Моделирование преобразователей информационно-измерительной системы взвешивания железнодорожных вагонов
|
ВВЕДЕНИЕ 4
ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ ИНФОРМАЦИОННО¬
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ ВЗВЕШИВАНИЯ
ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ ВАГОНОВ 7
1.1. Информационно-измерительные системы взвешивания
железнодорожных вагонов. 7
1.2. Анализ существующих систем взвешивания 9
1.2.1. Информационно-измерительная система «ВЕСМАШ» 10
1.2.2. Информационно-измерительная система «Mettler Toledo» 10
1.2.3. Информационно-измерительная система Корпорация
«АСИ» 11
1.2.4. Выбор подхода к разработке 11
1.2.5. Типовые компоненты информационно-измерительных
систем взвешивания 16
1.2.6. Построение модели информационно-измерительной
системы «AS-IS» 21
1.3. Формализация требований к моделируемому программному
продукту и выбор программных средств реализации 24
ГЛАВА 2. МОДЕЛИРОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ВЗВЕШИВАНИЯ
ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ ВАГОНОВ 29
2.1. Моделирование информационно-измерительных систем 29
2.1.1. Устройства сбора, первичной обработки и передачи информации в информационно-измерительных системах 33
2.1.2. Методологические особенности поосного взвешивания
железнодорожных вагонов 37
2.1.3. Построение модели информационно-измерительной
системы «TO-BE» 43
ГЛАВА 3. ТЕСТИРОВАНИЕ И ВНЕДРЕНИЕ РАЗРАБОТАННЫХ
ПРОГРАММНЫХ РЕШЕНИЙ 51
3.1. Тестирование программного продукта 51
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 56
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 59
ПРИЛОЖЕНИЕ
ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ ИНФОРМАЦИОННО¬
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ ВЗВЕШИВАНИЯ
ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ ВАГОНОВ 7
1.1. Информационно-измерительные системы взвешивания
железнодорожных вагонов. 7
1.2. Анализ существующих систем взвешивания 9
1.2.1. Информационно-измерительная система «ВЕСМАШ» 10
1.2.2. Информационно-измерительная система «Mettler Toledo» 10
1.2.3. Информационно-измерительная система Корпорация
«АСИ» 11
1.2.4. Выбор подхода к разработке 11
1.2.5. Типовые компоненты информационно-измерительных
систем взвешивания 16
1.2.6. Построение модели информационно-измерительной
системы «AS-IS» 21
1.3. Формализация требований к моделируемому программному
продукту и выбор программных средств реализации 24
ГЛАВА 2. МОДЕЛИРОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ВЗВЕШИВАНИЯ
ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ ВАГОНОВ 29
2.1. Моделирование информационно-измерительных систем 29
2.1.1. Устройства сбора, первичной обработки и передачи информации в информационно-измерительных системах 33
2.1.2. Методологические особенности поосного взвешивания
железнодорожных вагонов 37
2.1.3. Построение модели информационно-измерительной
системы «TO-BE» 43
ГЛАВА 3. ТЕСТИРОВАНИЕ И ВНЕДРЕНИЕ РАЗРАБОТАННЫХ
ПРОГРАММНЫХ РЕШЕНИЙ 51
3.1. Тестирование программного продукта 51
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 56
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 59
ПРИЛОЖЕНИЕ
Применение информационно-измерительных систем, построенных на индуктивных датчиках, дает возможность взвешивать железнодорожные вагоны и автопоезда большой грузоподъемности. Такие системы могут применяться в железнодорожном транспорте во время погрузки, а также встраиваться в железнодорожную структуру. В частности, в вновь строящиеся железные дороги, что дает возможность взвешивать на терминалах и при движении нагрузку на каждую ось вагона, что предотвратит преждевременное разрушение дорог.
Опыт реализации подобного оборудования, показал, что весы поосного типа получили признание у организаций разного направления: сельхозпроизводителей, металлообрабатывающих организаций,
строительных предприятий.
В результате установки электронных железнодорожных весов организация получает контроль над грузооборотом, что приводит к уменьшению производственных потерь, а применение программного обеспечения позволяет еще более эффективно контролировать все этапы взвешивания.
Как правило, точность этих весов определяет основные экономические показатели предприятия, в том числе и уровень, так называемых, «нетехнологических» потерь.
Существенным недостатком многих информационно-измерительных систем является то, что сотрудники постов весового контроля при определении допустимой осевой нагрузки пользуются специальными справочниками, где расписаны предельные нагрузки для всех типов транспорта. То есть они вынуждены анализировать и вручную обрабатывать данные, полученные в цифровой или аналоговой форме. Это значительно увеличивает время, затраченное на обработку, и приводит к росту количества неверно обработанных данных.
Актуальность обусловлена тем, что автоматизация этих процессов позволяет значительно снизить время, затраченное на обработку, и уменьшить количество ошибок при обработке данных.
Цель исследования - анализ информационно-измерительных систем взвешивания железнодорожных вагонов и моделирование информационно-измерительной системы взвешивания железнодорожных вагонов с применением высокочувствительных преобразователей.
Объектом исследования является процесс взвешивания
железнодорожных вагонов с использованием информационно-измерительных систем.
