Метод логического дополнения для организации контроля комбинационных устройств в системах мониторинга объектов железнодорожной автоматики тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.06, кандидат наук Пивоваров Дмитрий Вячеславович

• Пивоваров Дмитрий Вячеславович
• кандидат наук
• 2020

Оглавление диссертации кандидат наук Пивоваров Дмитрий Вячеславович

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. СИСТЕМЫ С ОБНАРУЖЕНИЕМ НЕИСПРАВНОСТЕЙ

1.1. Методы обеспечения надежности и безопасности устройств и систем автоматизации

1.2. Методы синтеза устройств автоматики с обнаружением неисправностей

1.3. Системы функционального контроля

1.3.1. Основные положения теории систем функционального контроля

1.3.2. Разделимые коды в системах функционального контроля

1.3.3. Метод логического дополнения

1.4. Постановка задач диссертации

ГЛАВА 2. СИНТЕЗ СИСТЕМ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО КОНТРОЛЯ НА ОСНОВЕ МЕТОДА ЛОГИЧЕСКОГО ДОПОЛНЕНИЯ

2.1. Основы синтеза систем функционального контроля по методу логического дополнения

2.2. Эмпирический подход к получению функций логического дополнения

2.2.1. Общие принципы получения значений функций дополнения

2.2.2. Использование равновесных кодов при организации контроля по эмпирическому подходу

2.3. Функциональный подход к получению функций логического дополнения

2.5. Контроль многовыходных логических устройств на основе равновесных кодов

2.5.1. Принципы организации подсхем контроля

2.4.2. О сложности контрольного оборудования

2.6. Результаты экспериментов

2.7. Выводы по разделу

ГЛАВА 3. ОСОБЕННОСТИ ОБНАРУЖЕНИЯ ОШИБОК НА ВЫХОДАХ ОСНОВНОГО И КОНТРОЛЬНОГО БЛОКОВ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ЛОГИЧЕСКОГО ДОПОЛНЕНИЯ

3.1. Особенности синтеза систем функционального контроля по методу логического дополнения

3.2. Условия обнаружения ошибок при контроле устройств по методу логического дополнения на основе кодов «1 из 3»

3.3. Условия обнаружения ошибок при контроле устройств по методу логического дополнения на основе кодов «1 из n»

3.4. Выводы по разделу

ГЛАВА 4. ВОПРОСЫ ПРАКТИЧЕСКОГО ПРИМЕНЕНИЯ МЕТОДА ЛОГИЧЕСКОГО ДОПОЛНЕНИЯ ПРИ ПОСТРОЕНИИ СИСТЕМ АВТОМАТИКИ

4.1. Использование нескольких диагностических признаков при организации систем функционального контроля: метод самодвойственного дополнения до равновесных кодов

4.1.1. Самодвойственные комбинационные устройства

4.1.2. Контроль самодвойственных функций

4.1.3. Метод самодвойственного дополнения до равновесных кодов

4.1.4. Моделирование работы структуры логического дополнения

4.2. Системы технического диагностирования и мониторинга

4.3. Разработка диагностического устройства с системой функционального

контроля на основе равновесных кодов

4.4. Выводы по разделу

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение А. Тестеры равновесных кодов

Приложение Б. Справки о результатах внедрения

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Метод логического дополнения для организации контроля комбинационных устройств в системах мониторинга объектов железнодорожной автоматики»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы диссертационного исследования подтверждается возрастающей сложностью технической реализации устройств и систем обеспечения надежного и безопасного пропуска движения поездов на железнодорожном транспорте. Постепенная автоматизация технологических процессов, непрерывное совершенствование подходов к эксплуатации объектов инфраструктуры и подвижного состава, уменьшение влияния человеческого фактора как на перевозочный процесс, так и на процесс обслуживания - требуют внедрения технических средств автоматизированного и автоматического диагностирования и мониторинга [9, 12, 29, 66]. Данные средства в настоящее время позволяют не только с малым периодом диагностирования проводить опрос датчиков измерительных контроллеров, но и формировать статистические ряды данных для последующего программного анализа и прогнозирования изменения состояния [10, 25, 70].

Средства автоматизированного мониторинга хорошо развиты только в отдельных хозяйствах управлений железных дорог. К таким, например, относится хозяйство автоматики и телемеханики, где с конца прошлого столетия внедряются системы технического диагностирования и мониторинга (СТДМ) [25]. Данные СТДМ осуществляют сбор данных преимущественно с постовых устройств автоматики (есть устройства, размещаемые в релейных шкафах сигнальных точек автоблокировки, а также переездной автоматики). Таким образом, реализуется косвенное диагностирование состояния напольного оборудования автоматики, по статистике являющегося наиболее уязвимым с позиции надежности [59].

Развиваются и технические средства диагностирования в хозяйствах энергоснабжения, пути и искусственных сооружений. Зачастую данные средства являются «носимыми» и закрепляются на специальных вагонах-лабораториях и дефектоскопах [22]. Данные средства периодически (раз в две недели и раз в месяц) проводят сбор данных с последующей длительной

расшифровкой результатов. Однако железнодорожное сообщество окончательно убедилось в том, что таких средств недостаточно, многие диагностические данные устаревают и не дают решения оперативных задач. Требуется внедрение непрерывно функционирующих СТДМ. И такие системы сейчас активно развиваются за рубежом и в РФ [20, 81, 92].

Постоянное усложнение техники, миниатюризация, повышение производительности и увеличение теплоотдачи - всё это требует и развития диагностического обеспечения. Классические методы в первоначальном виде использованы быть не могут, требуется их адаптация и приведение к нужному виду в каждом конкретном случае. Более того в микроэлектронных устройствах могут возникать отказы из-за воздействия различных внешних факторов, таких как температурные, механические и радиационные. Температурные и механические факторы учитывают, в основном, путём использования технологических и конструктивных подходов. Например, системы теп-лоотвода и специальные корпуса для устройств. Радиационные же воздействия парируют на схемотехническом и логическом уровнях [64].

С каждым годом плотность интеграции компонентов микроэлектронных устройств возрастает. Вместе с этим уменьшается пороговое значение энергий заряженных частиц, необходимых для нарушения работы схем [64]. Таким образом, компоненты микроэлектронных устройств становятся всё более уязвимы к радиационному воздействию. Вследствие этого необходимо обеспечивать надёжное функционирование таких устройств на схемном уровне.

Для обеспечения надёжности используются различные меры, такие как использование высоконадёжных элементов, применение методов резервирования, диверсифицирования и технического диагностирования, использование самопроверяемых логических схем и т. д. [2, 8, 42, 45, 63].

В настоящее время все микроэлектронные устройства включают в себя подсистемы тестового и функционального (рабочего) диагностирования. Кроме того, широко применяются внешние средства технического диагно-

стирования и мониторинга, реализующие функции сбора, обработки и хранения информации о техническом состоянии этих устройств, а также позволяющие прогнозировать изменения состояний, периоды обслуживания устройств и оценивать их остаточный ресурс [17]. Данные системы мониторинга выполняются на микроэлектронной базе, а сбои и устойчивые отказы приводят к искажению или потере информации, а также к невозможности постановки точного диагноза и, как следствие, прогноза [25].

Настоящее диссертационное исследование затрагивает такое направление как совершенствование подходов к синтезу систем функционального контроля устройств автоматики на основе метода логического дополнения

[49].

Степень разработанности темы исследования. Техническая диагностика развивается с момента создания релейных автоматов в первой половине прошлого столетия и выделилась в целое направление с появлением полупроводниковой техники. Диагностика развивается параллельно теории надёжности, а многие учёные считают данную область знаний отраслью теории надёжности. В технической диагностике фундаментальные вопросы решались такими известными учёными как Г. П. Аксёнова, А. В. Дрозд, Н. В. Евтушенко, А. Д. Закревский, М. Ф. Каравай, А. Ю. Матросова, С. В. Микони, П. П. Пархоменко, Вал. В. Сапожников, Вл. В. Сапожников, Е. В. Слабаков, Е. С. Согомонян, Д. В. Сперанский, В. А. Твердохлебов, Р. Убар, В. С. Харченко, В. И. Хаханов, В. Н. Ярмолик, E. J. McCluskey, Z. Navabi, P. Prinetto, F. F. Sellers, J. F. Wakerly, Y. Zorian и многие другие. Непосредственно вопросами функционального контроля логических устройств автоматики занимались и занимаются такие ученые как Д. В. Ефа-нов, Вал. В. Сапожников, Вл. В. Сапожников, Е. В. Слабаков, Е. С. Согомо-нян, M. Gössel, D. Das, M. Nicolaidis и другие.

