимума ручного ввода и искажения информации, предоставления
оперативных данных о текущей технологической ситуации на станции
оперативно-диспетчерскому персоналу в реальном времени для повышения
качества и оперативности принимаемых решений, предоставления
аналитического материала для принятия руководством мер по изменению
технологии работы станции с целью повышения основных технологических
показателей.
КСАУ СС должна обеспечить выполнение следующих показателей:
ведение единой модели подвижных единиц в пределах сортировочной станции
в реальном времени на основании данных «от колеса»; предоставление
информации о размещении и перемещениях подвижных единиц для систем
автоматического управления техническими средствами станции; сокращение
времени простоя вагонов на станции; повышение исполнительской дисциплины
в подразделениях и службах станции; упреждение превышения основных
нормативных показателей работы станции; повышение оперативности и
качества принимаемых решений; повышение квалификации управленческого и
оперативного персонала; предоставление аналитической информации о работе
12
станции на основе протокольной информации за заданный период времени;
оперативный контроль состава принимаемых и отправляемых поездов и
соответствия телеграммы-натурного листа (ТГНЛ) фактическому составу
поезда.
В третьей главе «Технологическое и информационное обеспечение
системы» рассмотрены существующий подход (разработанный при участии
автора) к моделированию динамических процессов скатывания отцепов с
горки, микропроцессорная ГАЦ с функциями контроля и накопления вагонов в
сортировочном парке ГАЦ МН, система автоматизированного управления
скоростями скатывания отцепов и управления прицельным торможением АРСУУПТ, контрольно-диагностический комплекс в АСУ сортировочным
процессом (рис. 5).
Важную роль в информационном обеспечении играет КДК СУ ГАЦ.
Функции, выполняемые КДК СУ ГАЦ: сбор и хранение информации о
состоянии постовых и напольных устройств ЖАТ; отображение оперативного
состояния контролируемых устройств в виде осциллограмм и диаграмм, эпюр,
графиков и других наглядных форм представления информации; отображение в
базе данных состояния устройств в режиме реального времени; выдача
графиков состояния устройств и уровней аналоговых сигналов; статистическая
обработка сохранённой в базе данных информации, для определения
работоспособности устройств в заданном периоде времени; отображение в
графическом виде информации о состоянии устройств на мнемосхеме горки, а
также в виде таблиц уровней напряжений и токов, измеряемых на
контролируемых
устройствах;
выдача
результатов
самодиагностики
компонентов комплекса, состояния внутренних и внешних соединений
