Зміст
Введення
1. Вимоги до системи управління рухом
2. Постановка завдання
3. Перший етап моделювання. Формування математичної моделі
4. Другий етап моделювання. Реалізація машинної моделі
4.1 Блок схема.Основная схема
4.2 Лістинг програми
5. Модель руху поїзда розглянута в MatLab
Висновок
Введення
Американський математик Н. Вінер, засновник науки кібернетики, зазначав, що XVIII століття - це століття годин, XIX століття - це століття парових машин, даний час є вік зв'язку та управління. «Техніка нашого часу характеризується використанням складних комплексних систем, в яких переплітаються численні і різноманітні матеріальні, енергетичні та інформаційні потоки, що вимагають координації, управління та регулювання з швидкістю і точністю, не досяжними для уваги і пам'яті людини» [1]. Реалізація таких завдань управління можлива тільки з використанням технічних засобів автоматизації на базі обчислювальної техніки. Мікропроцесори стали входити до складу окремих засобів автоматики і контролю. Цифрова передача даних між окремими пристроями зробила обчислювальну мережу основою побудови систем управління.
В даний час автоматизація більшості технологічних процесів здійснюється на базі універсальних мікропроцесорних контролерні коштів, які в Росії отримали назву програмно-технічні комплекси (ПТК). [2]
ПТК представляють собою сукупність мікропроцесорних засобів автоматизації (мікропроцесорних контролерів, пристроїв зв'язку з об'єктом), дисплейних пультів оператора. ПТК призначені, в першу чергу, для створення розподілених систем управління технологічними процесами різної інформаційної потужності (від десятків вхідних / вихідних сигналів до сотні тисяч) у самих різних галузях промисловості.
Всі універсальні мікропроцесорні ПТК поділяються на класи [2,3], кожен з яких розрахований на певний набір виконуваних функцій і відповідний обсяг одержуваної і оброблюваної інформації про об'єкти управління.
1. контролер на базі персонального комп'ютера;
2. локальний програмований контролер;
3. мережевий комплекс контролерів;
4. розподілені мало масштабні системи управління;
5. повно масштабні розподілені системи управління.
В архітектурі автоматизованих систем управління технічних програм контролери займають місце між рівнем датчиків і виконавчих механізмів і системами верхнього рівня управління процесом. Основна функція контролерів в системі - збір, обробка та передача на верхній рівень первинної інформації, а також вироблення керуючих впливів на виконавчі механізми.
Більшість сучасних контролерів виготовляється за секційно-блочним принципом. Кожний логічний модуль являє собою окремий блок. Що при необхідності дозволяє замінювати лише окремі модулі без зміни архітектури всієї системи.
Основними функціональними елементами контролерів є:
· Корпус;
· Джерело живлення;
· Процесорний модуль;
· Модулі введення-виведення;
· Модулі зв'язку та інтерфейсів;
· Спеціалізовані модулі.
Всі сучасні програмовані логічні контролери (ПЛК) мають розвинені програмними засобами. Незважаючи на існування міжнародного стандарту на мови програмування програмованих логічних контролерів багато виробників постачають свої контролери технологічними мовами власного виробництва. Технологічні мови програмування дозволяють проводити опитування входів і виходів ініціалізацію, обробляти арифметичні і логічні інструкції, управляти таймерами-лічильниками, здійснювати зв'язок з іншими програмованими логічними контролерами і комп'ютером.
Введення програми в пам'ять контролера здійснюється за допомогою спеціальних програматорів або через інтерфейс комп'ютера. Майже кожен виробник разом з контролерами поставляє пакет програм для створення та налагодження контроллерной ПЗ на комп'ютері. Після налагодження програм контролери можуть зберігати їх у енергонезалежних ПЗУ, з яких програма перевантажується в ОЗУ після включення живлення або ініціалізації контролера.
Метою даного курсового проекту є розгляд завдання управління моделі залізниці.
Визначення меж проблемної області рішення про управління рухом поїздів необхідно приймати автоматично, і проводити контроль за всіма елементами залізниці з допомогою комп'ютера. Такі автоматичні і напівавтоматичні системи сьогодні існують в Швеції, Великобританії, Німеччини, Франції та Японії. Ефект від кожної з цих систем був і економічний, і соціальний; результатом їх впровадження стало зниження експлуатаційних витрат, підвищення ефективності використання ресурсів, безпека.
Система управління рухом виконує дві головні функції: вибір маршрутів залізничних перевезень та контроль систем, що забезпечують перевезення. Ці функції включають: планування перевезень, контроль місцезнаходження поїздів, контроль за перевезеннями, запобігання конфліктам, реєстрацію всіх операцій. На експлуатаційному рівні система управління рухом може містити сотні комп'ютерів: по одному на кожен поїзд, по одному на кожен блок інтерфейсу колійних пристроїв і по два на кожен диспетчерський центр. Система управління рухом повинна взаємодіяти з різноманітними датчиками і виконавчими механізмами.
З короткого проблемного аналізу чотирьох головних підзадач ми бачимо, що існують три високорівневі ключові абстракції:
· Маршрут
· Довжина маршруту
· Час проходження маршруту
· Запобігання зіткнень
· Реєстрацію всіх операцій
Кожен потяг характеризується поточним становищем на шляхах і може мати тільки один активний план руху. Аналогічно, в кожній точці шляху може бути найбільше один потяг. Кожен план відноситься тільки до одного поїзду, але до багатьох точках шляху.