В настоящее время развивается не только фундаментальная, но и прикладная диагностика. В области железнодорожной автоматики и телемеханики, например, большой вклад в развитие методов диагностики внесли

Б. Д. Перникис, В. И. Шаманов, Вал. В. Сапожников, Вл. В. Сапожников и многие другие. Широко известна научная школа братьев Сапожниковых в области железнодорожной автоматики и телемеханики и диагностики дискретных систем в целом. За последнее десятилетие в области синтеза систем функционального контроля ими и их учениками опубликовано свыше 200 научных работ. Известны исследования таких учёных как А. А. Блюдов, В. В. Дмитриев, Д. В. Ефанов и других. Методом логического дополнения для контроля логических устройств автоматики и вычислительной техники занимались и занимаются такие исследователи как А. В. Дмитриев, Д. В. Ефанов, А. А. Морозов, А. В. Морозов, В. И. Мошанин, Г. В. Осадчий, В. Н. Очеретный, В. В. Сапожников, Вл. В. Сапожников, Е. С. Согомонян, M. Gössel, D. Das, D. Marienfeld. Ими, однако, не до конца исследованы особенности синтеза систем функционального контроля по методу логического дополнения.

Тема диссертации соответствует паспорту специальности 05.13.06 «Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (транспорт)» по пунктам:

п. 13. Теоретические основы и прикладные методы анализа и повышения эффективности, надежности и живучести АСУ на этапах их разработки, внедрения и эксплуатации;

п. 14. Теоретические основы, методы и алгоритмы диагностирования (определения работоспособности, поиск неисправностей и прогнозирования), АСУТП, АСУП, АС ТПП и др.

Цели и задачи диссертации. Главная цель исследования — это совершенствование методов синтеза систем функционального контроля комбинационных устройств на основе метода логического дополнения. Достижение указанной цели предполагает решение следующих задач:

1. Исследование методов и разработку алгоритмов синтеза систем функционального контроля на основе логического дополнения до равновесных кодов.

2. Анализ сложности технической реализации систем функционального контроля, синтезированных на основе метода логического дополнения, по сравнению с известными методами их синтеза, а также выработка рекомендаций по синтезу систем функционального контроля для конкретного логического устройства.

3. Разработка способов повышения обнаруживающей способности метода логического дополнения за счет контроля вычислений по нескольким функциональным признакам.

4. Установка условий обеспечения полной самопроверяемости структур систем функционального контроля, реализованных по методу логического дополнения.

5. Практические приложения полученных результатов в области железнодорожного транспорта.

Объектом исследования являются системы функционального контроля, построенные на основе метода логического дополнения, а предметом - характеристики систем функционального контроля на основе логического дополнения и методы синтеза систем функционального контроля.

Научная новизна представленного исследования состоит в следующем:

1. Предложены эмпирический и функциональный подходы к построению систем функционального контроля на основе метода логического дополнения до равновесных кодов с малой длиной кодовых слов.

2. Произведена оценка сложности реализации систем функционального контроля, синтезируемых на основе различных равновесных кодов, а также предложены схемотехнические способы уменьшения сложности технической реализации получаемых структур.

3. Предложен метод синтеза систем функционального контроля по логическому дополнению с контролем по двум признакам, отличающийся повышенной обнаруживающей способностью по сравнению с ранее применяемым способам синтеза.

4. Определены условия обеспечения самопроверяемости всех блоков систем функционального контроля.

Теоретическая значимость работы заключается в разработке эмпирического и функционального подходов к синтезу систем функционального контроля на основе метода логического дополнения до равновесных кодов, а также с контролем вычислений по двум признакам с обеспечением полной самопроверяемости структур.

Практическая значимость работы связана с возможностью использования предложенных методов для синтеза систем функционального контроля по методу логического дополнения для организации диагностического обеспечения устройств железнодорожной автоматики и инфраструктуры в целом (от контролирующих до управляющих).

Методология и методы исследования. В исследовании использованы методы таких наук как алгебра логики, теория дискретных устройств и техническая диагностика.

Положения, выносимые на защиту.

1. Базовые подходы к синтезу систем функционального контроля на основе логического дополнения до равновесных кодов с малой длиной кодовых слов.

2. Методика синтеза самопроверяемых схем контроля на основе метода логического дополнения для комбинационных устройств автоматики с большим числом выходов.

3. Метод синтеза систем функционального контроля по двум признакам, включающим в себя принадлежность формируемого кодового слова равновесному коду, а также каждой из функций классу самодвойственных функций алгебры логики.

4. Установленные условия построения полностью самопроверяемых систем функционального контроля на основе метода логического дополнения.

Степень достоверности. Достоверность результатов исследования подтверждается корректным использованием методов алгебры логики, теории дискретных устройств, технической диагностики, строгими математическими доказательствами, корректными вычислениями, а также экспериментами с контрольными комбинационными схемами.

Апробация результатов. Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на международных и всероссийских конференциях. В их числе:

• Научно-практические семинары «Автоматика и дискретная математика», проводимые на кафедре «Автоматика и телемеханика на железных дорогах» ПГУПС в период с 2014 по 2018 гг. под руководством профессора Вал. В. Сапожникова, доцента Д. В. Ефанова и ассистента В. В. Дмитриева;

• «Перспективы будущего в образовательном процессе», Санкт-Петербург, 13 - 15 апреля 2015 г., ФГБОУ ВПО ПГУПС, СПб;

• «Региональная информатика - 2016», Санкт-Петербург, 26-28 октября 2016 г., СПОИСУ, СПб;

• 15th IEEE East-West Design & Test Symposium (EWDTS'2017), Novi Sad, Serbia, September 29 - October 2, 2017;

• «Информационная безопасность регионов России (ИБРР-2017)», Санкт-Петербург, 1 - 3 ноября 2017 г., СПОИСУ, СПб;

• 16th IEEE East-West Design & Test Symposium (EWDTS'2018), Kazan, Russia, September 14-17, 2018;

• «Региональная информатика - 2018», Санкт-Петербург, 24 - 26 октября 2018 г., СПОИСУ, СПб;

• 17th IEEE East-West Design & Test Symposium (EWDTS'2019), Batumi, Georgia, September 13-16, 2019.

Публикации. По теме диссертационного исследования опубликовано 22 печатных работы, в том числе, 4 журнальных статьи в академических из-

даниях постсоветского пространства, 5 работ, индексированных в международные наукометрические базы, а также 7 публикаций в журналах, включенных в Перечень ВАК РФ.

Основные научные и практические результаты, полученные в ходе исследований, внедрены в диагностические подсистемы устройств железнодорожной автоматики, установленные на устройства управления объектами напольной автоматики (интегрированные в объектные контроллеры стрелок и светофоров в распределенных системах централизации). Кроме того, результаты диссертации приняты к использованию в составе измерительных подсистем объектов железнодорожной инфраструктуры.

ГЛАВА 1. СИСТЕМЫ С ОБНАРУЖЕНИЕМ НЕИСПРАВНОСТЕЙ

1.1. Методы обеспечения надежности и безопасности устройств и систем

автоматизации

На качество перевозочного процесса и своевременную реализацию графика движения поездов непосредственно оказывают влияние все составляющие инфраструктурного хозяйства и подвижной состав. От надежности и безопасности функционирования каждой составляющей зависит в целом слаженность работы железнодорожного комплекса, его эффективность и безопасность. По этой причине нет смысла выделять только средства железнодорожной автоматики и развивать только их, развитие должно быть комплексным [22].

Исторически эксплуатацией различных объектов инфраструктуры на железных дорогах постсоветского пространства занимаются сотрудники различных подразделений. Например, выделены такие хозяйства как автоматики и телемеханики, пути, электрификации и энергоснабжения, искусственных сооружений и пр. Отказы средств инфраструктуры в каком-либо из хозяйств могут являться причиной воздействия объектов, обслуживаемых сотрудниками других хозяйств и т. д. [9, 11, 83]. При этом, как показывают ежегодные отчеты ОАО «РЖД», наибольшее влияние на надежность перевозочного процесса оказывают такие средства инфраструктуры, как путь и путевое хозяйство, а также средства электрификации и энергоснабжения (здесь исключен подвижной состав и его неисправности), а на хозяйство автоматики и телемеханики приходится на порядок меньше отказов, оказывающих влияние на перевозочный процесс [23]. Естественно, этому есть объяснение: средства пути и контактной подвески не имеют стопроцентного резерва в отличие от некоторых средств железнодорожной автоматики и телемеханики, а отказы последних приводят, как правило, к необходимости ручного вмешательства в перевозочный процесс или проследование на участки с уменьшенными ско-

ростями. Тем не менее, известны случаи и аварий, и крушений по причинам отказов именно средств железнодорожной автоматики.

При разработке технических средств автоматизации ответственных технологических процессов особенное внимание уделяют таким их свойствам как отказоустойчивость, контролепригодность, надежность, безопасность и живучесть [2]. Это касается не только средств железнодорожной автоматики, но и всей инфраструктуры в целом.

