Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

АВТОМАТИЗАЦИЯ ОБРАБОТКИ ДАННЫХ БОРТОВЫХ СИСТЕМ РЕГИСТРАЦИИ ТЕПЛОВОЗА

СОДЕРЖАНИЕ

Введение 2

1 Обзор предметной области 2

1.1 Дизельный двигатель. Принцип работы.

Основные параметры. Бортовые системы локомотива 2

1.2 Описание формата данных, получаемых

с бортовых систем регистрации тепловоза 2

2 Проектирование модулей автоматизированной

обработки данных бортовых систем регистрации тепловоза 2

2.1 Постановка задачи 2

2.2 Описание среды разработки 2

2.3 Описание структуры разрабатываемых модулей 2

2.4 Построение доверительных интервалов 2

2.4.1 Построение доверительного интервала для

математического ожидания при известной дисперсии 2

2.4.2 Построение доверительного интервала для

математического ожидания при неизвестной дисперсии 2

2.5 Кластерный анализ 2

2.6 Формальная постановка задачи кластеризации 2

2.7 Методы кластеризации 2

2.7.1 Метод k-means 2

2.7.2 Метод нечеткой кластеризации fuzzy c-means (FCM) 2

2.7.3 Метод горной кластеризации 2

2.7.4 Субтрактивный метод кластеризации 2

2.7.5 Сравнительный анализ рассмотренных

методов кластеризации 2

2.8 Описание графического интерфейса

пользователя разрабатываемых модулей 2

3 Реализация модулей автоматизированной обработки данных бортовых систем регистрации тепловоза 2

3.1 Обработка входных данных 2

3.2 Оценка времени перерегулирования дизельного двигателя 2

3.3 Анализ данных по реализации мощности ДГУ 2

3.4 Анализ скорости тепловоза на критическом участке 2

3.5 Реализация графического интерфейса пользователя

в среде MATLAB 2

3.6 Технико-экономическое обоснование 2

Заключение 2

Список использованных источников 2

ВВЕДЕНИЕ

Исправность тепловоза – один из ключевых факторов производительности железнодорожных перевозок. Выход из строя локомотива может привести к срыву доставки того или иного груза до пункта назначения, рейса пассажирского состава, к необходимости полного изменения расписания движения составов по маршруту, а в редких и наиболее опасных случаях – к потере состава. Поэтому своевременное прогнозирование появления неисправностей оборудования тепловоза может сэкономить большое количество временных и денежных ресурсов.

Существует ряд мер и аппаратных средств диагностики состояния основных систем тепловоза, среди которых отмечают реостатные испытания и бортовые системы диагностики. Однако, они не позволяют прогнозировать поведение механики локомотива на основании получаемых данных, вместо этого лишь предоставляют данные относительно ее текущего состояния.

На текущий момент, прогнозирование состояния основных систем тепловоза осуществляется экспертами вручную. Существует ряд характеристик, анализ которых позволяет сделать вывод о степени исправности той или иной системы локомотива. Одной из наиболее важных составляющих механики локомотива является его дизель-генераторная установка (ДГУ). Именно значения основных параметров ДГУ несут наиболее важную информацию относительно текущей и будущей работоспособности тепловоза. Они фиксируются посредством бортовых систем регистрации локомотива на протяжении всего пути его следования. По окончании маршрута данные этих систем проверяются экспертами, однако в большинстве случаев оценка состояния механики производится визуально.

Цель выполнения выпускной квалификационной работы заключается в разработке алгоритмов анализа значений заданных характеристик ДГУ и создании программных модулей, позволяющих визуализировать результаты анализа, а также сократить время принятия решения.

В рамках работы исследуются характеристики ДГУ тепловоза 3ТЭ10МК.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

– изучить предметную область: общую схему работы ДГУ, специфику работы бортовых систем регистрации;

– рассмотреть возможные методы осуществления установленных видов анализа;

– на основе рассмотренных методов разработать алгоритмы анализа значений характеристик;

– разработать структуру модулей, производящих анализ;

– реализовать разработанную структуру модулей автоматизации.

К предлагаемым решениям предъявляются требования высокой скорости работы (важно получать необходимые данные своевременно). Также требуется обеспечить возможность визуализации полученных результатов в удобном для дальнейшего прогнозирования виде.

1 ОБЗОР ПРЕДМЕТНОЙ ОБЛАСТИ

1.1 Дизельный двигатель. Принцип работы. Основные параметры. Бортовые системы локомотива

Дизельный двигатель – поршневой двигатель внутреннего сгорания, принцип работы которого основан на самопроизвольном (компрессионном) воспламенении дизельного топлива, впрыскиваемого в камеру сгорания и смешиваемого со сжатым и нагретым до высокой температуры воздухом [1]. В отличие от бензинового двигателя процесс работы дизеля не зависит от коэффициента избытка воздуха, а определяется гетерогенностью (неоднородностью) топливно-воздушной смеси.