Дану задачу розгляду моделі залізних дорого можна здійснити за допомогою представлення її покажчиками. Ця задача відноситься до класу задач представлення графа.
Для розробки даного курсового проекту необхідно
ЗНАТИ:
- Основні положення теорії ймовірностей, закони розподілу та числові характеристики випадкових величин, закони розподілу випадкових подій на залізничному транспорті;
- Основи математичної статистики і математичної обробки результатів спостережень, методи визначення параметрів емпіричних формул, основи теорії інформації;
- Зміст лінійного та динамічного програмування транспортних процесів;
- Теорію мережевого планування і управління;
- Основні положення теорії масового обслуговування та її застосування при вирішенні завдань, що виникають у процесі функціонування залізничних транспортних систем;
- Процедуру математичного моделювання транспортних процесів.
ВМІТИ:
- Обробляти статистичні дані, перевіряти гіпотези про закони розподілу випадкових величин за критеріями згоди, проводити кореляційний аналіз;
- Вирішувати завдання оптимізації транспортних процесів з використанням лінійного та динамічного програмування;
- Застосовувати теорію ймовірностей і теорію масового обслуговування при вирішенні транспортних локальних завдань;
- Будувати мережеві графіки та лінійні діаграми транспортних процесів, розраховувати їх основні параметри;
- Розробляти елементарні математичні моделі описують окремі підсистеми транспортного комплексу.
БУТИ ОЗНАЙОМЛЕНИЙ:
- З основами теорії дослідження операцій при аналізі функціонування та оптимізації процесів, що відбуваються на транспорті;
- З основами теорії надійності транспортних систем;
- З можливостями використання ПЕОМ при вирішенні оптимізаційних транспортних завдань, включаючи моделювання транспортних процесів;
- З процедурою розробки програмного забезпечення при вирішенні транспортних задач.
В даний час є велика кількість прикладних програм, що дозволяють використовувати їх для автоматизованого проектування систем. Однією з таких програм є прикладна програма MatLab + Simulink. Прикладна програма Simulink і її підпрограма Control System Toolbox - інструментарій систем управління - призначений для моделювання, аналізу і проектування безперервних автоматичних систем. Пакет реалізує методи дослідження динамічних систем, в основу яких покладені функції і графічні моделі.
1. Вимоги до системи управління рухом
Система управління рухом виконує дві головні функції: вибір маршрутів залізничних перевезень та контроль систем, що забезпечують перевезення. Ці функції включають: планування перевезень, контроль місцезнаходження поїздів, контроль за перевезеннями, запобігання конфліктів, прогнозування порушенні, реєстрацію всіх операцій.
Рис.1. Система управління рухом
Система аналізу і відображення інформації на локомотиві складається з безлічі дискретних і аналогових датчиків для контролю за такими параметрами, як температура, тиск масла, кількість палива, напруга і сила струму на генераторі, число обертів вала двигуна в хвилину, температура води, тягова потужність. Значення параметрів з датчиків надходять до машиніста через дисплейних систему, а до диспетчера і обслуговуючому персоналу поза поїзда - через мережу. Попередження або сигнал тривоги видається і реєструється щоразу, коли показання датчика виходять за межі нормального режиму. Журнал показань датчиків використовується при проведенні експлуатаційних робіт і для управління витратою палива.
Система управління енергією в режимі реального часу підказує інженеру поїзда, як найбільш ефективно використовувати установку. Вхідними даними для цієї системи є: профіль і якість шляху, обмеження за швидкістю, розклад, завантаження поїзда, максимальна потужність, що розвивається. Виходячи з цих даних, система може визначити оптимальний по витраті палива режим роботи рухових установок, узгоджується з заданим розкладом і вимогами безпеки. Рекомендації системи, профіль і якість шляху, місце розташування і швидкість поїзда можуть відображатися за допомогою бортової системи індикації.
Бортова система індикації забезпечує людино-машинний інтерфейс для машиніста. На неї може виводитися інформація з системи аналізу і відображення інформації на локомотиві, системи управління енергією і блоку управління даними. Спеціальні клавіші дозволяють машиністу переглядати різні дані.
Блок управління даними являє собою шлюз між усіма бортовими системами поїзда і глобальною мережею передачі даних, до якої підключені всі поїзди, диспетчери і інші користувачі.
Відстеження маршрутів руху поїздів здійснюється за допомогою підключених до мережі передачі даних відповідачів місця розташування та глобальної супутникової системи вказівки місця розташування. Система аналізу і відображення інформації на локомотиві може обчислювати пройдений шлях за допомогою лічильника, підраховують кількість обертів колеса. Ця інформація доповнюється даними відповідачів місця розташування, які розміщені через кожен кілометр шляху або частіше (на найважливіших розвилках). Відповідачі передають інформацію про себе на минаючі поїзда (використовуючи блок управління даними), що дозволяє більш точно визначити місце розташування.
