Концептуальные основы синтеза безопасных систем управления движением поездов

В статье анализируется проблема синтеза безопасных систем управления ответственными технологическими процессами на примере систем железнодорожной автоматики и телемеханики.

Показано, что современные системы управления для сложных распределённых систем, таких как железнодорожная транспортная система, реализуются не с абсолютной безопасностью.

Безопасность таких систем ограничена учётом только собственных отказов, внешних отказов управляющих систем и их составляющих, а также отказов объектов инфраструктуры, непосредственно взаимодействующих с устройствами управления. Другие объекты инфраструктуры никак не учитываются при автоматическом управлении и передаче данных на бортовые средства автоматики.

Целью статьи является изложение теоретических принципов синтеза безопасных систем управления движением поездов с учётом возможностей оборудования объектов инфраструктуры высоконадёжными и безопасными средствами технического диагностирования и мониторинга.

Приведена упрощённая структура комплекса центрального управления движением поездов с учётом результатов диагностирования и мониторинга всех составляющих перевозочного процесса.

Сформулированы условия синтеза полностью безопасных систем управления движением поездов. Отмечаются сопутствующие синтезу безопасной системы управления задачи.

Комплексный учёт параметров объектов железнодорожной инфраструктуры и подвижного состава позволит выйти на качественно более высокий уровень безопасности движения поездов.

1. Гавзов Д. В., Сапожников В. В., Сапожников Вл. В. Методы обеспечения безопасности дискретных систем // Автоматика и телемеханика. – 1994. – № 8. – С. 3−50. [Электронный ресурс]: http://www.mathnet.ru/php/archive.phtml?wshow=paper&jrnid=at&paperid=3949&option_lang=rus. Доступ 26.02.2022.

2. Сапожников В. В., Сапожников Вл. В., Христов Х. А., Гавзов Д. В. Методы построения безопасных микроэлектронных систем железнодорожной автоматики: Монография / Под ред. Вл. В. Сапожникова. – М.: Транспорт, 1995. − 272 с. ISBN 5-277-01690-2.

3. Лисенков В. М. Статистическая теория безопасности движения поездов. – М.: ВИНИТИ РАН, 1999. − 331 с. ISBN 5-900242-29-3.

4. Бестемьянов П. Ф. Методы обеспечения безопасности аппаратных средств микропроцессорных систем управления движением поездов // Электротехника. – 2020. – № 9. – С. 2−8. [Электронный ресурс]: https://elibrary.ru/item.asp?id=44000551 [платный доступ].

5. Railway Signalling and Interlocking: International Compendium. 3ed ed. Eds.: Dr. G. Theeg, Dr. S. Vlasenko. Germany, PMC Media House GmbH, 2020, 560 p. ISBN 978-3-96245-169-1.

6. Joung, Eui-jin; Lee, Changmu; Lee, Hanmin; Kim, Gil-dong. Software Safety Criteria and Application Procedure for the Safety Critical Railway System. 2009 Transmission & Distribution Conference & Exposition: Asia and Pacific, 26−30 October 2009, Seoul, Korea (South), pp. 1−4. DOI: 10.1109/TD-ASIA.2009.5356897 [ограниченный доступ].

7. Markov, D. S., Nasedkin, O. A., Manakov, A. D., Vasilenko, M. N., Kotenko, A. G., Belozerov, V. L. Method for Assessing Probabilistic Reliability Estimation and Safety of Railway Automation Systems Redundant Structures. Proceedings of 18th IEEE East-West Design & Test Symposium (EWDTS’2020), Varna, Bulgaria, September 4 – 7, 2020, pp. 356−361. DOI: 10.1109/EWDTS50664.2020.9224925 [ограниченный доступ].

8. Huang, Lujiang. The Past, Present and Future of Railway Interlocking System. IEEE 5th International Conference on Intelligent Transportation Engineering (ICITE), 11−13 September 2020, pp. 170−174. DOI: 10.1109/ICITE50838.2020.9231438 [ограниченный доступ].

9. Qian, Jinlong; Guo, Wei; Zhang, Hongtao; Li, Xiaona. Research on Automatic Test Method of Computer-Based Interlocking System. International Conference on Communications, Information System and Computer Engineering (CISCE), 3–5 July 2020, Kuala Lumpur, Malaysia, pp. 298−302. DOI: 10.1109/CISCE50729.2020.00066 [ограниченный доступ].

10. Сапожников Вл. В. Синтез систем управления движением поездов на железнодорожных станциях с исключением опасных отказов. – М.: Наука, 2021. − 229 с. ISBN 978-5-02-040877-7.

11. Ефанов Д. В. Функциональный контроль и мониторинг устройств железнодорожной автоматики и телемеханики. – СПб.: ПГУПС, 2016. − 171 с. ISBN 978-5-7641-0933-6.

