2

2 Дослідження структур існуючих систем мікропроцесорних централізацій

2.1 Побудова графа структур мікропроцесорних централізацій

При аналізі публікацій [19, 8, 22, 23, 24], виявлено, що деякі методи дослідження систем є складними для розуміння, або ж не застосовувалися до систем керування (СК) руху поїздів на станції.

Для дослідження структур систем МПЦ пропонується використовувати графоаналітичний метод, який є простим та зрозумілим для спеціаліста, обслуговуючого персоналу, проектувальника.

На основі даного методу можливо виявити критичні структурні властивості, що призводять до зниження ефективності функціонування СК. Дослідження проводять шляхом порівняльного структурного аналізу.

Графоаналітичний метод дослідження, що оснований на теорії графів, має такі особливості [26]:

 універсальність (уніфікованість) та поширеність;

 структурність;

 розвинений математичний апарат для кількісного аналізу;

 зручне представлення на електронно-обчислювальній машині.

Графом системи керування називається граф, в якому безліч вершин X інтерпретує безліч елементів СК, а безліч ребер U – безліч зв'язків між ними (2.1).

G=G(X,U), (2.1)

де Х – множина елементів СК;

U – множина ребер СК.

Для дослідження використовується графічний (у вигляді діаграми) та матричний способи представлення графа.

Структура графічного опису дає уявлення про будову системи. Важливу роль відіграють напрям і характер зв'язків.

Діаграма графа ілюструє безліч точок, розташованих на площині, що інтерпретують вершини графа та множину жорданових дуг, що з'єднують ці точки та інтерпретують ребра графа. Вершини графа на діаграмі зображені як окружності з номерами всередині [28].

Для дослідження СК використовуються структури мікропроцесорних централізацій стрілок і сигналів МПЦ-У, МПЦ-Ebilock-950, МПЦ «НВП«САТЕП», МПЦ-Іпуть, МПЦ-МПК для керування та контролю п’ятьма об’єктами приколійних пристроїв.

Елементи структури системи МПЦ-У (додаток А) відповідають вершинам графа СК МПЦ-У (таблиця 2.1). Зв’язок між рівнями та елементами системи в графі показано жордановими дугами (рисунок 2.1).

Таблиця 2.1 – Відповідність елементів структури МПЦ-У до вершин графа

Рівні ієрархії	Елемент структури	Вершина графа
Рівень виконавця	ДСП	1
	ШН	2
	Налаштувальник	3
Рівень забезпечення та планування	АРМ–ДСП (основний)	4
	АРМ–ДСП(резервний)	5
	АРМ – ШН	6
	АРМ – КПФ	7
Мережа	Комутатор зв`язку 1	8
	Комутатор зв`язку 2	9
Рівень керування та контролю	Обчислювач керуючий	10
	Обчислювач керуючий	11
	Обчислювач керуючий	12
Мережа	Модуль зв`язку	13,14,15
Рівень спряження	Мікропроцесор 1	16,18,20,22,24
	Мікропроцесор 2	17,19,21,23,25
	З’єднання з приколійними пристроями	26,27,28,29,30

Рисунок 2.1 – Граф структури системи МПЦ-У

Елементи структури системи Ebilock-950 (додаток А) відповідають вершинам графа СК Ebilock-950 (таблиця 2.2). Зв’язок між рівнями та елементами системи показано дугами в графі.

Таблиця 2.2 – Відповідність елементів структури системи МПЦ-Ebilock-950 до вершин графа

Рівні ієрархії	Елемент структури	Вершина графа
Рівень виконавця	ДСП	1
	ШН	2
Рівень забезпечення та планування	АРМ – ДСП (основний)	3
	АРМ – ДСП (резервний)	4
	АРМ – ШН	5
Мережа	Мережа зв`язку	6
Рівень керування та контролю	Центральний комп`ютер 1	7
	Центральний комп`ютер 2	8
Мережа	Мережа зв`язку	9
Рівень спряження	Концентратор	10
	Об`єктні контролери	11,12,13,14,15

Технічне забезпечення мережі зв’язку позначається як вершина графа (рисунок 2.2).

Рисунок 2.2 – Граф структури системи МПЦ-Ebilock-950

В структурі системи МПЦ-МПК (додаток А) застосовується технічне забезпечення керування та контролю допоміжними та додатковими постовими пристроями. При побудові графа системи керування МПЦ-МПК ці пристрої не враховуються, бо для дослідження приймається, що система керує та контролює п’ять приколійних пристроїв.