локальной сети, оценка состояния технических средств управляющего
вычислительного комплекса систем автоматизации и напольных устройств СЦБ
по совокупности признаков для обеспечения реконфигурации управления на
внутрисистемном уровне.
Парк «В»
Н9
К Р А С Н О Я Р С К - В О С Т О Ч НЫ Й
Парк «С»
179
НВV
Парк «Б»
НIА
6
14
ЧБIД
38
54
40
86
90
94
19
НМ18
91
62
92
96
НМ17
100
17
16
НМ15
15
16
2
200
258
214
202
216
220
186
188
ЧМ18
190
194
204
628
222
218
252
242
236
206
192
226
178
174
198
260
176
180
232
ЧМ16
614
31
616
234
622
13
НМ12
8
126
12
ЧМ15
24
НМ11
11
НМ10
116
118
124
128
130
НМ9
НМ8
120 НМ7
122
ДПКС
ЧМ10
9
ЧМ9
8
7
НМ6
Парк «Г»
6
1350
608
158
156
37т
Н15
163
Н16
13
Ч13
14
М55
39
37
15
М57
16
31
29
569 571
141
127
133
137
Н19
121
33
М59
35
27
21
19
123
125 107
105
129
115
Н22
Н23
109
Парк «А»
15
11
М61
73
М63
М67
Ч23
24
Ч24
25
Ч25
79
57
51
53
55
ПЗ
1
Пост ЭЦ2
ЧД
516
223
41т
14
515
13
612
514
12
ДСПП
221
Ч
14
162
160
268
3
61
77
513
512
16
610
164
266
5
59
71
ЧIII
Н25
Компрессорная
511
21
22
23
Н24
17
13
19
20
НIII
117
111
Н20
103
101
Н21
229
334
НI
20
з
205
Н3 236
219
207
3 з 13
22
217
215 НII 476
30
з
213
211 Н4
409
4 з М213
20
209
6з
М215
Парк «З»
11
304 302А
2
38т
41
ЧV
Н14
15
ЧМ6
ЧМIV
43
30
Пост ЭЦ1
ЧМ8
ЧМ7
522
517
18
17
604
119
135
131
521
524
21
606
ЧМ11
10
525
22
170
149
139
501
23
626
168
161
Ч12
ДСПП
113
523
157
Ч11
12
153
503
509
526
25
290
ЧМ13
ЧМ13
2
1
527
26
624
155
151
549
27
618
230
167
185
147
551
28
620
600
191
534
636
254
238
244
228
193
Ч10
11
531
532
32
632
172
НМ13
66
6 13
ПМС
ЧМ17
535
33
634
224
187
195
602
68
12
ЧБII
212
ЧМ20
ЧМ19
18
НМ16
42
20
М108
20
НМ19
64
56
М106
21
533
536
35
638
34
М96
22
НМ20
13
10
18
630
НМ21
114
22
НIIIА
ЧмIIIА
34 36
24
НVIIА
4
2
ЧБIII
88
84
52
32
Ч
110
104
50
Чм
VII
А
8
70
46
Н13
159
36
М110
23
НМ22
165
Ч9
10
Н12
НV
537
37
26
НV
А
44
60
175
171
2
26
НМ23
58
640
189
5ЧД
38
ПТОВ
50
М78
108
48
173
169
ДСПП
9
Н10
177
Н11
39т
300
ЧА
НАIII
ЧмIII
ЧАIII
НАI
Ч0
294
ЧмIIА
ЧА
НА
296
НАIIД
ЧII
Красноярск - Северный
Сорокино
Базаиха
ГОРОЧНЫЙ
КОМПЛЕКС
САИ
ПАЛЬМА
ГАЛС Р
ОБЪЕКТНЫЙ
КОНТРОЛЛЕР
ГОРЛОВИНЫ
ФОРМИРОВАНИЯ
ОБЪЕКТНЫЙ
КОНТРОЛЛЕР
ПАРКА
ОТПРАВЛЕНИЯ
ОБЪЕКТНЫЙ
КОНТРОЛЛЕР
СОРТИРОВОЧНОГО
ПАРКА
КОНТРОЛЛЕР
ТЕКУЩЕЙ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ
СИТУАЦИИ
ОБЪЕКТНЫЙ
КОНТРОЛЛЕР
ПАРКА ПРИБЫТИЯ
И ТРАНЗИТНОГО
ПАРКА
АСОУП
АСУ ЛР
ПОДСИСТЕМА АНАЛИЗА
И ПРОТОКОЛИРОВАНИЯ
АРМы ДГП, ДНЦС,
ДНЦМ, ДРУ, ИТП
отделения и
управления
дороги
АРМ ДС
АРМ ДНЦ
АРМ ДСП
АРМ ДСПГ
Рис. 4. Структура КСАУ СС (на примере ст. Красноярск-Восточный)
СТРУКТУРНАЯ СХЕМА КСАУ СС
Н
НД
14
В системы автоматизации
технологических процессов
(КГМ ПК, САУ КС и др.)