Блок інтерфейсу колійних пристроїв розміщується там, де є будь-яке керований пристрій (наприклад, стрілка), або датчик (наприклад, інфрачервоний датчик для виявлення перегріву підвісок коліс). Кожен блок інтерфейсу отримує команди (наприклад, команди на включення і виключення сигналу) від локального наземного контролера. Пристрої можуть бути переведені в ручний режим управління. Крім того, кожен пристрій може повідомляти свої настановні параметри. Наземний контролер транслює інформацію на блоки інтерфейсу колійних пристроїв і назад, а також на що проходять повз поїзда і назад. Контролери розташовані вздовж залізничної колії через такі відстані, щоб будь-який потяг завжди знаходився в зоні дії хоча б одного з них.
Кожен наземний контролер передає свою інформацію на об'єднану систему управління мережею. Зв'язок між системою управління мережею і наземним контролером може здійснюватися по радіо в мікрохвильовому діапазоні, по наземних лініях або по оптоволокну в залежності від віддаленості даного контролера. Система управління мережею забезпечує функціонування всієї мережі. Вона може автоматично направляти інформацію по іншому маршруту в мережі, якщо на одному з шляхів відбудеться відмова обладнання.
Система управління мережею, у свою чергу, приєднується до одного чи декількох диспетчерським центрам, які об'єднані в систему управління операціями. Система управління мережею з'єднана і з іншими користувачами. У системі управління операціями диспетчери можуть задавати маршрути поїздів і відстежувати їх пересування. Для управління різними ділянками виділяються окремі диспетчери, кожна диспетчерська керуюча консоль відповідає за одну або кілька територій. Маршрутизація поїздів на увазі видачу інструкцій для автоматичного перекладу поїзда зі шляху на шлях, установку обмеження швидкості, керування пропуском автомобілів на переїздах, дозвіл і заборона руху поїзда в залежності від зайнятості певних ділянок шляху. Диспетчери можуть спостерігати за станом шляхів попереду за маршрутом поїзда і передавати цю інформацію машиністу. Потяги можуть бути зупинені системою управління операціями, коли виявляється небезпека (вихід поїзда з графіка, пошкодження шляху, можливість зіткнення). Диспетчери можуть також викликати на екран будь-яку інформацію, доступну машиністам окремих поїздів, розіслати розпорядження з руху, встановити параметри колійних пристроїв і переглянути план руху.
Розташування шляхів та шляхове обладнання можуть з часом змінюватися. Число поїздів і маршрути їх руху можуть змінюватися щодня. Система повинна забезпечувати можливість підключення нових датчиків, мереж та обладнання, виконаних за більш досконалим технологіям.
На врізці сформульовані основні вимоги до системи управління рухом поїздів. Очевидно, вони сильно спрощені. На практиці детальні вимоги до великої системі виробляються після демонстрації життєздатності програмного рішення проблеми. При цьому аналіз скасовує сотні людино-місяців праці за участю експертів в даній області і користувачів системи. У кінцевому рахунку вимоги до системи можуть складатися з тисяч сторінок документації, специфицирующих не тільки базову поведінку, але й такі деталі, як макети форм інтерфейсу.
У даному курсовому проекті ми розглянемо не всі вимоги, а тільки їх малу частину. Введення
1. Вимоги до системи управління рухом
2. Постановка завдання
3. Перший етап моделювання. Формування математичної моделі
4. Другий етап моделювання. Реалізація машинної моделі
4.1 Блок схема.Основная схема
4.2 Лістинг програми
5. Модель руху поїзда розглянута в MatLab
Висновок
Введення
Американський математик Н. Вінер, засновник науки кібернетики, зазначав, що XVIII століття - це століття годин, XIX століття - це століття парових машин, даний час є вік зв'язку та управління. «Техніка нашого часу характеризується використанням складних комплексних систем, в яких переплітаються численні і різноманітні матеріальні, енергетичні та інформаційні потоки, що вимагають координації, управління та регулювання з швидкістю і точністю, не досяжними для уваги і пам'яті людини» [1]. Реалізація таких завдань управління можлива тільки з використанням технічних засобів автоматизації на базі обчислювальної техніки. Мікропроцесори стали входити до складу окремих засобів автоматики і контролю. Цифрова передача даних між окремими пристроями зробила обчислювальну мережу основою побудови систем управління.
В даний час автоматизація більшості технологічних процесів здійснюється на базі універсальних мікропроцесорних контролерні коштів, які в Росії отримали назву програмно-технічні комплекси (ПТК). [2]
ПТК представляють собою сукупність мікропроцесорних засобів автоматизації (мікропроцесорних контролерів, пристроїв зв'язку з об'єктом), дисплейних пультів оператора. ПТК призначені, в першу чергу, для створення розподілених систем управління технологічними процесами різної інформаційної потужності (від десятків вхідних / вихідних сигналів до сотні тисяч) у самих різних галузях промисловості.
Всі універсальні мікропроцесорні ПТК поділяються на класи [2,3], кожен з яких розрахований на певний набір виконуваних функцій і відповідний обсяг одержуваної і оброблюваної інформації про об'єкти управління.
1. контролер на базі персонального комп'ютера;
2. локальний програмований контролер;
3. мережевий комплекс контролерів;
4. розподілені мало масштабні системи управління;
5. повно масштабні розподілені системи управління.
