РИЖСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Институт железнодорожного транспорта

Проблемы оптимизации информационных и транспортных систем

СБОРНИК СТАТЕЙ

Рига 2009

Содержание

В. Любинский. Модели петлевых каналов микропроцессорной централизации 3

В. Любинский Микропроцессорное управление в тяговых приводах электропоездов 15

В. Любинский. Математический изоморфизм моделей информационных и транспортных систем 28

П. Балцкарс, В. Любинский. Оптимизация периодичности технического обслуживания электроподвижного состава ( ЭПС) на основе статистических данных об отказах. 46

В.С. Любинский. Марковские модели отказоустойчивых устройств систем железнодорожной автоматики и телемеханики (СЖАТ) 54

В. Любинский. Повышение надежности обьектных контроллеров в системе EBILOCK-950 66

В. Любинский, Л. Сергеева Сравнительный анализ стратегий технического обслуживания систем железнодорожной автоматики и связи. 86

Р.Балцкарс, В.Любинский. Оценка эффективности городского железнодорожного транспорта 105

V. Lubinskis, L. Sergeyeva. Informācijas un transporta sistēmu modeļu matemātiskais izomorfizms. 118

В. Любинский. Модели петлевых каналов микропроцессорной централизации

Аннотация:

В статье рассматриваются петлевые каналы связи микропроцессорной централизации.Анализируются преимущества и недостатки петлевых структур с проводными и волоконно-оптическими линиями связи. Обсуждаются перспективы применения петлевых структур на волоконно-оптических каналах в системах диспетчерской централизации. Разрабатываются математические модели петлевых каналов трех типов.Модели используются для выполнения сравнительного анализа качества петлевых каналов.

1.Петлевая структура каналов связи микропроцессорной централизации.

В структуре микропроцессорной централизацити EBILOK 950 можно выделить две подсистемы [ 1]:

подсистему верхнего уровня, включающую в себя центральный процессор;

подсистему нижнего уровня, куда входит локальная петлевая сеть, обьединяющая концентраторы и обьектные контроллеры, к которым подключены датчики и исполнительные элементы напольных устройств. В подсистеме нижнего уровня формируются и передаются в центральный процессор сообщения о состоянии напольных устройств.Локальная сеть может содержать несколько петлевых линий связи, подключенных через порты к центальному процессору.

Подсистема верхнего уровня обеспечивает прием информации, поступающей с устройств подсистемы нижнего уровня, ее обработку и формирование сообщений-приказов для напольных устройств нижнего уровня.

В подсистему нижнего уровня может входить одна или более петлевых линий связи.Каждая из петлей может содержать до 15 концентраторов. К концентраторам подключается до 8 обьектных контроллеров, которые в свою очередь связаны с напольными устройствами.Расстояние между концентраторами по данным , приведенным в [ 1], может доходить до 20 км, а при использовании блоков РСМ (Pusle Code Modulation) допустимое расстояние между отдельными петлевыми сетями и центральным процессром может быть увеличено.

На базе подобной сетевой структуры могут создаваться не только системы централизации локального типа для отдельных станций или железнодорожных узлов, но и системы диспетчерской централизации с удаленными на нескольок десятков километров от железнодорожных станций пунктами диспетчерского управления.

В стандартной конфигурации EBILOK 950, рис.1, используется типовая петлевая структура связи. Такая структура имеет ряд преимуществ:

 оперативное установление связи отправитель-адресат, т.к. в такой схеме связи нет необходимости решать задачу маршрутизации;

 высокая производительность, т.к. передача сообщений выполняется узловыми интерфейсами и на реализацию этой функции нет необходимости затрачивать ресурсы центрального процессора;

 низкая стоимость, т.к. петлевая технология позволяет просто реализовать распределительные механизмы переключения без применения сложных дорогостоящих централизованных устройств управления потоками данных.

Вместе с этим петлевые сети связи не свободны от некоторых недостатков.

Наиболее существенный недостаток петлевых структур связи – низкая надежность. Такие системы очень чувствительны к отказам узловых интерфейсов, появлению ошибок в сообщениях. Ошибки при передаче могут повлиять на правильное функционирование системы, имеющей петлевую организацию.Например, в результате искажения адреса приемника сообщение с искаженным адресом доставляется не по назначению. Искаженный адрес может вообще отсутствовать в системе, такой адрес не опознается системой и в этом случае по кольцу будет непрерывно циркулировать неопознанное сообщение. Для очистки петли от таких неопознанных сообщений используется процедура проверки петли и удаления сообщений, которые прошли по всей длине петли более одного раза и не были приняты ни одним узлом.

Однако более тяжелые последствия могут быть вследствие отказа узловых интерфейсов или обрывов в самой петле.Эти отказы приводят либо к нарушению доступа к петле, либо прекращению функционирования всей петли из-за ее последовательной однонаправленной организации.

Надежность локальных сетей с петлевой структурой может быть повышена с помощью резервной петли параллельно основной.

Основная и резервные петли выполняются из скрученных пар медных проводов и при отказах узловых интерфейсов или обрывах в одной из петель реализуется реконфигурация петли, в результате которой функционирование петли восстанавливается как показано на рис.2. Следует однако подчеркнуть, что одним из наиболее существенных факторов, вызывающих появление сбоев и отказов в локальных связных сетях микропроцессорной централизации, является влияние на эти сети электромагнитных помех.

Известно, что энергия электромагнитных помех, создаваемых, например, при контаткной коммутации электромагнитных реле оказывается в 20-40 раз выше энергии рабочих сигналов в микропроцессорах [ 2 ]. Кроме импульсных коммутационных помех на электронные узлы микропроцессорной централизации воздействуют импульсные помехи, создаваемые грозовыми разрядами, аварийными и коммутационными прооцессами в системах электроснабжения.

Поэтому проблема защиты локальных связных сетей микропроцессорной централизации от электромагнитных помех с целью повышения надежности и безопасности этих сетей является актуальной. Одним из направлений борьбы с влиянием электромагнитных помех на каналы связи является использование волоконно-оптических линий, которые обладают целым рядом преимуществ в сравнении с проводными линиями связи.

Волоконно-оптические линии не проводят электрический ток, поэтому они не подвержены влиянию электромагнитных полей. На поверхности волоконно-оптического кабеля полностью отсутствует электромагнитное излучение, поэтому здесь исключена возможность перекрестных помех.В волоконно-оптической линии связи не может возникнуть короткое замыкание, кроме этого потери в оптическом кабеле значительно меньше, чем у многих стандартных медных проводников. Свойство однонаправленности передачи световой энергии в оптических линиях связи хорошо согласуется с однонаправленным перемещением информации в петлевых структурах локальных связных сетей микропроцессорной централизации.

К перечисленным выше достоинствам оптических связных линий следует добавить то, что производительность волоконно-оптических петлевых систем может быть многократно увеличена в сравнении с обычными проводными или коаксиальными петлевыми системами. Это обстоятельство позволяет расширить функциональные возможности локальных связных сетей нижнего уровня микропроцессорной централизации.