На этапе создания, разработки и проектирования учитываются все особенности будущего устройства, анализируется надежность и соответствие предъявляемым требованиям, а уже финальный экземпляр устройства проходит обязательные сертификационные испытания на соответствие декларируемому уровню функциональной безопасности [40, 51].

Существуют различные способы достижения высокого уровня надежности и безопасности функционирования устройств и систем автоматизации. Среди широко используемых - аппаратное и программное резервирование, диверсифицирование, разработка устройств с контролепригодными структурами, наличие средств периодического тестирования и функционального (рабочего) диагностирования, возможности использования режимов деградации структур при отказах компонентов, информационное и временное резервирование [51]. Важное положение занимают методы синтеза самопроверяемых структур дискретных устройств, которые, как правило, основаны на использовании кратного и дробного резервирований и методов теории информации и кодирования [40, 45, 97, 116].

Широко распространены и используются методы синтеза устройств с обнаружением и парированием неисправностей [2, 117]. Подходы к синтезу устройств с обнаружением неисправностей подразумевают, как правило, фиксацию неисправности по результатам вычислений рабочих функций, а затем подачу команды от тестера на блокировку сигналов, отключение или перезагрузку объекта диагностирования. Это требует существенно меньшей избыточности, чем при построении устройств с парированием неисправностей

[42]. Последние синтезируются в виде устройств с отказоустойчивыми структурами и основаны на применении принципов многократного резервирования, например, всем известны мажоритарная структура «2 из 3» (2 оо3) и система дублирования с двойным контролем «2 по 2 из 2» (2оо2Б) [51].

Настоящее диссертационное исследование посвящено развитию методов синтеза систем с обнаружением неисправностей. С этой целью применяют подходы дублирования с последующим сравнением результатов вычислений, а также методы синтеза самопроверяемых схем встроенного контроля (ССВК) [41, 42]. Каждый из данных подходов основан на использовании методов теории кодирования: выходы основного устройства отождествляются с некоторым информационным вектором, а выходы контрольного устройства -с некоторым контрольным векторов или же вектором функций преобразования функций основного устройства в кодовое слово заранее выбранного кода с обнаружением ошибок.

Рассмотрим подробнее подходы к синтезу устройств с обнаружением неисправностей.

1.2. Методы синтеза устройств автоматики с обнаружением

неисправностей

При синтезе устройств с обнаружением неисправностей требуется выделить какой-либо признак для контроля или же группу признаков, а затем, исходя из выбора, определить способ реализации устройства на имеющейся элементной базе. Здесь и далее будем рассматривать простейшие примеры комбинационных устройств на привычных функциональных логических элементах. Такое описание выбрано из-за наглядности, а сами методы легко адаптируются и применяются на более сложном уровне разработки и проектирования устройств автоматизации.

Свойство обнаружения неисправности может быть заложено в устройство несколькими способами.

Один из известных методов состоит в том, чтобы представлять информацию в системе избыточно. Как известно из теории информации и кодирования, для защиты, например, от одиночных ошибок, может использоваться удвоение данных [42]. Так и в теории синтеза систем с обнаружением неисправностей: сигналы дублируются, а чаще всего, даже представляются в противофазном кодировании (парафазном кодировании) [51]. Так сигнал логического нуля кодируется парой сигналов <01>, а сигнал логической единицы -парой сигналов <10>. Устройство синтезируется таким образом, чтобы любая одиночная неисправность искажала не более одного сигнала. Тогда при отказе достигаются либо значения сигналов <00>, либо <11>. Примеры логических устройств, реализованных в парафазной логике можно найти в [51].

Еще одним методом реализации устройств с обнаружением неисправностей является использование проверяющих схем. В данных схемах также могут возникать неисправности, поэтому их принято делить на самопроверяемые и несамопроверяемые [53].

Определение 1.1. Самопроверяемой называется схема устройства, являющаяся самотестируемой и защищенной от неисправностей.

Определение 1.2. Схема будет самотестируемой, если для любой её неисправности существует тестовый набор, позволяющий сформировать нерабочую комбинацию на её выходах.

Определение 1.3. Защищенность от неисправностей подразумевает невозможность влияния неисправности на выходы путем установления на них рабочей комбинации.

Свойство самопроверяемости рассматривается всегда относительно какой-либо модели неисправностей. Например, модели «временной задержки» или «константной неисправности» и т. д. [51]. В настоящем исследовании речь пойдет, в основном, о модели константной неисправности, подразумевающей при физическом повреждении установление на выходах поврежден-

ного компонента неверного (ложного) сигнала логического нуля или логической единицы. Тем не менее, многие приведенные далее результаты легко адаптируются для использования с различными моделями неисправностей. Например, с точки зрения методики контроля логических устройств по избыточным кодам нет разницы, какая неисправность возникла, есть лишь необходимость искажения рабочего вектора в нерабочий для установления факта ее возникновения.

Как правило, при разработке ССВК используют двоичные коды с избыточностью, достаточной для обнаружения ошибок [41, 42, 61, 62].

1.3. Системы функционального контроля 1.3.1. Основные положения теории систем функционального контроля

Одним из способов построения устройств с обнаружением неисправностей является применение ССВК, или, по-другому, систем функционального контроля [51]. В этом случае поиск неисправностей в схеме осуществляется во время рабочего функционирования устройства и ведётся косвенным путем по результатам вычислений [34, 62].

Если речь идет о принятой модели константной неисправности, то системы функционального контроля должны быть наделены свойством обнаружения любых одиночных неисправностей в своих структурах. Это значит, что кратные неисправности, возникающие постепенно (возникновение одной неисправности после другой) также будут обнаружены после возникновения первой неисправности. Из этого следует, что необходимость обнаружения кратных неисправностей возникает только тогда, когда возникает отказ нескольких элементов схемы одновременно. Для устройств с программной логикой такие события возможны, однако часто тесты для одиночных неисправностей также позволяют обнаружить и кратные неисправности [51]. Ис-

ходя из этого, при проектировании систем функционального контроля чаще всего рассматривают именно одиночные неисправности [34].

Неисправности проявляются на выходах компонентов схем в виде ошибок - искажений сигналов, а затем транслируются (или компенсируются) на выходы схемы. Ошибки классифицируются по нескольким признакам

[41, 42]:

По кратности:

• Одиночные (искажение одного разряда);

• Многократные (искажение двух и более разрядов).

По соотношению искажений логического нуля (0^1) и логической единицы (1^0):

• Монотонные (только искажения 0^1 или 1^0);

• Немонотонные (наличие искажений и 0^1 и 1^-0);

о Симметричные (равное количество искажений 0^1 и 1^0);

о Асимметричные (разное количество искажений 0^1 и 1^0).

Несмотря на то, что в данном исследовании рассматриваются только одиночные константные неисправности, их последствиями могут быть и многократные ошибки в информационных векторах. Например, в схеме на рисунке 1.1 неисправность 0^1 элемента Ш приведёт на входном наборе <000> к ошибке кратности два. Данный пример показывает, что необходимо рассматривать все возможные ошибки, возникающие на выходах схемы.

Одним из важных свойств систем с обнаружением неисправностей является обнаруживающая способность - способность обнаруживать ошибки на выходах схемы при возникновении неисправностей из заданного множества. Другим важным свойством является сложность технической реализации схемы (она оценивается, как правило, в площади, занимаемой устройством на кристалле, или в числе входов внутренних логических элементов, или в числе транзисторов, необходимых для реализации) [42]. Увеличение сложности

ведёт к увеличению расходов при производстве, уменьшению быстродействия и увеличению тепловыделения во время работы.

U1

Рисунок 1.1. Пример возникновения кратной ошибки при одиночной неисправности

Существует два основных подхода к построению систем функционального контроля [40, 51].

Наиболее проработанным является метод вычисления контрольных разрядов. В структурной схеме, полученной по данному методу (рис. 1.2), имеется несколько блоков. Схема, подлежащая контролю, - F(x). Ее функции - формирование значений разрядов информационного вектора. Блок контрольной логики - G(x). Он предназначен для вычисления системы контрольных функций, соответствующих разрядам контрольного вектора. Тестер TSC, производящий сравнение контрольных и информационных векторов между собой и формирующий сигнал контроля. Тестер, как правило, формирует два сигнала: парафазные сигналы <01> или <10> свидетельствуют о корректной работе системы в целом, а непарафазные <01> или <10> - о наличии неисправности в каком-либо из компонентов [54]. Если тестер исполняется с одним выходом, то он не может быть наделен свойством самопроверяемости. Его называют в таком случае детектором сигналов [28].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Пивоваров Дмитрий Вячеславович, 2020 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Аксёнова, Г. П. Необходимые и достаточные условия построения полностью проверяемых схем свертки по модулю 2 / Г. П. Аксёнова // Автоматика и телемеханика. - 1979. - №9. - С. 126-135.