Елементи структури системи МПЦ-МПК відповідають вершинам графа СК МПЦ-МПК (таблиця 2.3).

Таблиця 2.3 – Відповідність елементів структури МПЦ-МПК до вершин графа

Рівні ієрархії	Елемент структури	Вершина графа
Рівень виконавця	Оператор	1
	ДСП	2
	ШН	3
Рівень забезпечення та планування	АРМ оператора	4
	АРМ – ДСП (основний)	5
	АРМ – ДСП (резервний)	6
	АРМ – ШН	7
Мережа	Комутатор зв’язку А	8
	Комутатор зв’язку Б	9
Рівень керування та контролю	Контролер А	10,12
	Контролер Б	11,13
	Контролер комплектів	14,15
Мережа	Шина даних А	16
	Шина даних Б	17
Рівень спряження	Контролери спряженняА	18,20
	Контролери спряженняБ	19,21
	З’єднання з приколійними пристроями	22,23,24,25,26

Зв’язок між рівнями та елементами системи показано дугами в графі (рисунок 2.3).

Рисунок 2.3 – Граф структури системи МПЦ-МПК

Елементи структури системи МПЦ-Іпуть (додаток А) відповідають вершинам графа СК МПЦ-Іпуть (таблиця 2.4). Зв’язок між рівнями та елементами системи показано дугами в графі (рисунок 2.4).

Таблиця 2.4 – Відповідність елементів структури МПЦ-Іпуть до вершин графа

Рівні ієрархії	Елемент структури	Вершина графа
Рівень виконавця	ДСП	1
	ШН	2
Рівень забезпечення та планування	АРМ – ДСП (основний)	3
	АРМ – ДСП (резервний)	5
	АРМ СДПР – ДСП	4
	АРМ – ШН	6
Мережа	Основна шина зв’язку	7
	Резервна шина зв’язку	8
Рівень керування та контролю	Ядро МПЦ (комплект 1)	9,10
	Ядро МПЦ (комплект 1)	11,12
Мережа	Мережа (основна)	13
	Мережа (резервна)	14
Рівень спряження	Блоки спряження	15,16,17,18

Блоки спряження в структурі системи МПЦ-Іпуть розділяються на дві вершини так як застосовуться блоки як по контролю так і по керуванню.

Рисунок 2.4 – Граф структури системи МПЦ-Іпуть

Елементи структури системи МПЦ «НПП«САТЕП» відповідають вершинам графа СК МПЦ «НВП« САТЕП » (таблиця 2.5).

Таблиця 2.5 – Відповідність елементів структури МПЦ «НВП«САТЕП» до вершин графа

Рівні ієрархії	Елемент структури	Вершина графа
Рівень виконавця	ДСП	1
	ШН	2
Рівень забезпечення та планування	АРМ – ДСП (основний)	3
	АРМ – ДСП (резервний)	4
	АРМ – ШН	5
Мережа	Комутатор зв’язку 1	6
	Комутатор зв’язку 2	7
Рівень керування та контролю	Процесорний модуль 1	8
	Процесорний модуль 2	9
	Процесорний модуль 3	10
Мережа	Мережа (канал 1)	11
	Мережа (канал 2)	12
Рівень спряження	Модулі вводу-виводу	13,14,15,16,17

При створенні графу системи керування МПЦ «НВП«САТЕП» комутатори зв’язку в структурі та канали зв’язку мереж, позначаються як вершини графа.

До рівня спряження відносяться п’ять модулів керування і контролю та комутатори зв’язку. Від кожного модуля керування інформація потрапляє у два комутатори зв’язку, що на графі позначається жордановими дугами з вершин 13, 14, 15, 16, 17 в вершини 11 та 12 (рисунок 2.5) [24].

Рисунок 2.5 – Граф структури системи МПЦ «НВП« САТЕП »

2.2 Дослідження структур систем керування на основі графоаналітичного методу

У результаті представлення графів структур систем керування виявлено, що вони є орієнтованими, тобто дуги графів мають напрямок, тому вони являються орграфами. З них, використовуючи матричний спосіб представлення, можна отримати матриці для математичного дослідження графів.