В архітектурі автоматизованих систем управління технічних програм контролери займають місце між рівнем датчиків і виконавчих механізмів і системами верхнього рівня управління процесом. Основна функція контролерів в системі - збір, обробка та передача на верхній рівень первинної інформації, а також вироблення керуючих впливів на виконавчі механізми.
Більшість сучасних контролерів виготовляється за секційно-блочним принципом. Кожний логічний модуль являє собою окремий блок. Що при необхідності дозволяє замінювати лише окремі модулі без зміни архітектури всієї системи.
Основними функціональними елементами контролерів є:
· Корпус;
· Джерело живлення;
· Процесорний модуль;
· Модулі введення-виведення;
· Модулі зв'язку та інтерфейсів;
· Спеціалізовані модулі.
Всі сучасні програмовані логічні контролери (ПЛК) мають розвинені програмними засобами. Незважаючи на існування міжнародного стандарту на мови програмування програмованих логічних контролерів багато виробників постачають свої контролери технологічними мовами власного виробництва. Технологічні мови програмування дозволяють проводити опитування входів і виходів ініціалізацію, обробляти арифметичні і логічні інструкції, управляти таймерами-лічильниками, здійснювати зв'язок з іншими програмованими логічними контролерами і комп'ютером.
Введення програми в пам'ять контролера здійснюється за допомогою спеціальних програматорів або через інтерфейс комп'ютера. Майже кожен виробник разом з контролерами поставляє пакет програм для створення та налагодження контроллерной ПЗ на комп'ютері. Після налагодження програм контролери можуть зберігати їх у енергонезалежних ПЗУ, з яких програма перевантажується в ОЗУ після включення живлення або ініціалізації контролера.
Метою даного курсового проекту є розгляд завдання управління моделі залізниці.
Визначення меж проблемної області рішення про управління рухом поїздів необхідно приймати автоматично, і проводити контроль за всіма елементами залізниці з допомогою комп'ютера. Такі автоматичні і напівавтоматичні системи сьогодні існують в Швеції, Великобританії, Німеччини, Франції та Японії. Ефект від кожної з цих систем був і економічний, і соціальний; результатом їх впровадження стало зниження експлуатаційних витрат, підвищення ефективності використання ресурсів, безпека.
Система управління рухом виконує дві головні функції: вибір маршрутів залізничних перевезень та контроль систем, що забезпечують перевезення. Ці функції включають: планування перевезень, контроль місцезнаходження поїздів, контроль за перевезеннями, запобігання конфліктам, реєстрацію всіх операцій. На експлуатаційному рівні система управління рухом може містити сотні комп'ютерів: по одному на кожен поїзд, по одному на кожен блок інтерфейсу колійних пристроїв і по два на кожен диспетчерський центр. Система управління рухом повинна взаємодіяти з різноманітними датчиками і виконавчими механізмами.
З короткого проблемного аналізу чотирьох головних підзадач ми бачимо, що існують три високорівневі ключові абстракції:
· Маршрут
· Довжина маршруту
· Час проходження маршруту
· Запобігання зіткнень
· Реєстрацію всіх операцій
Кожен потяг характеризується поточним становищем на шляхах і може мати тільки один активний план руху. Аналогічно, в кожній точці шляху може бути найбільше один потяг. Кожен план відноситься тільки до одного поїзду, але до багатьох точках шляху.
Дану задачу розгляду моделі залізних дорого можна здійснити за допомогою представлення її покажчиками. Ця задача відноситься до класу задач представлення графа.
Для розробки даного курсового проекту необхідно
ЗНАТИ:
- Основні положення теорії ймовірностей, закони розподілу та числові характеристики випадкових величин, закони розподілу випадкових подій на залізничному транспорті;
- Основи математичної статистики і математичної обробки результатів спостережень, методи визначення параметрів емпіричних формул, основи теорії інформації;
- Зміст лінійного та динамічного програмування транспортних процесів;
- Теорію мережевого планування і управління;
- Основні положення теорії масового обслуговування та її застосування при вирішенні завдань, що виникають у процесі функціонування залізничних транспортних систем;
- Процедуру математичного моделювання транспортних процесів.
ВМІТИ:
- Обробляти статистичні дані, перевіряти гіпотези про закони розподілу випадкових величин за критеріями згоди, проводити кореляційний аналіз;
- Вирішувати завдання оптимізації транспортних процесів з використанням лінійного та динамічного програмування;
- Застосовувати теорію ймовірностей і теорію масового обслуговування при вирішенні транспортних локальних завдань;
- Будувати мережеві графіки та лінійні діаграми транспортних процесів, розраховувати їх основні параметри;
- Розробляти елементарні математичні моделі описують окремі підсистеми транспортного комплексу.
БУТИ ОЗНАЙОМЛЕНИЙ:
- З основами теорії дослідження операцій при аналізі функціонування та оптимізації процесів, що відбуваються на транспорті;
- З основами теорії надійності транспортних систем;
- З можливостями використання ПЕОМ при вирішенні оптимізаційних транспортних завдань, включаючи моделювання транспортних процесів;
- З процедурою розробки програмного забезпечення при вирішенні транспортних задач.