Дизельный двигатель имеет ряд отличительных особенностей [2]:

– имеет большую степень сжатия и, как следствие, более высокий коэффициент полезного действия, больший вес и габариты, низкий расход топлива;

– имеет низкие обороты коленчатого вала и, как следствие, меньшую удельную мощность, сопровождаемые неполным сгоранием топлива, сажеобразованием;

– не имеет дроссельной заслонки, поэтому развивает высокий крутящий момент на низких оборотах;

– имеет сложную конструкцию топливной аппаратуры и, как следствие, высокую чувствительность к качеству топлива.

В ВКР исследуются показатели работы тепловоза 3ТЭ10МК, который оснащен дизель-генераторной установкой 10Д100.

Режим работы дизельного двигателя зависит от положения соответствующего контроллера в кабине машиниста. Контроллер может быть установлен в одной из 16 позиций (от 0 до 15), каждой из которых соответствует число оборотов двигателя, заложенное еще на стадии проектирования и определяющее скорость движения тепловоза [3]. Для разных участков дороги требуется свой определенный скоростной режим.

Внутри тепловоза установлена бортовая система регистрации значений основных параметров работы двигателя:

– позиция контроллера;

– количество оборотов дизеля;

– скорость тепловоза;

– мощность генератора;

– координаты тепловоза и т.д.

Измерения перечисленных параметров производится через равные промежутки времени, называемые отсчетами. В работе системы допускаются погрешности измерения времени, которые однако не превышают сотых долей секунды, а потому не влияют на конечный результат.

Регистрация данных производится по всей длине маршрута. Хранение осуществляется посредством базы данных MS SQL Server. Существует приложение, позволяющее выгружать из указанной базы данных файлы формата txt, содержащие значения параметров, интересующих оператора. На основе анализа их содержания можно выявить, например, проблемы перерегулирования при смене позиции контроллера, оценить степень износа двигателя, заметить процесс деградации оборудования [4].

В настоящее время анализ содержания файлов с собранной информацией о показателях работы двигателя осуществляется в ручном режиме: значения исследуемого параметра сохраняются в файл MS Excel, после чего строятся графики, диаграммы или же гистограммы, упрощающие процесс анализа (рисунок 1).

Рисунок 1 – Соответствие позиций контроллера и количества оборотов дизеля

Визуальный анализ графика, приведенного на рисунке 1, позволяет оценить качество процесса перерегулирования, происходящего в дизельном двигателе тепловоза при смене позиции контроллера: чем более выражена горизонталь скачка количества оборотов двигателя, тем качественнее система ДГУ отвечает на смену скоростного режима. Однако, визуально сложно определить время перехода механики тепловоза на новый скоростной режим.

На данный момент не применяются алгоритмы, позволяющие автоматизировать процесс анализа полученных значений параметров работы. Несмотря на то, что существует практика визуализации данных для облегчения их анализа, основная его часть осуществляется оператором вручную, что не может гарантировать высокой точности итоговой оценки оборудования и, кроме того, требует большого количества времени. Потому, актуальным является предложение по разработке модулей, позволяющих автоматизировать данный процесс.

1.2 Описание формата данных, получаемых с бортовых систем регистрации тепловоза

Бортовые системы тепловоза регистрируют значения основных параметров его механики, на основе которых посредством соответствующего приложения формируются файлы со значениями того или иного параметра. Файлы сохраняются в формате txt. Регистрация значений параметров тепловоза ведется на протяжении всего маршрута его следования. Хранение описываемых данных осуществляется посредством базы данных MS SQL Server.

Названия формируемых файлов имеют следующий формат:

Название параметра_номер маршрута_дата поездки

Каждый отдельный файл несет информацию о конкретном параметре механики тепловоза. Замеры характеристик осуществляются автоматически через равные промежутки времени, называемые отсчетами. В зависимости от параметра, один отсчет может быть равен 3-м секундам реального времени или же минуте. Таким образом, все файлы, поступающие в обработку оператору, синхронизированы по времени.

Запись данных в файлы ведется в формате:

Таким образом, каждый файл хранит не только набор значений некоторого параметра тепловоза, но и дату поездки, а также время произведенного замера (пример из файла, в котором хранятся значения северной широты):

0 04.04.2016 10:15:00 50.271

1 04.04.2016 10:16:00 50.271

2 04.04.2016 10:17:00 50.271

В каждом файле хранится в среднем 15 тыс. записей значений параметров.