2. Гавзов, Д. В. Методы обеспечения безопасности дискретных систем / Д. В. Гавзов, В. В. Сапожников, Вл. В. Сапожников // Автоматика и телемеханика. - 1994. - № 8. - С. 3-50.

3. Гессель, М. Контроль комбинационных схем методом логического дополнения / М. Гессель, А. В. Морозов, В. В. Сапожников, Вл. В. Сапожников // Автоматика и телемеханика. - 2005. - № 8. - С. 161-172.

4. Гессель, М. Логическое дополнение - новый метод контроля комбинационных схем / М. Гессель, А. В. Морозов, В. В. Сапожников, Вл. В. Сапожников // Автоматика и телемеханика. - 2003. - № 1. - С. 167-176.

5. Гессель, М. Построение самотестируемых и самопроверяемых комбинационных устройств со слабонезависимыми выходами / М. Гессель, Е. С. Согомо-нян // Автоматика и телемеханика. - 1992. - № 8. - С. 150-160.

6. Гессель, М. Самопроверяемая схема сравнения (компаратор) / М. Гессель, Е. С. Согомонян // Автоматика и телемеханика. - 1992. - № 10. - С. 135-141.

7. Дмитриев, В. В. О двух способах взвешивания и их влиянии на свойства кодов с суммированием взвешенных переходов в системах функционального контроля логических схем / В. В. Дмитриев // Известия Петербургского университета путей сообщения. - 2015. - №3. - С. 119-129.

8. Дрозд, А. В. Рабочее диагностирование безопасных информационно-управляющих систем / А. В. Дрозд, В. С. Харченко, С. Г. Антощук и др. Под ред. А. В. Дрозда и В. С. Харченко. - Харьков: Национальный аэрокосмический университет им. Н. Е. Жуковского «ХАИ», 2012. - 614 с.

9. Ефанов, Д. В. Микропроцессорная система диспетчерского контроля устройств железнодорожной автоматики и телемеханики / Д. В. Ефанов, Г. В. Осадчий. - Санкт-Петербург: Издательство «Лань», 2018. - 180 с.

10. Ефанов, Д. В. Мониторинг параметров рельсовых цепей тональной частоты / Д. В. Ефанов, Н. А. Богданов // Транспорт Урала. - 2013. - №1. - С. 36-42.

11. Ефанов, Д. В. Некоторые аспекты развития систем функционального контроля устройств железнодорожной автоматики и телемеханики / Д. В. Ефанов // Транспорт Урала. - 2015. - №1. - С. 35-40.

12. Ефанов, Д. В. Обеспечение безопасности движения за счет технического диагностирования и мониторинга устройств железнодорожной автоматики и телемеханики / Д. В. Ефанов, П.А. Плеханов // Транспорт Урала. - 2011. - №3. -С. 44-48.

13. Ефанов, Д. В. Обнаружение неисправностей в комбинационных схемах на основе самодвойственного дополнения до равновесных кодов / Д.В. Ефанов, В.В. Сапожников, Вл.В. Сапожников, Д. В. Пивоваров // Труды Института системного программирования РАН. - 2019. - Том 31. - №1. - С. 115-132. - БО1: 10.15514/18РКЛ8-2019-31(1)-8.

14. Ефанов, Д. В. Ограничения на структуры компонентов полностью самопроверяемых схем встроенного контроля, синтезированных методом логического дополнения до равновесного кода «1 из 3» / Д.В. Ефанов, В.В. Сапожников, Вл.В. Сапожников, Д. В. Пивоваров // Электронное моделирование. - 2019. - Том 41. - №1. - С. 27-42.

15. Ефанов, Д. В. Организация полностью самопроверяемой схемы встроенного контроля на основе метода логического дополнения до равновесного кода «2 из 4» / Д.В. Ефанов, В.В. Сапожников, Вл.В. Сапожников, Д. В. Пивоваров // Труды Института системного программирования РАН. - 2018. - Том 30. - №2. -С. 99-112. - БО1: 10.15514/18РКЛ8-2018-30(2)-6.

16. Ефанов, Д. В. О свойствах кода с суммированием в схемах функционального контроля / Д.В. Ефанов, В.В. Сапожников, Вл.В. Сапожников // Автоматика и телемеханика. - 2010. - №6. - С. 155-162.

17. Ефанов, Д. В. Особенности функционирования систем технического диагностирования и мониторинга объектов железнодорожной инфраструктуры / Д. В. Ефанов // Автоматика на транспорте. - 2018. - Том 4. - №3. - С. 333-354.

18. Ефанов, Д. В. Применение модульных кодов с суммированием для построения систем функционального контроля комбинационных логических схем / Д. В. Ефанов, В. В. Сапожников, Вл. В. Сапожников // Автоматика и телемеханика. - 2015. - №10. - С. 152-169.

19. Ефанов, Д. В. Применение равновесного кода «2 из 4» при организации самопроверяемых схем встроенного контроля на основе равновесного кода / Д.В. Ефанов, В.В. Сапожников, Вл.В. Сапожников, Д. В. Пивоваров // Информатика. - 2018. - Том 15. - №4. - С. 72-86.

20. Ефанов, Д. В. Результаты использования системы непрерывного мониторинга железнодорожной контактной подвески на участке «Торбино - Боро-венка» линии скоростного сообщения «Санкт-Петербург - Москва» / Д. В. Ефа-нов, Д. В. Седых, Г. В. Осадчий // Автоматика на транспорте. - 2017. - Том 3. -№1. - С. 39-53.

21. Ефанов, Д. В. Синтез самопроверяемых схем встроенного контроля на основе метода логического дополнения до равновесных кодов «1 из п» / Д. В. Ефанов, В. В. Сапожников, Вл. В. Сапожников, Д. В. Пивоваров // Автоматика и вычислительная техника. - 2019. - №6. - С. 62-75.

22. Ефанов, Д. В. Системы стационарного мониторинга и цифровая железнодорожная контактная подвеска / Д. В. Ефанов, Д. В. Барч, Г. В. Осадчий // Транспорт Российской Федерации. - 2019. - №4. - С. 41-44.

23. Ефанов, Д. В. Теория и методы функционального диагностирования логических устройств железнодорожной автоматики и телемеханики на основе использования помехоустойчивых кодов с суммированием: дис. ... докт. техн. наук: 05.13.06.: защищена 16.11.17 : утв. 11.04.18/ Ефанов Дмитрий Викторович; [Место защиты: Петерб. гос. ун-т путей сообщ.]. - СПб, 2017. - В двух томах: Т. 1: Основное содержание работы. - 316 с. - Библиогр.: с. 290-316; Т. 2: Приложения. - 112 с.

24. Ефанов, Д. В. Условия обнаружения неисправности логического элемента в комбинационном устройстве при функциональном контроле на основе

кода Бергера / Д. В. Ефанов, В. В. Сапожников, Вл. В. Сапожников // Автоматика и телемеханика. - 2017. - №5. - С. 152-165.

25. Ефанов, Д. В. Функциональный контроль и мониторинг устройств железнодорожной автоматики и телемеханики: монография / Д. В. Ефанов. - СПб.: Петербургский государственный университет путей сообщения, 2016. - 171 с.

26. Ефанов, Д. В. Энергоэффективные решения для систем управления на железнодорожном транспорте / Д. В. Ефанов, Г. В. Осадчий // Транспорт Российской Федерации. - 2019. - №2. - С. 16-21.

27. Карибский, В. В. Основы технической диагностики / В. В. Карибский, П. П. Пархоменко, Е. С. Согомонян, В. Ф. Халчев; под ред. П. П. Пархоменко. -М.: Энергия, 1976. - 464 с.

28. Матросова, А. Ю. Синтез детекторов равновесных кодов с использованием монотонных функций / А. Ю. Матросова, Н. Б. Буторина, Н. О. Якимова // Известия высших учебных заведений. Физика. - 2013. - Т. 56. - №9-2. - С. 171173.

29. Молодцов, В. П. Системы диспетчерского контроля и мониторинга устройств железнодорожной автоматики и телемеханики: учебное пособие / В. П. Молодцов, А. А. Иванов. - СПб.: ПГУПС, 2010. - 140 с.

30. Осадчий, Г. В. Выбор теоретического метода реализации технической диагностики / Г. В. Осадчий // Известия Петербургского университета путей сообщения. - 2006. - №1. - С. 30-37.

31. Осадчий, Г. В. Определение метода реализации технической диагностики контроллеров в системе АПК-ДК / Г. В. Осадчий // Транспорт Урала. -2007. - №2. - С. 78-82.