В даний час є велика кількість прикладних програм, що дозволяють використовувати їх для автоматизованого проектування систем. Однією з таких програм є прикладна програма MatLab + Simulink. Прикладна програма Simulink і її підпрограма Control System Toolbox - інструментарій систем управління - призначений для моделювання, аналізу і проектування безперервних автоматичних систем. Пакет реалізує методи дослідження динамічних систем, в основу яких покладені функції і графічні моделі.
1. Вимоги до системи управління рухом
Система управління рухом виконує дві головні функції: вибір маршрутів залізничних перевезень та контроль систем, що забезпечують перевезення. Ці функції включають: планування перевезень, контроль місцезнаходження поїздів, контроль за перевезеннями, запобігання конфліктів, прогнозування порушенні, реєстрацію всіх операцій.
Рис.1. Система управління рухом
Система аналізу і відображення інформації на локомотиві складається з безлічі дискретних і аналогових датчиків для контролю за такими параметрами, як температура, тиск масла, кількість палива, напруга і сила струму на генераторі, число обертів вала двигуна в хвилину, температура води, тягова потужність. Значення параметрів з датчиків надходять до машиніста через дисплейних систему, а до диспетчера і обслуговуючому персоналу поза поїзда - через мережу. Попередження або сигнал тривоги видається і реєструється щоразу, коли показання датчика виходять за межі нормального режиму. Журнал показань датчиків використовується при проведенні експлуатаційних робіт і для управління витратою палива.
Система управління енергією в режимі реального часу підказує інженеру поїзда, як найбільш ефективно використовувати установку. Вхідними даними для цієї системи є: профіль і якість шляху, обмеження за швидкістю, розклад, завантаження поїзда, максимальна потужність, що розвивається. Виходячи з цих даних, система може визначити оптимальний по витраті палива режим роботи рухових установок, узгоджується з заданим розкладом і вимогами безпеки. Рекомендації системи, профіль і якість шляху, місце розташування і швидкість поїзда можуть відображатися за допомогою бортової системи індикації.
Бортова система індикації забезпечує людино-машинний інтерфейс для машиніста. На неї може виводитися інформація з системи аналізу і відображення інформації на локомотиві, системи управління енергією і блоку управління даними. Спеціальні клавіші дозволяють машиністу переглядати різні дані.
Блок управління даними являє собою шлюз між усіма бортовими системами поїзда і глобальною мережею передачі даних, до якої підключені всі поїзди, диспетчери і інші користувачі.
Відстеження маршрутів руху поїздів здійснюється за допомогою підключених до мережі передачі даних відповідачів місця розташування та глобальної супутникової системи вказівки місця розташування. Система аналізу і відображення інформації на локомотиві може обчислювати пройдений шлях за допомогою лічильника, підраховують кількість обертів колеса. Ця інформація доповнюється даними відповідачів місця розташування, які розміщені через кожен кілометр шляху або частіше (на найважливіших розвилках). Відповідачі передають інформацію про себе на минаючі поїзда (використовуючи блок управління даними), що дозволяє більш точно визначити місце розташування.
Блок інтерфейсу колійних пристроїв розміщується там, де є будь-яке керований пристрій (наприклад, стрілка), або датчик (наприклад, інфрачервоний датчик для виявлення перегріву підвісок коліс). Кожен блок інтерфейсу отримує команди (наприклад, команди на включення і виключення сигналу) від локального наземного контролера. Пристрої можуть бути переведені в ручний режим управління. Крім того, кожен пристрій може повідомляти свої настановні параметри. Наземний контролер транслює інформацію на блоки інтерфейсу колійних пристроїв і назад, а також на що проходять повз поїзда і назад. Контролери розташовані вздовж залізничної колії через такі відстані, щоб будь-який потяг завжди знаходився в зоні дії хоча б одного з них.
Кожен наземний контролер передає свою інформацію на об'єднану систему управління мережею. Зв'язок між системою управління мережею і наземним контролером може здійснюватися по радіо в мікрохвильовому діапазоні, по наземних лініях або по оптоволокну в залежності від віддаленості даного контролера. Система управління мережею забезпечує функціонування всієї мережі. Вона може автоматично направляти інформацію по іншому маршруту в мережі, якщо на одному з шляхів відбудеться відмова обладнання.
Система управління мережею, у свою чергу, приєднується до одного чи декількох диспетчерським центрам, які об'єднані в систему управління операціями. Система управління мережею з'єднана і з іншими користувачами. У системі управління операціями диспетчери можуть задавати маршрути поїздів і відстежувати їх пересування. Для управління різними ділянками виділяються окремі диспетчери, кожна диспетчерська керуюча консоль відповідає за одну або кілька територій. Маршрутизація поїздів на увазі видачу інструкцій для автоматичного перекладу поїзда зі шляху на шлях, установку обмеження швидкості, керування пропуском автомобілів на переїздах, дозвіл і заборона руху поїзда в залежності від зайнятості певних ділянок шляху. Диспетчери можуть спостерігати за станом шляхів попереду за маршрутом поїзда і передавати цю інформацію машиністу. Потяги можуть бути зупинені системою управління операціями, коли виявляється небезпека (вихід поїзда з графіка, пошкодження шляху, можливість зіткнення). Диспетчери можуть також викликати на екран будь-яку інформацію, доступну машиністам окремих поїздів, розіслати розпорядження з руху, встановити параметри колійних пристроїв і переглянути план руху.