Матрицею суміжності орграфа, що має n вершин, називається матриця, елемент якої а_ij = 1, якщо вершина i суміжна до вершини j (тобто дуга спрямована від вершини i до вершини j) та а_ij = 0 в іншому випадку (2.2) [43].

A=|| а_ij ||nхn, (2.2)

де n – вершина графа;

а_ij – елемент матриці графа.

Матриця суміжності системи МПЦ-У представлена на рисунку 2.6.

Рисунок 2.6 – Матриця суміжності графа структури системи МПЦ-У

Матриця суміжності системи МПЦ-Ebilock-950 на рисунку 2.7.

Рисунок 2.7 – Матриця суміжності графа структури системи МПЦ-Ebilock-950

Матриця суміжності системи МПЦ-Іпуть представлена на та рисунку 2.8.

Рисунок 2.8 – Матриця суміжності графа структури системи МПЦ-Іпуть

Матриця суміжності системи МПЦ-МПК представлена на рисунку 2.9.

Рисунок 2.9 – Матриця суміжності графа структури системи МПЦ-МПК

Матриця суміжності системи МПЦ «НВП«САТЕП», яка має 17 вершин пре-дставлена на рисунку 2.10.

Рисунок 2.10 – Матриця суміжності графа структури системи

МПЦ«НВП« САТЕП »

Напівступені виходу вершини орграфа називається число інцидентних дуг, що виходять з вершини (2.3), а напівступені заходу – число інцидентних дуг, що заходять у вершину (2.4). Для визначення даної числової характеристики використовується матриця суміжності, в якій сума елементів рядка дорівнює напівступені виходу відповідної вершини, а сума елементів стовпця – напівступені заходу [43].

Дані характеристики обчислюються за формулами:

, (2.3)

, (2.4)

де і – напівступені виходу і заходу вершин i та j відповідно;

n – число вершин орграфа;

a_ij – елемент матриці суміжності A.

Ступінь p_i вершини i визначається як загальне число дуг, інцидентних даній вершині, тобто складанням напівступені заходу і виходу вершин [26]:

, (2.5)

Напівступені виходу та заходу вершин для графа структури СК МПЦ-У представлена в таблиці 2.6 та таблиці 2.7.

Таблиця 2.6 – Напівступені виходу та заходу вершин для графа структури системи МПЦ-У

Вершини	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
Pi+	2	1	1	3	3	3	3	7	7	5	5	5	11	11	11
Pj-	2	1	1	3	3	3	3	7	7	5	5	5	11	11	11
Pi	4	2	2	6	6	6	6	14	14	10	10	10	22	22	22

Величина Pi є результатом суми Pi⁺ та Pj^-. Максимальне значення Pi в таблиці напівступенів виходу та заходу свідчить про найбільш навантажений елемент в структурі системи керування.

Таблиця 2.7 – Напівступені виходу та заходу вершин для графа структури системи МПЦ-У

Вершини	16	17	18	19	20	21	22	23	24	25	26	27	28	29	30
Pi+	4	4	4	4	4	4	4	4	4	4	2	2	2	2	2
Pj-	4	4	4	4	4	4	4	4	4	4	2	2	2	2	2
Pi	8	8	8	8	8	8	8	8	8	8	4	4	4	4	4

Напівступені виходу та заходу вершин для графа структури СК Ebilock-950 представлена в таблиці 2.8.

Таблиця 2.8 – Напівступені виходу та заходу вершин для графа структури системи МПЦ-Ebilock-950

Вершини	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
Pi+	2	1	2	2	2	5	3	3	3	3	2	2	2	2	2
Pj-	2	1	2	2	2	5	3	3	3	3	2	2	2	2	2
Pi	4	2	4	4	4	10	6	6	6	6	4	4	4	4	4

Напівступені виходу та заходу вершин для графа структури СК МПЦ-Іпуть представлена в таблиці 2.9.

Таблиця 2.9 – Напівступені виходу та заходу вершин для графа структури системи МПЦ-Іпуть

Верши-ни.	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18
Pi+	3	1	3	3	3	3	8	8	3	3	3	3	4	4	1	1	1	1
Pj-	3	1	3	3	3	3	8	8	3	3	3	3	4	4	1	1	1	1
Pi	6	2	6	6	6	6	16	16	6	6	6	6	8	8	2	2	2	2