32. Осадчий, Г. В. Повышение эффективности использования метода логического дополнения для контроля комбинационных схем / Г. В. Осадчий // Разработка и эксплуатация новых устройств и систем железнодорожной автоматики и телемеханики : сб. науч. трудов; ред. Вл. В. Сапожников. - СПб.: Петербургский гос. ун-т путей сообщения, 2004. - С. 32-35.

33. Осадчий, Г. В. Разработка метода логического дополнения для диагностирования и мониторинга устройств железнодорожной автоматики / Г. В. Осадчий // Известия Петербургского университета путей сообщения. -2004. - №1. - С. 84-89.

34. Пархоменко, П. П. Основы технической диагностики (оптимизация алгоритмов диагностирования, аппаратурные средства) / П. П. Пархоменко, E. С. Согомонян. - М.: Энергоатомиздат, 1981. - 320 с.

35. Пивоваров, Д. В. Контроль многовыходных логических схем автоматики на основе метода логического дополнения по равновесным кодам / Д. В. Пивоваров, Д. В. Ефанов, В. В. Сапожников, Вл. В. Сапожников // Материалы Юбилейной X Санкт-Петербургской межрегиональной конференция «Информационная безопасность регионов России (ИБРР-2017)», Санкт-Петербург, 1 - 3 ноября 2017 г., СПОИСУ, СПб, 2017. - С. 195-196. - ISBN 978-5-906931-64-1.

36. Пивоваров, Д. В. Один способ построения полностью самопроверяемых структур систем функционального контроля на основе равновесного кода «1 из 4» / Д. В. Пивоваров // Информационные технологии на транспорте: сборник материалов секции «Информационные технологии на транспорте» Юбилейной XV Санкт-Петербургской международной конференции «Региональная информатика - 2016», Санкт-Петербург, 26-28 октября 2016 г.; под. ред. Вал. В. Сапожни-кова. - СПб: ФГБОУ ВО ПГУПС, 2016, с. 17-27. ISBN 978-5-7641-0951-0.

37. Пивоваров, Д. В. Организация систем функционального контроля комбинационных логических схем на основе метода логического дополнения по равновесному коду «1 из 5» / Д. В. Пивоваров // Автоматика на транспорте. -2017. - Том 3. - №4. - С. 605-624.

38. Пивоваров, Д. В. Особенности организации полностью самопроверяемых структур на основе равновесного кода «1 из 4» / Д. В. Пивоваров // Материалы Юбилейной XV Санкт-Петербургской международной конференция «Региональная информатика - 2016», Санкт-Петербург, 26-28 октября 2016 г., СПОИСУ, СПб, 2016. - С. 307-308. - ISBN 978-5-906841-68-1.

39. Пивоваров, Д. В. Построение систем функционального контроля многовыходных комбинационных схем методом логического дополнения по равновесным кодам / Д. В. Пивоваров // Автоматика на транспорте. - 2018. - Том 4. -№1. - С. 131-149.

40. Сапожников, В. В. Кафедра «Автоматика и телемеханика на железных дорогах» Петербургского государственного университета путей сообщения в XX

- начале XIX в / В. В. Сапожников, Вл. В. Сапожников и др. - СПб.: ПГУПС, 2009. - 346 с.

41. Сапожников, В. В. Коды с суммированием для систем технического диагностирования. Том 1: Классические коды Бергера и их модификации: монография / В. В. Сапожников, Вл. В. Сапожников, Д. В. Ефанов. - М.: Наука, 2020.

42. Сапожников, В. В. Коды Хэмминга в системах функционального контроля логических устройств: монография / В. В. Сапожников, Вл. В. Сапожников, Д. В. Ефанов. - СПб.: Наука, 2018. - 151 с.

43. Сапожников, В. В. Метод логического дополнения на основе равновесного кода «1 из 4» для построения полностью самопроверяемых структур систем функционального контроля / В. В. Сапожников, Вл. В. Сапожников, Д. В. Ефанов, Д. В. Пивоваров // Электронное моделирование. - 2017. - Том 39. -№2. - С. 15-34.

44. Сапожников, В. В. Метод функционального контроля комбинационных логических устройств на основе кода «2 из 4» / В. В. Сапожников, Вл. В. Сапожников, Д. В. Ефанов // Известия вузов. Приборостроение. - 2016. - Том 59. -№7. - С. 524-533. - БО1 10.17586/0021-3454-2016-59-7-524-533.

45. Сапожников, В. В. Методы построения безопасных микроэлектронных систем железнодорожной автоматики / В. В.Сапожников, Вл. В.Сапожников, Х. А. Христов, Д. В. Гавзов; Под ред. Вл. В. Сапожникова. - М.: Транспорт, 1995.

- 272 с.

46. Сапожников, В. В. Построение полностью самопроверяемых структур систем функционального контроля с использованием равновесного кода «1 из 3» /

B. В. Сапожников, Вл. В. Сапожников, Д. В. Ефанов // Электронное моделирование. - 2016. - Том 38. - №6. - С. 25-43.

47. Сапожников, В. В. Построение самопроверяемых структур систем функционального контроля на основе равновесного кода «2 из 4» / В. В. Сапожников, Вл. В. Сапожников, Д. В. Ефанов // Проблемы управления. - 2017. - №1. -

C. 57-64.

48. Сапожников, В. В. Применение равновесного кода «1 из 5» для организации контроля комбинационных схем / В. В. Сапожников, Вл. В. Сапожников, Д. В. Ефанов, Д. В. Пивоваров // Известия Петербургского университета путей сообщения. - 2017. - Том 14. - №2. - С. 307-319.

49. Сапожников, В. В. Организация функционального контроля комбинационных схем методом логического дополнения / В. В. Сапожников, Вл. В. Сапожников, А. В. Дмитриев, А. В. Морозов, М. Гессель // Электронное моделирование. - 2002. - Том 24. - №6. - С. 51-66.

50. Сапожников, В. В. О синтезе полностью самопроверяемых комбинационных схем / В. В. Сапожников, Вл. В. Сапожников // Известия Петербургского университета путей сообщения. - 2006. - №1. - С. 97-107.

51. Сапожников, В. В. Основы теории надежности и технической диагностики / В. В. Сапожников, Вл. В. Сапожников, Д. В. Ефанов. - Санкт-Петербург: Издательство «Лань», 2019. - 588 с.

52. Сапожников, В. В. Самодвойственные дискретные устройства / В. В. Сапожников, Вл. В. Сапожников, М. Гёссель. - СПб: Энергоатомиздат (Санкт-Петербургское отделение), 2001. - 331 с.

53. Сапожников, В. В. Самопроверяемые дискретные устройства / В. В. Сапожников, Вл. В. Сапожников. - СПб: Энергоатомиздат, 1992. - 224 с.

54. Сапожников, В. В. Самопроверяемый фиксатор ошибок для парафаз-ных сигналов / В. В. Сапожников, Вл. В. Сапожников // Автоматика и телемеханика. - 1992. - №2. - С. 197-200.

55. Сапожников, В. В. Синтез самодвойственных дискретных систем / В. В. Сапожников, Вл. В. Сапожников, Р. Ш. Валиев. - СПб: Элмор, 2006. -224 с.

56. Сапожников, В. В. Синтез самопроверяющихся т/п-тестеров с максимальным быстродействием / В. В. Сапожников, Вл. В. Сапожников, Л. Цегловски // Автоматика и телемеханика. - 1988. - №10. - С. 139-154.

57. Сапожников, В. В. Синтез систем функционального контроля многовыходных комбинационных схем на основе метода логического дополнения / В. В. Сапожников, Вл. В. Сапожников, Д. В. Ефанов, Д. В. Пивоваров // Вестник Томского государственного университета. Управление, вычислительная техника и информатика. - 2017. - №4. - С. 69-80. - БО1: 10.17223/19988605/41/9.

58. Сапожников, В. В. Способ построения системы функционального контроля на основе логического дополнения по равновесному коду «1 из 5» / В. В. Сапожников, Вл. В. Сапожников, Д. В. Ефанов, Д. В. Пивоваров // Радиоэлектроника и информатика. - 2017. - №3. - С. 28-35.

59. Сапожников, В. В. Теоретические основы железнодорожной автоматики и телемеханики: Учебник для вузов ж. -д. транспорта / В. В. Сапожников, Ю. А. Кравцов, Вл. В. Сапожников; под. ред. В. В. Сапожникова. - М.: ГОУ «Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте, 2008. - 394 с.

60. Сапожников, В. В. Универсальный алгоритм синтеза 1/п-тестеров / В. В. Сапожников, В. Рабара // Проблемы передачи информации. - 1982. - Том 18, №3. - С. 62-73.

61. Слабаков, Е. В. Самопроверяемые вычислительные устройства и системы (обзор) / Е. В. Слабаков, Е. С. Согомонян // Автоматика и телемеханика. -1981. - №11. - С. 147-167.