12. Fritz, C. Intelligent Point Machines. Signal+Draht, 2018 (110), Iss. 12, pp. 12−16. [Электронный ресурс]: h ttps://eurailpress-archiv.de/SingleView.aspx?show=469469&lng=en [ограниченный доступ].

13. Heidmann, L. Smart Point Machines: Paving the Way for Predictive Maintenance. Signal+Draht, 2018, Iss. 9, pp. 70−75. [Электронный ресурс]: https://eurailpressarchiv.de/SingleView.aspx?show=325895&lng=en [ограниченный доступ].

14. Efanov, D., Lykov, A., Osadchy, G. Testing of relaycontact circuits of railway signalling and interlocking. Proceedings of 15th IEEE East-West Design & Test

15. Symposium (EWDTS’2017), Novi Sad, Serbia, September 29–October 2, 2017, pp. 242−248. DOI: 10.1109/EWDTS.2017.8110095 [ограниченный доступ].

16. Wernet, M., Brunokowski, M., Witt, P., Meiwald, T. Digital Tools for Relay Interlocking Diagnostics and Condition Assessment. Signal+Draht, 2019 (111), Iss. 11, pp. 39−45. [Электронный ресурс]: https://eurailpressarchiv.de/SingleView.aspx?show=1136153&lng=en [ограниченный доступ].

17. Бестемьянов П. Ф. Методы обеспечения безопасности и надёжности микропроцессорных устройств железнодорожной автоматики и телемеханики // Труды международного симпозиума «Надёжность и качество». – 2007. – Т. 2. – С. 273−274. [Электронный ресурс]: https://elibrary.ru/item.asp?id=15619177. Доступ 26.02.2022.

18. Бочков К. А., Сивко Б. В. Выбор и определение функции безопасности при верификации микропроцессорных систем железнодорожной автоматики и телемеханики // Надёжность. – 2014. – № 2 (49). – С. 101−108.

19. Марков Д. С., Наседкин О. А. Инструментальное средство оценки вероятностных показателей надёжности и безопасности систем железнодорожной автоматики // Известия Петербургского университета путей сообщения. – 2020. – Т. 17. – № 1. – С. 23−34. DOI: 10.20295/1815-588Х-2020-1-23-34.

20. Ковкин А. Н. Релейно-полупроводниковая коммутация цепей в безопасных устройствах сопряжения на основе электромагнитных реле // Транспорт Урала. – 2020. – № 2. – С. 31−35. DOI: 10.20291/1815-9400-2020-2-31-35.

21. Бочков К. А., Комнатный Д. В. Обеспечение функциональной и информационной безопасности микроэлектронных систем управления движением поездов с учётом новых видов угроз // Вестник Белорусского государственного университета транспорта: Наука и транспорт. – 2020. – № 2 (41). – С. 4−8. [Электронный ресурс]: https://elibrary.ru/item.asp?id=44780175. Доступ 26.02.2022.

22. Ефанов Д. В., Осадчий Г. В., Аганов И. А. Увязка систем управления с техническими средствами диагностирования и мониторинга объектов инфраструктуры // Автоматика, связь, информатика. – 2021. – № 6. – С. 25−29. DOI: 10.34649/AT.2021.6.6.004 [платный доступ].

23. Ефанов Д. В., Осадчий Г. В., Аганов И. А. Барьерная функция систем мониторинга в увязке с системами управления движением поездов // Транспорт Российской Федерации. – 2021. – № 3. – С. 51−56. [Электронный ресурс]: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=46683409 [платный доступ].

24. Efanov, D., Osadchy, G., Aganov, I. Fundamentals of Implementation of Safety Movement of Trains under Integration of Control Systems with Hardware for Railway Infrastructure Facilities Monitoring. Proceedings of 11th IEEE International Conference on Intelligent Data Acquisition and Advanced Computing Systems: Technology and Applications (IDAACS’2021), Cracow, Poland, September 22−25, 2021, Vol. 1, pp. 391−396. DOI: 10.1109/IDAACS53288.2021.9660985 [ограниченный доступ].

25. Сапожников В. В., Сапожников Вл. В. О синтезе конечных автоматов с исключением опасных отказов // Автоматика и телемеханика. – 1972. – № 8. – С. 93−99. [Электронный ресурс]: http://www.mathnet.ru/php/archive.phtml?wshow=paper&jrnid=at&paperid=8917&option_lang=rus. Доступ 26.02.2022.

26. Shannon, C. E., McCarthy, J. Automata Studies. In: Annals of Mathematics Studies, Vol. 34. Princeton, New Jersey, Prinston University Press, 1956, 285 p. ISBN 9780691079165.

27. Smith, D. J., Simpson, K. G. L. Functional safety: A Straightforward Guide to IEC 61508 and Related Standards. 2nd ed., Simpson, Elsevier, Butterworth-Heinemann, Oxford, UK and Burlington, MA, 2004, 263 p. ISBN 978-0750652704.