Протоколирование хода
роспуска и маневровых
работ
Сетевой коммутатор
POWERFAULT DATA ALARM
PC Pentium 4 (2,4 ГГц)
Сервер баз данных
RS 100-S3-S3
2xPentium4 (2,4ГГц)
ADAM5000E - устройство
распределенного сбора и
управления на базе интерфейса
RS-485
Платы
гальванической
изоляции и
масштабирования
аналоговых
сигналов АИМ16
Контроллер сбора
информации
Промышленный компьютер
IPC-615, Pentium 4 (2,4ГГц)
Дискретный
ввод-вывод
PCL-722
АЦП
PCI-1713
АЦП
PCI-1713
Дискретный
ввод-вывод
PCL-722
АЦП
PCI-1713
АРМ
электромеханика
сортировочной
горки
Активная матрица ввода дискретных
сигналов
Платы:
ОДМ12А - сигналы постоянного тока;
ОДМ12Б - сигналы переменного тока;
ОДМ8А - сигналы постоянного тока
гальванически не связанные;
ОДМ8Б - сигналы переменного тока
гальванически не связанные.
Плата преобразователя
напряжение-ток АП16
8-канальный релейный
выходной модуль
ADAM 5068
8-канальный релейный
выходной модуль
ADAM 5068
8-канальный релейный
выходной модуль
ADAM 5068
Платы
гальванической
изоляции аналоговых
сигналов АИ16
8-канальный релейный
выходной модуль
ADAM 5068
IDC
IDC
IDC
IDC
IDC
IDC
IDC
IDC
АИМ16
Токи стрелок
и питающих
установок
Питающие установки
поста
Схема измерения
сопротивления изоляции и
поиска неисправности в
питающих цепях
Стрелочные
ПБМ
Напряжения:
- обмоток реле ПК/МК
стрелок;
- автопереключателей
стрелок;
- путевых реле РЦ;
- реле РТД-С и ИПД;
- питающие установки,
панели конденсаторов,
аккомуляторные
батареи.
Сигналы управления и
контроля напольных и
постовых устройств
сортировочной горки
Рис.1. Структурная
схема
КДКавтоматизированной
автоматизированной сортировочной
горки
Рис. 5. Структурная
схема
КДК
сортировочной
горки
15
Проблема безопасности движения поездов актуальна для процесса
расформирования составов на сортировочных горках, который в полной мере
относится к ответственным технологическим процессам. Решение задачи
повышения безопасности функционирования горочных устройств разделяется
на три основных направления: 1. Разработка нового поколения напольных
горочных устройств – стрелочных приводов, замедлителей и аппаратуры
управления. 2. Диагностика состояния аппаратуры горочных устройств, в том
числе предотказная. 3. Разработка алгоритмических и схемных решений для
парирования последствий опасных ситуаций, вызванных опасными отказами.
Четвертая глава «Интеллектуализация сортировочных процессов»
посвящена совершенствованию математического описания процессов
скатывания отцепов с горки. В частности разработан оптимальный план
(табл.1) идентификации полинома, описывающего процесс скатывания
отцепов:
Vвых = а0 + а1 Vвх + а2 V2вх + ...,
(2)
где Vвх, Vвых – соответственно входная и выходная скорости отцепа на участке.
В табл. 1 обозначено j – порядок выделяемого слагаемого полинома, с –
коэффициент, определяющий входную скорость Vвхi = сiV. Здесь V –
максимально возможная скорость отцепа на исследуемом участке.
Предложено использовать полиномы Вольтерра для описания
инерционности процесса. Приведены иллюстративные примеры.
Составлена
совокупность
интеллектуализируемых
функций
сортировочного процесса на СС. Она выглядит следующим образом:
1. Управление действиями горочного, станционного (и других) операторов.
2. Выбор состава в ПП для надвига на СГ. 3. Классификация отцепов по
ходовым свойствам. 4. Управление надвигом составов на горку. 5. Управление
скатыванием отцепов по участкам свободного скатывания. 6. Торможение
отцепов на замедлителях ТП. 7. Выбор пути отсева отцепа с нарушенным
режимом скатывания. 8. Выбор пути заезда меневрового локомотива для
нормализации результатов роспуска.