Розташування шляхів та шляхове обладнання можуть з часом змінюватися. Число поїздів і маршрути їх руху можуть змінюватися щодня. Система повинна забезпечувати можливість підключення нових датчиків, мереж та обладнання, виконаних за більш досконалим технологіям.
На врізці сформульовані основні вимоги до системи управління рухом поїздів. Очевидно, вони сильно спрощені. На практиці детальні вимоги до великої системі виробляються після демонстрації життєздатності програмного рішення проблеми. При цьому аналіз скасовує сотні людино-місяців праці за участю експертів в даній області і користувачів системи. У кінцевому рахунку вимоги до системи можуть складатися з тисяч сторінок документації, специфицирующих не тільки базову поведінку, але й такі деталі, як макети форм інтерфейсу.
2. Постановка завдання
Спроектувати на основі мікропроцесора контролер для моделі залізниці. Розглянути шлях, що складається із замкнутого кільця і тупиків зі стрілками на розгалуженнях, причому вважайте, що на шляхах перебувати один потяг з мотором постійного струму. Контролер повинен управляти маршрутами поїзда відповідно до надходять з клавіатури командами. Повинні бути передбачені, наприклад, такі команди:
1. Пройти найкоротшим маршрутом з даної точки в зазначений пункт призначення і зупинитися.
2. Піти в глухий кут.
3. Видати довжину маршруту.
Початкове положення поїздів можна вважати фіксованим і відомим мікропроцесору. Надалі він повинен стежити за становищем поїзда.
Вихідні дані:
1.Кількість зупинок на шляху
2.расстояніе між зупинками
3.начальная координата поїзда
4.конечная координата поїзда
5.тупік (відстань до тупика)
6.место положення стрілки
3. Перший етап моделювання. Формування моделі
На першому етапі моделювання формулюється модель, будується її формальна схема і власне вирішується питання про її ефективності та доцільності моделювання системи на обчислювальній машині.
Розглянемо шлях, що складається із замкнутого кільця і тупиків зі стрілками на розгалуженнях, причому вважаємо що на шляхах знаходиться один потяг з мотором постійного струму. Спроектуємо на основі мікропроцесора контролер для моделі залізниці.
Для того, щоб визначити положення поїздів і управляти їх рухом, всі шляхи розбиваються на ділянки. Присутність складу на ділянці можна визначити за споживаному цією ділянкою току. Для цього досить у ланцюг живлення рейки включити резистор. Якщо є споживання на ділянці, то на резисторі виникає падіння напруги, яка за допомогою спеціального підсилювача буде перетворено в логічний сигнал. У нашій моделі присутність потягу на даній ділянці буде визначатися по мітці.
У інтерфейс між мікропроцесором і залізницею будуть входити порт виводу для подачі напруги на кожну ділянку і біт порту введення для управління стрілкою.
Початкове положення поїздів можна вважати фіксованим і відомим мікропроцесору. Надалі він повинен стежити за їхнім становищем, керуючи їх переміщеннями, відповідно до надходять з клавіатури командами. Програма мікропроцесора повинна вміти знаходити найкоротші маршрути.
Графічно наше замкнуте кільце з тупиками можна представити у вигляді зваженого графа.
|
3 |
2 |
1 |
6 |
5 |
4 |
w |
e |
r |
t |
y |
x |
Рис.1 |
6u |
2u |
3u |
4u |
5u |
Ефективність і доцільність моделювання системи представленої графом, дає можливість розглянути повністю структуру системи руху поїзда по дорозі, не запускаючи його експериментально насправді, і зв'язки між елементами системи. Обхід даного графа, можливо, провести декількома способами розрахунку: аналітичним, імітаційним. Аналітичне моделювання-процес функціонування елементів системи записуються у вигляді деяких функціональних співвідношень або логічних умов. Імітаційне моделювання реалізує модель, алгоритм відтворює процес функціонування системи в часі, імітуються елементарні явища, що становлять процес, із збереженням їх логічної структури та послідовності перебігу в часі, що дозволяє за вихідними даними отримає відомості про стани процесу в певні моменти часу, що дають можливість оцінити характеристики системи. Імітаційний метод включає всі елементи реальної системи.
Методологічну основу побудови маршрутів складає розширена граф-модель, що реалізує подієве управління, що дозволяє проводити адаптацію алгоритмів побудови маршрутів, засновану на формальних маніпуляціях з об'єктами без зміни вихідної граф-моделі. Для графа залежності з управління
Введемо безліч предикатів
Вершини даного графа 1, 2, 3, 4, 5, 6 є зупинки; ребра-гілки залізниці; e, r, t, y, x, w, 1u, 2u ..- довжина шляху гілок; відгалуження від замкнутого кільця - тупики, разом відгалуження розташована стрілка. У даному курсовому проекті розглянута спрощена схема шляху, але на її основі можна буде розглянути модернізацію в бік ускладнення шляху і додавання поїздів.
Процес функціонування системи може бути реалізований за допомогою різних алгоритмів.