Предметом исследования является модель подсистемы обработки данных информационно-измерительной системы, предназначенной для повышения эффективности процесса поосного взвешивания вагонов.
В соответствии с объектом, предметом и целью исследования потребовалось решить следующие задачи:
1. Изучить особенности построения информационно-измерительных систем взвешивания железнодорожных вагонов;
2. Рассмотреть состав информационно-измерительных систем, используемых при взвешивании железнодорожных вагонов;
3. Проанализировать принципы работы датчиков давления и методы расчета их упругих элементов;
4. раскрыть сущность процесса взвешивания транспорта с использованием информационно-измерительных систем;
5. Смоделировать информационно-измерительную систему
взвешивания железнодорожных вагонов.
Практическая значимость исследования состоит в том, что:
• построены модели, позволяющие детально рассмотреть все процессы, происходящие при взвешивании транспорта с использованием ИИС;
Структура ВКР обусловлена логикой и последовательностью решения задач исследования. ВКР состоит из введения, двух глав, заключения, списка использованных источников.
В первой главе проведен анализ существующих систем взвешивания железнодорожных вагонов. Определен подход к разработке. Сформулированы требования к моделируемой системе.
Во второй главе смоделирована разработан преобразователь и новая подсистема ИИС взвешивания.
В третьей главе проведено тестирование смоделированной и разработанной системы и представлен пользовательский интерфейс.
В заключении представлены развёрнутые выводы по проделанной работе и её результатам.
Опыт реализации подобного оборудования, показал, что весы поосного типа получили признание у организаций разного направления: сельхозпроизводителей, металлообрабатывающих организаций,
строительных предприятий.
В результате установки электронных железнодорожных весов организация получает контроль над грузооборотом, что приводит к уменьшению производственных потерь, а применение программного обеспечения позволяет еще более эффективно контролировать все этапы взвешивания.
Как правило, точность этих весов определяет основные экономические показатели предприятия, в том числе и уровень, так называемых, «нетехнологических» потерь.
Существенным недостатком многих информационно-измерительных систем является то, что сотрудники постов весового контроля при определении допустимой осевой нагрузки пользуются специальными справочниками, где расписаны предельные нагрузки для всех типов транспорта. То есть они вынуждены анализировать и вручную обрабатывать данные, полученные в цифровой или аналоговой форме. Это значительно увеличивает время, затраченное на обработку, и приводит к росту количества неверно обработанных данных.
Актуальность обусловлена тем, что автоматизация этих процессов позволяет значительно снизить время, затраченное на обработку, и уменьшить количество ошибок при обработке данных.
Цель исследования - анализ информационно-измерительных систем взвешивания железнодорожных вагонов и моделирование информационно-измерительной системы взвешивания железнодорожных вагонов с применением высокочувствительных преобразователей.
Объектом исследования является процесс взвешивания
железнодорожных вагонов с использованием информационно-измерительных систем.
Предметом исследования является модель подсистемы обработки данных информационно-измерительной системы, предназначенной для повышения эффективности процесса поосного взвешивания вагонов.
В соответствии с объектом, предметом и целью исследования потребовалось решить следующие задачи:
1. Изучить особенности построения информационно-измерительных систем взвешивания железнодорожных вагонов;
2. Рассмотреть состав информационно-измерительных систем, используемых при взвешивании железнодорожных вагонов;
3. Проанализировать принципы работы датчиков давления и методы расчета их упругих элементов;
4. раскрыть сущность процесса взвешивания транспорта с использованием информационно-измерительных систем;
5. Смоделировать информационно-измерительную систему
взвешивания железнодорожных вагонов.
Практическая значимость исследования состоит в том, что:
• построены модели, позволяющие детально рассмотреть все процессы, происходящие при взвешивании транспорта с использованием ИИС;
Структура ВКР обусловлена логикой и последовательностью решения задач исследования. ВКР состоит из введения, двух глав, заключения, списка использованных источников.
В первой главе проведен анализ существующих систем взвешивания железнодорожных вагонов. Определен подход к разработке. Сформулированы требования к моделируемой системе.
Во второй главе смоделирована разработан преобразователь и новая подсистема ИИС взвешивания.
В третьей главе проведено тестирование смоделированной и разработанной системы и представлен пользовательский интерфейс.
В заключении представлены развёрнутые выводы по проделанной работе и её результатам.
Выполненный в работе анализ отечественных и зарубежных работ по компьютерному моделированию, проектированию информационных систем, расчету упругих чувствительных элементов и методологическим особенностям взвешивания железнодорожного транспорта с использованием информационно-измерительных систем позволяет сделать выводы о том, что проблема взвешивания транспорта с использованием ИИС является актуальной и включает в себя различные вопросы: методологические основы взвешивании транспорта, место ИИС в процессе взвешивания, сложность расчета упругих чувствительных элементов датчиков давления и т.д.
Особое внимание в работе уделено изучение процессов сбора и обработки данных во время взвешивания железнодорожного транспорта с использованием информационно-измерительных систем.
Использование для сбора данных об исследуемом объекте датчиков позволяет повысить точность измерений.