62. Согомонян, Е. С. Самопроверяемые устройства и отказоустойчивые системы / Е. С. Согомонян, Е. В. Слабаков. - М.: Радио и связь, 1989. - 207 с.

63. Стемпковский, А. Л. Методы синтеза сбоеустойчивых комбинационных КМОП схем, обеспечивающих автоматическое исправление ошибок / Стемп-

ковский А. Л., Тельпухов Д. В., Жукова Т. Д., Гуров С. И., Соловьев Р. А. // Известия ЮФУ. Технические науки. - 2017. - №7 (192). - С. 197-210. -DOI 10.23683/2311-3103-2017-7-197-210.

64. Тельпухов, Д. В. Методы и средства автоматизации проектирования сбоеустойчивых комбинационных схем: дис. ... докт. техн. наук: 05.13.12.: защищена 27.12.18 / Тельпухов Дмитрий Владимирович; [Место защиты: ФГБУН Институт проблем проектирования в микроэлектронике Российской академии наук (ИППМ РАН)]. - М, 2018. - 308 с. - Библиогр.: с. 285-297.

65. Упавшее в Финляндии дерево остановило два поезда «Аллегро». -Электронный ресурс [Режим доступа: https://spb.mk.ru/incident/2019/10/29/upavshee-v-finlyandii-derevo-ostanovilo-dva-poezda-allegro.html, дата обращения: 04.12.2019 г.].

66. Федорчук, А. Е. Автоматизация технического диагностирования и мониторинга устройств ЖАТ (система АДК-СЦБ) / А. Е. Федорчук, А. А. Сепетый, В. Н. Иванченко. - М.: УМЦ ЖДТ, 2013. - 400 с.

67. Хорошев, В. В. Непрерывный контроль механических параметров подвижных элементов стрелочных переводов / В. В. Хорошев // Автоматика на транспорте. - 2017. - Том 3. - №1. - С. 69-87.

68. Чухонин, В. М. Аппаратно-программный комплекс диспетчерского контроля / В. М. Чухонин, Б. Л. Горбунов, С. П. Бакалов, А. С. Падалко // Наука и транспорт (Модернизация железнодорожного транспорта). - 2009. - С. 27-28.

69. Чухонин, В. М. Нормирование активной мощности двигателей переменного тока при переводе стрелки / В. М. Чухонин, Б. Л. Горбунов, Е. В. Басалаев // Развитие элементной базы и совершенствование методов построения устройств железнодорожной автоматики и телемеханики: сб. научн. трудов; под. ред. Вл. В. Сапожников. - СПб.: ФГБОУ ВПО ПГУПС, 2014. - С. 23-25.

70. Шаманов, В. И. Математические модели надежности систем железнодорожной автоматики и телемеханики / В. И. Шаманов // Автоматика на транспорте. - 2017. - Том 3. - №1. - С. 7-19.

71. ADS1235 Precision. - Texas Instruments, Datasheet, SBAS824 - October 2018, 76 p.

72. Anderson, D. A. Design on Totally Self-Checking-Check Circuits for m-out-of-n Codes / D. A. Anderson, G. Metze // IEEE Transaction on Computers. - 1973.

- V. С-33, Issue 3. - Pp. 263-269.

73. Berger, J. M. A Note on Error Detection Codes for Asymmetric Channels / J. M. Berger // Information and Control. - 1961. - Vol. 4, Issue 1. - Pp. 68-73. - DOI: 10.1016/S0019-9958(61)80037-5.

74. Carter, W. Design of Dynamically Checked Computers / W. Carter, P. Schneider // Proceedings of IFIP Congress 68, Edinburgh, Scotland, 1968, pp. 878883.

75. Carter, W. C. Self-Checking Error Checker for Two-Rail Coded Data / W. C. Carter, K. A. Duke, P. R. Schneider // United States Patent Office, filed July 25, 1968, ser. No. 747533, patented Jan. 26, 1971, N. Y., 10 p.

76. Collection of Digital Design Benchmarks [Режим доступа: http://ddd.fit.cvut.cz/prj/Benchmarks/].

77. Das, D. K. Constraint Don't Cares for Optimizing Designs for Concurrent Checking by 1-out-of-3 Codes / D. K. Das, S.S. Roy, A. Dmitiriev, A. Morozov, M. Gössel // Proceedings of the 10th International Workshops on Boolean Problems, Freiberg, Germany, September, 2012, pp. 33-40.

78. Das, D. Synthesis of Circuits with Low-Cost Concurrent Error Detection Based on Bose-Lin Codes / D. Das, N. A. Touba // Journal of Electronic Testing: Theory and Applications. - 1999. - Vol. 15. - Issue 1-2. - Pp. 145-155.

79. Das, D. Weight-Based Codes and Their Application to Concurrent Error Detection of Multilevel Circuits / D. Das, N. A. Touba // Proceedings of 17 th IEEE Test Symposium, USA, California, 1999, pp. 370-376.

80. Freiman, C. V. Optimal Error Detection Codes for Completely Asymmetric Binary Channels / C. V. Freiman // Information and Control. - 1962. - Vol. 5. - Issue 1.

- Pp. 64-71. - DOI: 10.1016/S0019-9958(62)90223 -1.

81. Efanov, D. Development of Rail Roads Health Monitoring Technology Regarding Stressing of Contact-Wire Catenary System / Efanov D., Osadtchy G., Sedykh D. // Proceedings of 2nd International Conference on Industrial Engineering, Applications and Manufacturing (ICIEAM), Chelyabinsk, Russia, 19-20 May, 2016, pp. 1-5, doi: 10.1109/ICIEAM.2016.7911431.

82. Efanov, D. Monitoring System of Vibration Impacts on the Structure of Overhead Catenary of High-Speed Railway Lines / Efanov D., Osadchy G., Sedykh D., Pristensky D., Barch D. // Proceedings of 14th IEEE East-West Design & Test Symposium (EWDTS'2016), Yerevan, Armenia, October 14-17, 2016, pp. 201-208, doi: 10.1109/EWDTS.2016.7807691.

83. Efanov, D. V. New Architecture of Monitoring Systems of Train Traffic Control Devices at Wayside Stations / D. V. Efanov // Proceedings of 16th IEEE East-West Design & Test Symposium (EWDTS'2018), Kazan, Russia, September 14-17, 2018, pp. 276-280, doi: 10.1109/EWDTS.2018.8524788.

84. Efanov, D. Permanent Monitoring of Railway Overhead Catenary Poles Inclination / Efanov D., Sedykh D., Osadchy G., Barch D. // Proceedings of 15th IEEE East-West Design & Test Symposium (EWDTS'2017), Novi Sad, Serbia, September 29 - October 2, 2017, pp. 163-167, doi: 10.1109/EWDTS.2017.8110142.

85. Efanov, D. New Technology in Sphere of Diagnostic Information Transfer within Monitoring System of Transportation and Industry / Efanov D., Pristensky D., Osadchy G., Razvitnov I., Sedykh D., Skurlov P. // Proceedings of 15th IEEE East-West Design & Test Symposium (EWDTS'2017), Novi Sad, Serbia, September 29 -October 2, 2017, pp. 231-236, doi: 10.1109/EWDTS.2017.8110152.

86. Efanov, D. Self-Dual Complement Method up to Constant-Weight Codes for Arrangement of Combinational Logical Circuits Concurrent Error-Detection Systems / Efanov D., Sapozhnikov V., Sapozhnikov Vl., Osadchy G., Pivovarov D. // Proceedings of 17th IEEE East-West Design & Test Symposium (EWDTS'2019), Batumi, Georgia, September 13-16, 2019, pp. 136-143, doi: 10.1109/EWDTS.2019.8884398.

87. Efanov, D. Special Aspects of the Software Realization Concerning Permanent Health Monitoring Systems of the Overhead Catenary on Railroads of Russian

Federation / Efanov D., Sedykh D., Osadchiy G., Razvitnov I., Skurlov P. // Radioelec-tronics & Informatics. - 2016. - Issue 4. - Pp. 30-36.

88. Fujiwara, E. Code Design for Dependable Systems: Theory and Practical Applications / E. Fujiwara. - John Wiley & Sons, 2006. - 720 p.

89. Ghosh, S. Synthesis of Low Power CED Circuits Based on Parity Codes / S. Ghosh, S. Basu, N.A. Touba // Proceedings of 23rd IEEE VLSI Test Symposium (VTS'05), 2005, pp. 315-320.

90. Goessel, M. A New Method for Concurrent Checking by Use of a 1-out-of-4 Code / M. Goessel, Vl. Saposhnikov, V. Saposhnikov, A. Dmitriev // Proceedings of the 6th IEEE International On-line Testing Workshop, 3-5 July 2000, Palma de Mallorca, Spain, pp. 147-152.