Таблица 1
Оптимальный план идентификации процесса скатывания отцепов
j+1
1
2
3
4
5
6
7
c0
0,5
0,855
0,935
0,96
0,975
0,985
0,985
c1
c2
c3
c4
c5
c6
0,145
0,5
0,69
0,795
0,855
0,89
0,065
0,31
0,5
0,63
0,715
0,04
0,205
0,37
0,5
0,025
0,145
0,285
0,015
0,11
0,015
16
Более подробно рассмотрены процедуры создания автомата-советчика по
управлению скоростью выхода отцепа из ТП, которые основываются на
следующих предположениях:
1. Отцеп управляется импульсно, то есть при необходимости (если
текущая скорость выше заданной на выходе) кратковременно включается
замедлитель ТП.
2. Об управляемом отцепе известны скорость входа в ТП – х1, весовая
категория – х2, количество вагонов в отцепе – х3, расчетная скорость выхода –
х 4.
3. Известны аналогичные данные о работе данного замедлителя в
некоторый предшествующий период с той лишь разницей, что вместо
расчетной скорости выхода – х4 указана реальная выходная скорость после
импульса торможения.
Алгоритм принятия решения в автомате-советчике построен основе
принципов и идей теории распознавания образов:
- для каждого класса решений: «не тормозить» (у = 0), «тормозить»
(у
= 1) строятся эталоны – точки в четырехмерном признаковом пространстве с
координатами, характеризующими средние значения точек классов;
- определяются параметры разброса точек одного класса вокруг
соответствующего эталона;
- определяется гиперплоскость, проходящая через середину отрезка,
соединяющего эталоны классов и разделяющая все исследуемое признаковое
пространство на две части.
В нашем случае имеем эталон первого класса:
Хэ1 = (21,86; 2,43; 2,26; 17, 66),
(3)
второго
Хэ2 = (23,26; 3,31; 1,31; 13,78).
(4)
Разброс переменных около среднего оценивался дисперсией
соответствующего признака. Результаты приведены в табл. 2.
Таблица 2
Характеристики разброса данных по параметрам отцепов
Класс
У=0
У=1
х1
5,36
1,61
х2
2,89
3,38
х3
2,02
0,29
х4
3,1
12,30
Анализ табл. 2 позволяет совместно с (3) и (4) сделать ряд существенных
выводов. Вот некоторые из них:
- разброс точек первого класса по первой переменной значительно выше
аналогичного разброса точек второго класса, и перекрывает его эталон. Это
сравнение характеризует слабую разделяемость классов по первому признаку;
17
- наиболее интенсивно тормозятся одновагонные отцепы (дисперсия
равна 0,29 при среднем 1,31);
- высокая дисперсия выходной скорости после торможения (12,30)
характеризует на сколько замедлитель при торможении дифференцирует
скорости скатывающихся отцепов и т. д.
Гиперплоскость, разделяющая выделенные классы отцепов имеет вид:
G (Х) = 1,04 х1 + 0,88 х2 – 0,95 х3 – 3,88 х4 + 28,52 .
(5)
Ее анализ говорит, что наибольший вклад в распознавание ситуации
вносит признак х4, наименьший – признаки х2 и х3.
Проверка адекватности соотношения (5) дает следующие результаты:
вероятность правильности распознавания ситуации, не требующей торможения
примерно равна 0,91, а ситуации требующей торможения – 0,78, что хорошо
согласуется с «качеством» исходных данных, представленных для обучения
советчика: высокая степень пересечения классов (табл. 2).
Данный раздел содержит также материалы по интеллектуальной
диагностике состояния вагонных замедлителей.
В пятой главе «Прикладные аспекты исследования и внедрения»
осуществлена разработка комплекса обеспечивающих технических устройств.
В частности, разработано устройство плавного управления тормозными
средствами и комплекс технических средств логической защиты стрелки.
Здесь же дано описание реального внедрения системы. Ниже приведен
сравнительный анализ показателей работы станции Красноярск-Восточный за
2006-2007 годы после внедрения на ней КСАУ СП.