В процессе анализа работ, посвященных методологическим особенностям взвешивания железнодорожного транспорта, было обнаружено, что сотрудники постов весового контроля при определении допустимой осевой нагрузки пользуются специальными справочниками, где расписаны предельные нагрузки для всех типов железнодорожного транспорта. То есть они вынуждены анализировать и вручную обрабатывать данные, полученные в цифровой или аналоговой форме, что замедляет обработку данных и приводит к увеличению количества неверно обработанных данных.
Исходя из этого, был сделан вывод о необходимости всесторонне исследовать автоматизацию процессов обработки данных, полученных при взвешивании, и необходимости разработки модели подсистемы обработки данных, которая позволит решить описанные выше проблемы.
В результате исследования, были сделаны следующие выводы:
1. Компьютерное моделирование является эффективным методом изучения сложных систем. Благодаря возможности проводить вычислительные эксперименты, компьютерные модели проще и удобнее исследовать в тех случаях, когда проведение реальных экспериментов затруднено из-за финансовых, физических и других препятствий. Наряду с эффективностью компьютерное моделирование является сложным процессом. А создание компьютерной модели включает в себя несколько этапов, к которым относятся: постановка задачи, разработка модели, компьютерный эксперимент, анализ результатов моделирования.
2. Рассмотрено типовое строение ИИС, его функционирование и различные преобразования информации в ИИС с момента поступления на вход через датчик до вывода на дисплей. Получены данные, свидетельствующие о том, что ИИС, построенные на индуктивных датчиках, могут встраиваться в железнодорожную структуру. Что дает возможность определять нагрузку на ось вагона на терминалах и при движении на железной дороге.
3. Описаны сложности расчета уравнений, основанных на теории тонких оболочек, и причины возникновения различий между характеристиками, полученными в результате расчетов и экспериментов. Предложена методика расчета упругих элементов, повышающая точность измерений, а также сформированы уравнения в линейной и нелинейной формах для расчета мембраны индуктивного преобразователя.
4. Определены области эффективного и неэффективного
использования поосного метода взвешивания. Рассмотрены
методологические особенности поосного взвешивания железнодорожного транспорта, в результате чего получены данные, необходимые для построения компьютерной модели информационно-измерительного комплекса взвешивания железнодорожного транспорта.
5. Построены модели информационно-измерительной системы, позволяющие рассмотреть процессы, происходящие во время взвешивания железнодорожного транспорта с различным уровнем детализации.
Особое внимание в работе уделено изучение процессов сбора и обработки данных во время взвешивания железнодорожного транспорта с использованием информационно-измерительных систем.
Использование для сбора данных об исследуемом объекте датчиков позволяет повысить точность измерений.
В процессе анализа работ, посвященных методологическим особенностям взвешивания железнодорожного транспорта, было обнаружено, что сотрудники постов весового контроля при определении допустимой осевой нагрузки пользуются специальными справочниками, где расписаны предельные нагрузки для всех типов железнодорожного транспорта. То есть они вынуждены анализировать и вручную обрабатывать данные, полученные в цифровой или аналоговой форме, что замедляет обработку данных и приводит к увеличению количества неверно обработанных данных.
Исходя из этого, был сделан вывод о необходимости всесторонне исследовать автоматизацию процессов обработки данных, полученных при взвешивании, и необходимости разработки модели подсистемы обработки данных, которая позволит решить описанные выше проблемы.
В результате исследования, были сделаны следующие выводы:
1. Компьютерное моделирование является эффективным методом изучения сложных систем. Благодаря возможности проводить вычислительные эксперименты, компьютерные модели проще и удобнее исследовать в тех случаях, когда проведение реальных экспериментов затруднено из-за финансовых, физических и других препятствий. Наряду с эффективностью компьютерное моделирование является сложным процессом. А создание компьютерной модели включает в себя несколько этапов, к которым относятся: постановка задачи, разработка модели, компьютерный эксперимент, анализ результатов моделирования.
2. Рассмотрено типовое строение ИИС, его функционирование и различные преобразования информации в ИИС с момента поступления на вход через датчик до вывода на дисплей. Получены данные, свидетельствующие о том, что ИИС, построенные на индуктивных датчиках, могут встраиваться в железнодорожную структуру. Что дает возможность определять нагрузку на ось вагона на терминалах и при движении на железной дороге.
3. Описаны сложности расчета уравнений, основанных на теории тонких оболочек, и причины возникновения различий между характеристиками, полученными в результате расчетов и экспериментов. Предложена методика расчета упругих элементов, повышающая точность измерений, а также сформированы уравнения в линейной и нелинейной формах для расчета мембраны индуктивного преобразователя.
4. Определены области эффективного и неэффективного
использования поосного метода взвешивания. Рассмотрены
методологические особенности поосного взвешивания железнодорожного транспорта, в результате чего получены данные, необходимые для построения компьютерной модели информационно-измерительного комплекса взвешивания железнодорожного транспорта.
5. Построены модели информационно-измерительной системы, позволяющие рассмотреть процессы, происходящие во время взвешивания железнодорожного транспорта с различным уровнем детализации.