91. Göessel, M. New Methods of Concurrent Checking: Edition 1 / M. Göessel, V. Ocheretny, E. Sogomonyan, D. Marienfeld. - Dordrecht: Springer Science+Business Media B.V., 2008. - 184 p.

92. Khoroshev, V. Actual State Monitoring of Railway Switch Point Blades Based on RFID Technology / V. Khoroshev, G. Osadchy, D. Efanov, V. Ivanov, H. N. Vadgama // Proceedings of 15th IEEE East-West Design & Test Symposium (EWDTS'2017), Novi Sad, Serbia, September 29 - October 2, 2017, pp. 283-288, doi: 10.1109/EWDTS.2017.8110084.

93. Lala, P. K. Self-Checking and Fault-Tolerant Digital Design / P. K. Lala. -San Francisco: Morgan Kaufmann Publishers, 2001. - 216 p.

94. Matrosova, A. Designing FPGA Based Self-Testing Checkers for m-out-of-n Codes / A. Matrosova, V. Ostrovsky, I. Levin, K. Nikitin // Proceedings of the 9th IEEE International On-Line Testing Symposium (IOLTS'03), 7-9 July 2003, Kos Island, Greece, pp. 49-53.

95. Mitra, S. Which Concurrent Error Detection Scheme to Choose? / S. Mitra, E. J. McCluskey // Proceedings of International Test Conference, 2000, USA, Atlantic City, NJ, 03-05 October 2000, pp. 985-994, doi: 10.1109/TEST.2000.894311.

96. Morosow, A. Self-Checking Combinational Circuits with Unidirectionally Independent Outputs / A. Morosow, V. V. Sapozhnikov, Vl. V. Sapozhnikov, M. Goessel // VLSI Design. - 1998. - Vol. 5. - Issue 4. - Pp. 333-345.

97. Hahanov, V. Cyber Physical Computing for IoT-driven Services / V. Ha-hanov // New York, Springer International Publishing AG, 2018. - 279 p.

98. Nicolaidis, M. On-Line Testing for VLSI - А Compendium of Approaches / M. Nicolaidis, Y. Zorian // Journal of Electronic Testing: Theory and Applications. -1998. - №12. - Pp. 7-20.

99. Nikolos, D. Self-Testing Embedded Two-Rail Checkers / D. Nikolos // Journal of Electronic Testing: Theory and Applications. - 1998. - Vol. 12. - Nos. 1/2. - Pp. 69-79.

100. Piestrak, S. J. Design of Self-Testing Checkers for Unidirectional Error Detecting Codes / S. J. Piestrak. - Wroclaw: Oficyna Wydawnicza Politechniki Wroclavskiej, 1995. - 111 p.

101. Reynolds, D. A. Fault Detection Capabilities of Alternating Logic / Reynolds D. A., Meize G. // IEEE Transactions on Computers. - 1978. - Vol. C-27. - Issue 12. - Pp. 1093-1098.

102. Saposhnikov, V. V. Combinational Circuit Check by Boolean Complement Method Based on "1-out-of-5" Code / V. Sapozhnikov, Vl. Sapozhnikov, D. Efanov, A. Bliudov, D. Pivovarov // Proceedings of 15th IEEE East-West Design & Test Symposium (EWDTS'2017), Novi Sad, Serbia, September 29 - October 2, 2017, pp. 89-94.

103. Saposhnikov, V. Concurrent Error Detection of Combinational Circuits by the Method of Boolean Complement on the Base of «2-out-of-4» Code / Sapozhnikov V., Sapozhnikov Vl., Efanov D. // Proceedings of 14th IEEE East-West Design & Test Symposium (EWDTS'2016), Yerevan, Armenia, October 14-17, 2016, pp. 126133, doi: 10.1109/EWDTS.2016.7807677.

104. Saposhnikov, V. V. Design of Totally Self-Checking Combinational Circuits by Use of Complementary Circuits / V. V. Saposhnikov, Vl. V. Saposhnikov, A. Morozov, G. Osadtchi, M. Gossel // Proceedings of East-West Design & Test Workshop, Yalta, Ukraine, 2004, pp. 83-87.

105. Saposhnikov, V. Search Algorithm for Fully Tested Elements in Combinational Circuits, Controlled on the Basis of Berger Codes / Sapozhnikov V., Sapozhnikov Vl., Efanov D. // Proceedings of 15th IEEE East-West Design & Test Symposium (EWDTS'2017), Novi Sad, Serbia, September 29 - October 2, 2017, pp. 99-108, doi: 10.1109/EWDTS.2017.8110085.

106. Saposhnikov, V. V. Self-Checking Concurrent Error Detection System Design Based on Boolean Complement Method to "1 out of 3" Code with Hardware Cost Optimization / V. Sapozhnikov, Vl. Sapozhnikov, D. Efanov, D. Pivovarov // Proceedings of 16th IEEE East-West Design & Test Symposium (EWDTS'2018), Kazan, Russia, September 14-17, 2018, pp. 164-169.

107. Saposhnikov, Vl. V. Experimental Results for Self-Dual Multi-Output Combinational Circuits / Vl.V. Saposhnikov, V. Moshanin, V. V. Saposhnikov, M. Goessel // Journal of Electronic Testing: Theory and Applications. - 1999. - Vol. 14, issue 3. - Pp. 295-300.

108. Saposhnikov, Vl. V. Self-Dual Duplication for Error Detection / Vl. V. Saposhnikov, V. V. Saposhnikov, A. Dmitriev, M. Goessel // Proceedings of 7th Asian Test Symposium, Singapore, 1998, pp. 296-300.

109. Saposhnikov, Vl. V. Self-Dual Multi-Output Combinational Circuits with Output Data Compaction / Vl.V. Saposhnikov, V. Moshanin, V.V. Saposhnikov, M. Goessel // Compendium of Papers IEEE European Test Workshop (ETW'97), Ca-gliari, Italy, May 28 - 30, 1997, pp. 107-111.

110. Saposhnikov, Vl. V. Self-Dual Parity Checking - a New Method for on Line Testing / Vl. V. Saposhnikov, A. Dmitriev, M. Goessel, V. V. Saposhnikov // Proceedings of 14th IEEE VLSI Test Symposium, USA, Princeton, 1996, pp. 162-168.

111. SCL3300-D01. 3-axis inclinometer with angle output and digital SPI interface. - muRata, innovator in electronics, 41 p.

112. Sen, S. K. An Optimized Concurrent Self-Checker Using Constraint-Don't Cares and 1-out-of-4 Code / S. K. Sen, S. S. Roy // National Conference (AECDISC-2008) in Asansol Engineering College, held during 1-2 August 2008.

113. Sen, S. K. A Self-Checking Circuit for Concurrent Checking by 1-out-of-4 code with Design Optimization using Constraint Don't Cares / S. K. Sen, S. S. Roy // National Conference on Emerging trends and advances in Electrical Engineering and Renewable Energy (NCEEERE 2008), Sikkim Manipal Institute of Technology, Sik-kim, held during 22-24 December 2008.

114. Sen, S. K. A Self-Checking Circuit for Concurrent Checking by 1-out-of-4 code with Design Optimization using Constraint Don't Cares / S. K. Sen // National Conference on Emerging trends and advances in Electrical Engineering and Renewable Energy (NCEEERE 2010), Sikkim Manipal Institute of Technology, Sikkim, held during 22-24 December, 2010.

115. Sentovich, E. M. SIS: A System for Sequential Circuit Synthesis / E. M. Sentovich, K. J. Singh, L. Lavagno, C. Moon, R. Murgai, A. Saldanha, H. Savoj, P. R. Stephan, R. K. Brayton, A. Sangiovanni-Vincentelli // Electronics Research Laboratory, Department of Electrical Engineering and Computer Science, University of California, Berkeley, 4 May 1992, 45 p.

116. Sogomonyan, E. S. Self-Correction Fault-Tolerant Systems / E. S. Sogomonyan. - Preprint, October 2018, 30 p.

117. Stempkovskiy, A. R-Code for Concurrent Error Detection and Correction in The Logic Circuits / Stempkovskiy A., Telpukhov D., Gurov S., Zhukova T., Demeneva A. // 2018 IEEE Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering (EIConRus), 29 January - 1 February 2018, Moscow, Russia, pp. 1430-1433, doi: 10.1109/EIConRus.2018.8317365.

118. Yang S. Logic Synthesis and Optimization Benchmarks User Guide: Version 3.0 // Technical Report 1991-IWLS-UG-Saeyang, MCNC, 44 p.