2 ПРОЕКТИРОВАНИЕ МОДУЛЕЙ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ ОБРАБОТКИ ДАННЫХ БОРТОВЫХ СИСТЕМ РЕГИСТРАЦИИ ТЕПЛОВОЗА

2.1 Постановка задачи

В соответствии с требованиями заказчика необходимо разработать 3 модуля, автоматизирующих процесс анализа некоторых параметров тепловоза. Значения параметров фиксируются бортовыми системами регистрации и сохраняются в файлах, которые должны быть загружены соответствующие модули для обработки.

Посредством разрабатываемых модулей необходимо решить следующие задачи:

– определять величину времени перерегулирования дизельного двигателя тепловоза при смене позиции контроллера в интервале от 9-ой до 15-ой; хранить результаты анализа, поступающие в течение эксплуатации машины, с целью выявить факт износа оборудования;

– отслеживать положение точек данных графиков реализации мощности ДГУ с целью оценки состояния оборудования тепловоза; сохранять результаты анализа параметров тепловоза на протяжении всего периода его эксплуатации;

– оценивать скорость тепловоза на критическом участке пути его следования, установленном заказчиком (ст. Оунэ - Кузнецовский тоннель).

На основе содержания перечисленных задач установлен следующий перечень файлов, поступающих на анализ в проектируемые модули:

– Power_generator – хранит значения мощности генератора;

– PozKontS – содержит информацию о позициях контроллера тепловоза;

– Rpm_diesel – хранит значения количества оборотов дизельного двигателя;

– Speed – содержит значения скорости тепловоза;

– Latitude – хранит значения северной широты;

– Longitude – несет информацию о значениях восточной долготы.

Регистрация значений северной широты и восточной долготы происходит с минутным интервалом. Для всех остальных файлов из приведенного списка регистрация значений параметров осуществляется каждые 3 секунды с погрешностью по времени, пренебрежимо малой для заключения и поэтому не учитываемой.

Результаты работы модуля оценки времени перехода необходимо представить в виде полигонов частот, где по оси абсцисс следует указать время перерегулирования, а по оси ординат – частоту появления того или иного значения периода перерегулирования для одной позиции.

Модуль, решающий вторую задачу, должен иметь возможность отображать не только результаты только что проведенного анализа, но и историю результатов всех проведенных анализов.

Модули должны содержать реализацию математических алгоритмов, позволяющих решать перечисленные задачи. Разработка должна осуществляться в пакете прикладных программ MATLAB. Модули необходимо реализовать как отдельные приложения с графическим интерфейсом пользователя.

2.2 Описание среды разработки

В соответствии с требованиями заказчика практическая реализация модулей должна быть выполнена в математическом пакете прикладных программ MATLAB, который предназначен для рeшeния сложных вычислительных задач, анализа данных большого объема, визуализации результатов анализа или решений, создания математических моделей и приложений [5]. Работа в данной среде разработки осуществляется посредством одноименного языка MATLAB (иногда M-code).

Язык MATLAB – это язык программирования высокого уровня, является интерпретируемым, то есть исходный код программы, написанный на этом языке, не преобразовывается в машинный код для его дальнейшего исполнения ЦП, а выполняется посредством программы-интepпретатора [6].

Программы, нaпиcaнныe нa MATLAB, могут быть двух типов: сценарии и функции. Оба вида программ сохраняются в видe тeкстoвыx фaйлoв и транслируются динaмичecки (то есть вo время paбoты прoгрaммы). Их отличие состоит в том, что функции имеют собственное рабочее пространство для хранения данных, а сценарии используют общее рабочее пространство сессии. Также существует возможность создавать pre-parsed программы: программы, преобразованные к виду, удобному для мaшиннoгo исполнения. Prе-pаrsеd программы исполняются быстрее обычных.

Характеристики

Тип файла документ

Документы такого типа открываются такими программами, как Microsoft Office Word на компьютерах Windows, Apple Pages на компьютерах Mac, Open Office - бесплатная альтернатива на различных платформах, в том числе Linux. Наиболее простым и современным решением будут Google документы, так как открываются онлайн без скачивания прямо в браузере на любой платформе. Существуют российские качественные аналоги, например от Яндекса.

Будьте внимательны на мобильных устройствах, так как там используются упрощённый функционал даже в официальном приложении от Microsoft, поэтому для просмотра скачивайте PDF-версию. А если нужно редактировать файл, то используйте оригинальный файл.

Файлы такого типа обычно разбиты на страницы, а текст может быть форматированным (жирный, курсив, выбор шрифта, таблицы и т.п.), а также в него можно добавлять изображения. Формат идеально подходит для рефератов, докладов и РПЗ курсовых проектов, которые необходимо распечатать. Кстати перед печатью также сохраняйте файл в PDF, так как принтер может начудить со шрифтами.

Список файлов ВКР