Фактическая переработка в вагонах возросла на 32% с 785 695 до
1 033 271 вагонов (в сравнении с 2005 на 60%).
Среднее количество перерабатываемых вагонов в сутки увеличилось
на 31% − с 2153 до 2831 (в сравнении с 2005 - на 60%).
Суточная перерабатывающая способность горки увеличилась на 27 %
с 3618 до 4611 (в сравнении с 2005 на 42%).
На 23% сократились суммарные потери времени на проведение
технологических операций при «прерванных роспусках» с 412,56 ч в 2006 г.
до 316,56 ч в 2007 г. (в сравнении с 2005 г. - на 28% ).
На 22% сократился средний интервал между роспусками (с 17,34 мин в
2006г. до 13,6 мин в 2007г.) (в сравнении с 2005 г. - на 30%).
Количество «чужаков» уменьшилось на 24% (в сравнении с 2005 г. - на
40%).
Среднее количество роспусков в сутки увеличилось на 24% с 45 до 56
(в сравнении с 2005 г. - на 47%).
Возросла на 14% скорость надвига состава при расформировании – до
5,76 км/ч (в сравнении с 2005 на 28%) .
18
Экономические показатели внедрения КСАУ СП на ст. КрасноярскВосточный:
 капитальные затраты на автоматизацию - 71,2 млн. руб.
 Сокращение эксплуатационных расходов – 24,7 млн.р. в год
 Дополнительный доход за счет сокращения простоя вагонов с
переработкой на станции – 12,2 млн.р. в год.
 Чистый доход за 10 лет (расчетный срок эксплуатации системы
автоматизации) – 220 млн.р.
 Срок окупаемости инвестиций – 2,5 года
Внедрение системы автоматизации компрессорной станции при
капитальных затратах 1 млн. рублей в пересчете на 1 компрессорную
установку дает следующие экономические показатели:
 Годовой экономический эффект
– 340 тыс.р.
 Чистый доход ЧД
– 2,42 млн.р.
 Срок окупаемости
– менее 3-х лет (2,97 лет)
В заключении диссертации изложены основные теоретические и
практические выводы, сделанные в рамках проведенного исследования.
В приложении приведена статистика и акты, подтверждающие
результаты внедрения научных разработок в практику.
Основные положения работы отражены в следующих публикациях:
1. Шабельников А.Н., Соколов В.Н. Средства автоматизации
сортировочной горки ст. Бекасово Московской ж.д. // Железнодорожный
транспорт. Серия: Сигнализация и связь. Экспресс-информация. Москва:
ЦНИИТЭИ, 2003.- Выпуск 2-3.
2. Савицкий А.Г., Шелухин В.И., Соколов В.Н. Управление движением
составов и отцепов на автоматизированных сортировочных горках //
Автоматика, связь, информатика, 2004, № 7.
3. Савицкий А.Г., Шелухин В.И., Соколов В.Н. Микропроцессорная
система горочной автоматической централизации ГАЦ МН // Автоматика,
связь, информатика, 2004, № 10.
4. Соколов
В.Н.
Контрольно-диагностический
комплекс
в
автоматизированной системе управления сортировочным процессом с
обнаружением предотказных состояний устройств и удаленным мониторингом
// Сборник трудов Второй международной научно-практической конференции
ТрансЖАТ-2005. Сочи. 2005.
5. Шабельников А.Н., Соколов В.Н. Актуальные проблемы повышения
безопасности роспуска составов на сортировочных горках // Сборник трудов 4-
19
й научно-практической конференции «Безопасность движения поездов».
Москва. 2005.
6. Шабельников А.Н., Соколов В.Н. Новейшие технологии
автоматизации технологических процессов на сортировочных станциях //
Сборник трудов Третьей международной научно-практической конференции
ТрансЖАТ-2006. С-Пб. 2006.