ПРИЛОЖЕНИЯ Приложение А. Тестеры равновесных кодов

Как было упомянуто ранее, системы функционального контроля, построенные на основе метода логического дополнения, имеют множество реализаций для каждого кода. Однако есть части, которые не будут изменяться в зависимости от реализации. Такими частями являются элементы «сложение по модулю два» и тестеры. Также для каждого кода будет определённое число выходов блока логического дополнения. Например, для кода «2 из 4» будет только 2 выхода. Таким образом, можно проанализировать эти части для различных кодов и узнать, какова будет сложность этих частей и быстродействие. На рисунках П.А.1 и П.А.2 приведены структурные схемы тестеров некоторых равновесных кодов.

f1

f2

f3 f4

zq

z1

fx f2

f3 f4

2/4 TSC

TRC

zq

z1

f1

f2

f3 f4

f5

f1

f2

f3 f4

zq

z1

2/5 TSC

Рисунок П.А.1. Тестеры кодов «2 из n» и TRC

/1

/34

¡2-

/Л_

1/3 Т5С

/1 /2

¡2 /3

/5

/3 /4

/1 /14

/45

^0

1/5 Т5С

/1/2

/3 /

1/4 Т5С

1/6 ТБС

Рисунок П.А.2. Тестеры кодов «1 из п»

&

&

Из рисунков можно определить сложность данных структур и их быстродействие. Сложность обычно оценивают количеством входов, составляющих схему логических элементов Ь. Быстродействие обычно оценивают числом уровней внутренних элементов - величиной ц. Значения сложности тестеров равновесных кодов и стандартных элементов сведена в таблицу П.А. 1.

&

&

&

&

Таблица П.А.1 Сложности тестеров равновесных кодов, модуля сжатия парафаз-

ных сигналов и элемента ХОЯ

Функциональный эле- Сложность реализации, Быстродействие, q

мент L

XOR 6 2

TRC 12 2

1/3 TSC 18 3

1/4 TSC 14 3

2/4 TSC 12 2

1/5 TSC 22 3

2/5 TSC 28 5

1/6 TSC 24 3

Стоит отметить, что использование равновесных кодов с числом букв больше шести не рекомендуется, так как это приведёт только к усложнению блоков контрольной логики. Также тестеры кодов с большим числом букв будут иметь большое число тестовых комбинаций, что усложнит задачу построения полностью самопроверяемой структуры.

В таблице П.А.2 приведены описания разнообразных способов реализации систем функционального контроля дискретных устройств с числом выходов m от 3 до 6. Для каждого способа указана реализация неизменяемой части, количество выходов блока логического дополнения, сложность неизменяемой части с учётом элементов «сложение по модулю два».

Из таблицы видно, что при контроле схемы четырьмя выходами наименьшую сложность дают равновесный код «2 из 4» и модуль сжатия парафазных сигналов. Это обусловлено тем, что тестер кода «2 из 4» и ТЯС имеют одинаковую сложность, меньшую чем у тестера кода «1 из 4». Также при использовании кода «2 из 4» или ТЯС блок логического дополнения имеет только два выхода, а значит требуется только два элемента «сложение по модулю два» в отличии от трёх при использовании кода «1 из 4», что также сказывается на общей сложности неизменяемой части. Также количество выходов блока логического дополнения будет влиять на сложность самого блока. Исходя из этого можно ожидать, что общая сложность систем функционального контроля, построенных с использованием

кода «2 из 4» или ТЯБ будет в большинстве случаев будет меньше чем при использовании кода «1 из 4». Также из таблицы видно, что при контроле схемы с пятью выходами коды «1 из 5» и «2 из 5» дают одинаковую сложность неизменяемой части. Это обусловлено тем, что тестер кода «2 из 5» имеет большую сложность, однако для него требуется только три выхода блока логического дополнения, в отличии от четырёх для кода «1 из 5». При этом тестер кода «1 из 5» имеет лучшее быстродействие, что также является важным показателем.

Таблица П.А.2 Варианты неизменяемых частей систем функционального кон-

троля для схем с количеством выходов от трёх до шести

m Реализация неизменяемой части Количество выходов блока логического дополнения L

3 1/3 TSC 2 30

4 1/4 TSC 3 32

4 2/4 TSC 2 24

4 TRC 2 24

5 1/5 TSC 4 46

5 2/5 TSC 3 46

6 1/6 TSC 5 54

Приложение Б. Справки о результатах внедрения

СИГНАЛ

ЛокоТех/'

ОГРН 5177746067880 ИНН 7703435047 КПП 771801001

(ХЮ «ЛокоТех -Сигнал»

г. Москва, ул. Рыбинская 3-я, д. 18, стр. 22

Почтовый адрес: 107113, г. Москва а/я 11

[phone]

www.locotech-signal.ru

¡[e-mail]

об использовании результатов диссертационного исследования Пивоварова Дмитрия Вячеславовича на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.13.06 - «Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (транспорт)» на тему: «Метод логического дополнения для организации контроля комбинационных устройств в системах мониторинга объектов железнодорожной автоматики»

В работе Д. В. Пивоварова основной упор сделан на исследование способов синтеза полностью самопроверяемых структур систем встроенного контроля на основе метода логического дополнения. Предложенные способы на основе дополнения до равновесных кодов, а также с контролем по двум признакам (принадлежности к равновесному коду и самодвойственности сигналов) могут эффективно использоваться при разработке устройств автоматики на современной элементной базе.

Предложенный способ организации схемы контроля аналого-цифрового преобразователя на основе логического дополнения до равновесного кода «2 из 4» был использован при разработке комплексных диагностических приборов. Данные приборы могут применяться как в составе технических средств распределенных систем управления с объектными контроллерами, расположенными в непосредственной близости к объектам управления, так и в составе систем мониторинга вибрационных воздействий, механического натяжения и углов отклонения конструкций и сооружений. Предложенный соискателем способ контроля данных в измерительных устройствах принят к использованию в качестве основного способа защиты данных, получаемых от интегрированных в объектные контроллеры измерительных подсистем, а также в диагностических приборах для мониторинга состояния опор контактной сети и мачт светофоров в рамках проекта «Система непрерывного мониторинга устройств железнодорожной контактной подвески». Испытания показали приемлемый уровень фиксации отклонений в работе устройств преобразования.

Использование диагностических приборов мониторинга механического натяжения и углов отклонения опор контактной сети и мачт светофоров позволяет повышать отказоустойчивость объектов железнодорожной инфраструктуры за счет выявления тенденций ухудшения геометрических параметров, а также косвенно влиять на бесперебойность графика движения поездов за счет предотвращения его сбоев по причине отказов элементов инфраструктуры.

СПРАВКА

Генеральный директор ООО «ЛокоТех-Сигнал»

А. М. Романчиков

СПРАВКА

об использовании результатов диссертационного исследования

Пивоварова Дмитрия Вячеславовича на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.13.06 - «Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (транспорт)» на тему: «Метод логического дополнения для организации контроля комбинационных устройств в системах мониторинга объектов железнодорож-

Диссертационное исследование Д. В. Пивоварова посвящено разработке новых способов синтеза самопроверяемых структур устройств автоматики и вычислительной техники на основе метода логического дополнения. Предложенные им способы реализации схем контроля позволяют уменьшать сложность технической реализации устройств, снабженных средствами самодиагностирования, по сравнению с известными подходами. Кроме того, гораздо проще становится процесс построения самопроверяемой структуры устройства.

Метод логического дополнения по предложенному в диссертации способу с доопределением вектора значений при преобразовании сигналов в цифровой вид до кодового слова «2 из 4» эффективно использовать при разработке диагностических приборов с диагностическим обеспечением на одной плате. Данный подход использован при разработке автономных приборов контроля углов отклонения конструкций от проектных осей на основе датчика инклинометрии. Приборы используются в комплексных решениях по мониторингу искусственных сооружений в строительной отрасли.

ной автоматики»

Осадчий Г. В.

УТВЕРЖДАЮ Перпын проректор - проректор по на\чиой рабою ФГБОУ ВО ПГУПС

■.. ■ - > п.4, -

ш //

ггова Т. С.

С II Р Л в К* л

об использовании результатов диссертационного исследования Пивоварова Дмитр| I я Вячеславовича на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.13,06- «Автоматизация п управление технологическими процессами и производствами (транспорт)» на тему; «Метод логического дополнения для организации контроля комбинационных устройств в системах мониторинга объектов железнодорожной автоматики»

Результата диссертационного исследования Дмитрия Вячеславовича Пивоварона посвящены развитию теории технической диагностики дискретных систем автоматики н вычислительной техники. Основные результаты» полученные автором диссертации и области синтеза систем функционального контроля по методу логического дополнения, используются при проведении лекционных, практических занятий п курсовые работ по дисциплинам «Теория дискретных устройств» и «Основы технической диагностики». Результаты в области совершенствования систем непрерывного мониторинга устройств железнодорожной инфраструктуры используются при проведении лекционных и практических занятий по дисциплине «Информационные системы».

Занедующий кафедрои «Автоматика и телемеханика на железных дорогах» ФГБОУ ВО ПГУПС

I (нкитин А. Ь.