Побудова математичної моделі. Під математичною моделлю будемо розуміти процес встановлення відповідності даному реальному об'єкту певного математичного об'єкту і дослідження цієї моделі, що дозволяє отримувати характеристики аналізованого реального об'єкта. Модель об'єкта містить:
· Сукупність вхідних впливів - завдання початкової і кінцевої точки відправлення;
· Сукупність впливів зовнішнього середовища;
· Сукупність внутрішніх параметрів - довжини шляхів (швидкість, вільна або зайнята гілку за якою збирається рухатися потяг);
· Сукупність вихідних характеристик - довжина всього пройденого шляху (час його проходження, і висновок найкоротшого шляху).
1) Задаємо довжини окремих гілок графа, вони можуть бути представлені вектором:
P [e, r, t, y, x, w], всі елементи більше нуля.
2) Задаємо початкову координату або вершину відправлення, вона повинна бути істинною для заданого графа: номер вершини - nach, де 1 <= nach <= 6 тобто для нашого графа число натуральне ціле не більше числа вершин.
3) Задаємо кінцеву координату або вершину прибуття: номер вершини - kon, де 1 <= kon <= 6, натуральне і ціле.
4) Задаємо довжину до тупика: u, де u = 1u = 2u = ... = 6u, u> 0.
5) Вибери напрямок обходу: по годинникової стрілки або проти годинникової.
6) Шукаємо довжину шляху: алгоритм - за чергове підсумовування всіх довжин пройдених гілок, т.е.елементов вектора Р
S = [nach] + [nach +1] + ... + [nach + n], де nach + n = kon.
7) Задаємо чи піде поїзд у глухий кут. Якщо йде то до загального отриманого шляху додаємо довжину гілки глухого кута. Skon = S + u, де u елемент з вектора U [1u, 2u, 3u, 4u, 5u, 6u]
8) Задаємо середню швидкість проходження маршруту поїздом: V = v.
9) Обчислюємо час, витрачений на весь маршрут: T = Skon / v
4. Другий етап моделювання. Реалізація машинної моделі
На другому етапі математичну модель втілюється в машинну модель, тобто вирішується проблема алгоритмізації моделі, її раціонального розбиття на блоки і організації інтерфейсу між ними. Реалізація алгоритму представлена на мові турбо паскаль.
4.1 Блок схема
Основна схема
SHAPE \ * MERGEFORMAT
m1: |
початок |
nash> n |
goto m1 |
m2: |
kon> n |
gotom2 |
Невірний введення |
kon |
Невірний введення |
1 |
немає |
та |
та |
немає |
nash |
SHAPE \ * MERGEFORMAT
new (tek) perv: = tek |
kon: = 1 |
perv ^. zn: = false |
perv ^. zn: = true |
tek ^. s |
tek ^. zln: = nil tek ^. lln: = nl pzed: = perv pzev1: = perv |
i: = 2, n |
new (tek) pzed ^. Rln: = tek tek ^. lln: = pzed |
tek ^. s |
tek ^. Rln: = nil pzed: = tek |
i = kon |
pezv1: = tek |
i = nash |
Tek ^. Zn: = false |
Tek ^. Zn: = true |
2 |
dl |
1 |
та |
немає |
та |
немає |
та |
немає |
SHAPE \ * MERGEFORMAT
2 |
tek ^. Rln: = pezv pzed ^.: = tek |
m3: |
zn |
zn |
poisk1 |
Poisk2 |
'Y', y |
'N', n |
m3: |
znash |
кінець |
Невірний введення |
else |
SHAPE \ * MERGEFORMAT
початок |
tek: = pezv1 znash: = 0 |
tek ^. zn: = false |
znash: = tek ^. s + znash tek: = tek ^. zln |
znash: = znash + dl |
кінець |
початок |
tek: = pezv1 znash: = 0 cx: = 0 |
tek ^. zn: = false |
znash: = tek ^. lln ^. s + znash tek: = tek ^. lln cx: = xx +1 |
znash: = znash + dl |
кінець |
Poisk1: |
Poisk2: |
4 .2 Лістинг програми
| program u; uses crt; label m1, m2, m3; const n = 5; type uk = ^ zap; zap = record s: integer; zn: boolean; Lln: uk; Rln: uk; end; var zn: char; perv, tek, divd, perv1: uk; met: boolean; i, nash, kon, znash, dl: integer; | Блок описів: Завдання назви програми, завдання існуючих міток, констант (n = 5) - завдання точного числа зупинок на шляху, завдання типів змінних: цілочисельних даних, логічних змінних, логічні мітки, символьні змінні. |
| procedure poisk1; begin tek: = perv1; znash: = 0; while tek ^. zn = false do begin znash: = tek ^. s + znash; tek: = tek ^. rln; end; writeln (''); znash: = znash + dl; end; | Процедура пошуку і завдання початкової координати, і знаходження сумарного шляху за годинниковою стрілкою. |
| procedure poisk2; var cx: integer; begin tek: = perv1; znash: = 0; cx: = 0; tek: = perv1; while tek ^. zn = false do begin cx: = cx +1; znash: = tek ^. lln ^. s + znash; tek: = tek ^. lln; end; znash: = znash + dl; end; | Процедура пошуку і завдання початкової координати, і знаходження сумарного шляху проти годинникової стрілки. |