7. Шабельников А.Н., Соколов В.Н., Одикадзе В.Р., Даньшин А.И.,
Рогов С.А. Горочная автоматическая централизация микропроцессорная с
контролем накопления вагонов в сортировочном парке (ГАЦ МН) // Патент на
полезную модель № 51955. Зарегистрирован в Гос. реестре полезных моделей
РФ 10 марта 2006 г.
8.
Шабельников А.Н., Соколов В.Н., Одикадзе В.Р., Родионов Д.В.,
Даньшин А.И. Контрольно-диагностический комплекс станционных устройств
горочной автоматической централизации (КДК СУ ГАЦ) // Патент на полезную
модель № 56308. Зарегистрирован в Гос. реестре полезных моделей РФ 10
сентября 2006 г.
9.
Шабельников А.Н., Соколов В.Н. Ростовский филиал ВНИИАС –
развитие и перспективы / Автоматика, связь, информатика, 2006, № 2.
10. Шабельников А.Н., Соколов В.Н. Устройство управления
прицельным торможением // Патент на полезную модель № 54348.
Зарегистрирован в Гос. реестре полезных моделей РФ 27 июня 2006 г.
11. Шабельников А.Н., Соколов В.Н. Новые методы защиты стрелок
горочной централизации от перевода под подвижным составом // Сборник
трудов Третьей международной научно-практической конференции ТрансЖАТ2006. С-Пб. 2006.
12. Шабельников А.Н., Соколов В.Н., Одикадзе В.Р., Рогов С.А. Модуль
плавного управления тормозными средствами (МПУТС) // Патент на полезную
модель № 57700. Зарегистрирован в Гос. реестре полезных моделей РФ 27
октября 2006 г.
13. Шабельников А.Н., Шумский А.В., Соколов В.Н., Одикадзе В.Р.,
Бирюков И.А. Комплекс технических средств логической защиты стрелки (КТС
ЛЗС) // Патент на полезную модель № 52799. Зарегистрирован в Гос. реестре
полезных моделей РФ 27 апреля 2006 г.
14. Шабельников А.Н., Соколов В.Н., Одикадзе В.Р., Сапков И.Г.,
Даньшин А.И. Комплексная система автоматизации управления компрессорной
станцией (КСАУКС) // Патент на полезную модель № 59511. Зарегистрирован в
Гос. реестре полезных моделей РФ 27 декабря 2006 г.
15. Шабельников А.Н., Соколов В.Н. Новейшие технологии
автоматизации работы сортировочных станций // Автоматика, связь,
информатика, 2007, № 11.
20
Статьи в периодических научных изданиях, рекомендованных ВАК:
1. Шабельников А.Н., Соколов В.Н. Моделирование динамической
системы управления скоростью самопроизвольно движущегося объекта //
СКНЦ, приложение «Научная мысль Кавказа». № 13, 2001.
2. Шабельников А.Н., Соколов В.Н., Сарьян А.С. Импульсное
управление торможением отцепов с помощью автомата-советчика // Вестник
РГУПС, № 2, 2008 г.
3. Соколов В.Н. Методы прицельного вытормаживания отцепов //
Автоматика, связь, информатика, 2007, № 11.
Соколов Владислав Николаевич
КОМПЛЕКСНАЯ СИСТЕМА АВТОМАТИЗАЦИИ СОРТИРОВОЧНЫХ
ПРОЦЕССОВ: ТЕХНИЧЕСКОЕ, ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ, ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЕ
ОБЕСПЕЧЕНИЕ
Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата
технических наук
Подписано к печати: 28.05.2008 г. Формат 60х84/16.
Бумага офсетная. Печать офсетная. Усл. печ. л. 1.
Тираж 100. Заказ №
.
Ростовский государственный унив ерситет п утей сообщения
Ризография РГУПС.
Адрес университета: 344038, г. Ростов -на-Дон у, пл. Ростовского стрелкового
полка народного ополчения, 2.
Похожие документы
Скачать