| begin clrscr; m1: writeln ('Vvedite nomer nashalnoi koordinati'); readln (nash); if nash> n then begin writeln ('Nevernii vvod'); goto m1; end; m2: writeln ('Vvedite nomer koneshnoi koordinati'); readln (kon); if kon> n then begin writeln ('Nevernii vvod'); goto m2; end; writeln ('Vvedite put do tupika'); readln (dl); | Вводимо початкові координати Якщо початкова координата більше загального числа можливих зупинок на шляху, виводиться помилка. Введення кінцевої координати Якщо кінцева координата більше загального числа можливих зупинок на шляху, виводиться помилка. Введення відстані до глухого кута |
| new (tek); perv: = tek; if kon = 1 then perv ^. zn: = true else perv ^. zn: = false; writeln ('Vvedite put 1'); readln (tek ^. s); tek ^. Rln: = nil; tek ^. Lln: = nil; divd: = perv; perv1: = perv; for i: = 2 to n do begin new (tek); divd ^. Rln: = tek; tek ^. lln: = divd; writeln ('Vvedite put', i); readln (tek ^. s); tek ^. Rln: = nil; divd: = tek; if i = nash then perv1: = tek; if i = kon then tek ^. zn: = true else tek ^. zn: = false; end; tek ^. Rln: = perv; perv ^. Lln: = tek; | Тут задається питання про величину кожної окремо гілки. Завдання величини довжини шляху до тупика при переході по стрілці |
| m3: writeln ('Vvedite napravlenie:'); writeln ('Y-Po shasovoi strelke'); writeln ('N-Protiv shasovoi strelki'); zn: = readkey; case zn of 'Y', 'y': poisk1; 'N', 'n': poisk2; else begin writeln ('Nevernii vvod, povtorite ese ras'); goto m3; end; end; writeln ('Proidennii put:', znash); readkey; end. | Вводиться напрямку руху яке вважається більш оптимальним, тобто задається рух поїзда по годинникової стрілки або проти годинникової. Y-за годинниковою X-проти годинникової При помилки введення неправильного значення видається прохання введення ще раз. Висновок довжини пройденого шляху |
(Рис.2)
Це результат роботи програми, у якій розглянута задача знаходження шляху, перемикання напрямків руху, а також робота стрілки.
5. Модель руху поїзда розглянута в MatLab
Для того щоб знати розташування в даний момент потяги на маршруті, використовуємо пакет Simulink у програмі MatLab. Розглянемо граф з перехідною міткою, що стоїть в тій вершині, в якій перебуває поїзд в конкретний момент часу. Дана модель є динамічним об'єктом. Динамічний об'єкт - це об'єкт, поведінка (вихід) якого залежить не тільки від поточного значення вхідних впливів (сигналів), але і від їх значень в попередні моменти часу. Модель знаходить найкоротший шлях і йде по ньому. Тобто в дану модель включено цифровий пристрій - лічильник часу.
Модель виявлення поїзда на шляхах (логічна схема).
Дана логічна схема забезпечує зручний і наочний візуальний контроль за поведінкою віртуальної моделі залізниці. Достатньо лише запустити Simulink у режимі симуляції створеної моделі системи. Після запуску програма визначає початкову та кінцеву станцію, знаходить найкоротший маршрут руху, запускається лічильник часу, і вироблятися переміщення мітки поїзда по вершинах до кінцевої станції. Для зміни кінцевої і початкової станції досить редагувати лише два блоки: Data Store Read - початкова вершина, Data Store Read1-кінцева вершина
Вхідні дані до логічної схемою:
е1 - кінцева станція 1
е2 - кінцева станція 2
є3 - кінцева станція 3
є4 - кінцева станція 4
Е5 - кінцева станція 5
с1 - поточна станція 1
с2 - поточна станція 2
с3 - поточна станція 3
с4 - поточна станція 4
С5 - поточна станція 5
s - кінцева станція.
Надходять на входи у вигляді двійкового сигналу
Логічна функція реалізованої моделі
з1 = е1
с2 = е2
с3 = є3
с4 = є4
С5 = Е5
s = c1
Висновок
У ході виконання курсового проекту за темою модель залізниці були реалізовані поставлені завдання проходження поїздом залізно дорожнього шляху. Зроблена віртуальна модель здатна проходити шлях від заданої початкової, до заданої кінцевої точки за певний час, перемикати стрілку, знаходити найкоротший маршрут руху і вважати довжину пройденого шляху. Розроблена віртуальна модель допомагає у спостереженні та вивченні руху поїзда. Ускладнення даної моделі може йти в бік збільшення числа поїздів, поява шлагбаумів.
Використання даного проекту може бути реалізовано в управлінні руху поїздів. У розділі Вимоги до системи управління рухом, розглянуті основні проблеми і дана робота допоможе у вирішенні деяких з них.
Список використаної літератури
1. Вінер М. Кібернетика, або управління і зв'язок в тварині і машині. М.: «Радянське радіо» .1958. 215с.
2. Іцкович Е.Л. Як вибирати контролерні кошти. http://archive.expert.ru
3. Дьяконов В.П. SIMULINK 5/6/7. М.: «ДМК Пресс», 2008
4. Моргун О.М. Довідник з Turbo Pascal для студентів. М.: «Діалектика», 2006.
5. Елліот Б. Коффман Turbo Pascal. М.: «Вільямс», 2005.
6. http://pascalstudy.narod.ru/
7. http://www.pascalguru.com/