Лабораторная работа № 3. Тема: Изучение принципов построения и алгоритмов работы напольного оборудования МСКПС

Тема: Изучение принципов построения и алгоритмов работы напольного оборудования МСКПС

Цель работы – Научиться производить работы схем контроля и управления напольным оборудованием периферийного контроллера.

Оборудование: Лабораторный макет «Периферийный контроллер ПК-02».

Задание: Вычертить схему периферийного контроллера. Произвести анализ принципа действия работы периферийного контроллера в различных режимах. Письменно ответить на контрольные вопросы и сделать вывод о проделанной работе.

Пояснения к работе:

Периферийный контроллер ПК-02 предназначен для применения в составе комплексов, предназначенных для контроля технического состояния подвижного железнодорожного состава, и выполняет функции обнаружения перегретых букс «Выносное табло пульта-манипулятора» в движущихся поездах.

Контроллер представляет собой устройство с программным управлением (микропроцессорную систему), что позволяет расширять область его применения путем разработки его рабочего программного обеспечения.

Периферийный контроллер ПК-02 в процессе эксплуатации обеспечивает:

1) ввод, преобразование в 8-ми разрядный двоичный код и обработку аналоговых сигналов от двух каналов теплового контроля (предварительных усилителей приемников инфракрасного излучения) при уровне сигнала до 2,8 В;

2) автоматическую компенсацию постоянной составляющей в каналах теплового контроля в диапазоне от -9 до +9 В;

3) ввод и обработку сигналов от трех путевых датчиков прохода осей типа ПБМ-56 при движении подвижного состава в диапазоне скоростей от 5 км/час до 200 км/час;

4) ввод четырех дискретных сигналов состояния напольного оборудования, при этом величине постоянного тока входной цепи от 0 до 0,5 мА соответствует логическое значение «0», а величине постоянного тока от 5 до 20 мА – логическое значение «1»;

5) коммутацию четырех цепей управления напольным оборудованием при максимальном значении постоянного тока в нагрузке равном 10 мА, при этом напряжение на закрытом ключе коммутатора не должно превышать 30 В;

6) ввод и преобразование в цифровой код сигнала от датчика контроля температуры наружного воздуха в диапазоне от - 50°С до +50°С.

Контроллер обеспечивает передачу информации в последовательную линию связи в соответствии с процедурами информационного взаимодействия системы передачи данных СПД на базе концентраторов информации КИ-6М.

Сопряжение контроллера с некоммутируемым каналом тональной частоты осуществляется встроенным модулем УПСЧ по двух или четырехпроводной линии методом частотной манипуляции в соответствии с ГОСТ 20855-83 (рекомендация V.23 МККТТ), при этом обеспечиваются следующие параметры:

1) скорость передачи данных - 1200 бит в секунду, ±0,2%;

2) уровень передачи сигнала - от минус 30 до 0 дБ (плавная регулировка);

3) чувствительность по приему - минус 43 дБ;

4) комплексное входное и выходное сопротивление со стороны канала - 600 Ом ±10% (на частоте 1000 Гц).

Контроллер обеспечивает сопряжение с устройством ввода - вывода символьной информации (видеотерминалом) по последовательной черырехпроводной линии связи встроенным модулем УПСТ через интерфейс «RS232» (рекомендация V.25 МККТ), или методом «токовая петля».

При работе по «токовой петле» обеспечиваются следующие параметры:

1) скорость передачи данных - 9600 бит/с;

2) максимально допустимое сопротивление линии связи - 500 Ом..

Нормальными климатическими условиями эксплуатации контроллера являются:

1) температура окружающего воздуха - от +5 до +40⁰С;

2) относительная влажность воздуха - 60% при +20⁰С.

Питание контроллера осуществляется от однофазной сети переменного тока частотой 50±1 Гц напряжением 220 В ⁺¹⁰_-15%.

Потребляемая мощность - не более 50 ВА.

Масса контроллера - не более 6 кг.

Показатели надежности:

1) наработка на отказ - не менее 8000 ч;

2) средний срок службы контроллера - 10 лет.

Конструкция контроллера представляет собой блок-каркас, заключенный в металлический кожух размерами 280х280х230 мм. Блок-каркас содержит направляющие для установки модулей, соединительную панель и лицевую панель с органами управления и индикации. На лицевой панели также размещены электрические соединители для подключения линии связи и технологического пульта. Блок-каркас устанавливается в кожух и крепится к нему четырьмя винтами со стороны лицевой панели. Установка и извлечение модулей из блок-каркаса осуществляется с задней стороны контроллера, для чего задняя стенка кожуха выполнена съемной.

Подключение контроллера к напольному и силовому оборудованию осуществляется через разъемные соединители, расположенные на модулях обработки сигналов (МОТС и МОПД). Доступ к соединителям осуществляется через отверстия в задней стенке кожуха контроллера.

Модули контроллера представляют собой печатные платы размером 170х170 мм, выполненные из фольгированного стеклотекстолита с двухсторонним расположением печатных проводников. С одной стороны печатной платы модуля установлены радиоэлектронные компоненты. Каждый модуль содержит 84-х контактный разъемный электрический соединитель для подключения модуля к соединительной панели.

Модуль ВИП предназначен для преобразования напряжения сети ~220В в ряд вторичных стабилизированных напряжений, необходимых для питания модулей контроллера. Модуль обеспечивает следующие напряжения питания:

1) +5 В ±5% при номинальном токе нагрузки 3 А;

2) +12 В ±10% при номинальном токе нагрузки 0,8 А;

3) -12 В ±10% при номинальном токе нагрузки 0,8 А.

Модуль ВИП представляет собой источник питания с бестрансформаторным входом и состоит из сетевого выпрямителя СВ, преобразователя напряжения ПН, узла управления УУ и выходных выпрямителей ВВ. Сетевой выпрямитель выполняет функции выпрямления напряжения сети Uc и сглаживания пульсаций, обеспечивает режим плавной зарядки конденсаторов фильтра при включении источника, бесперебойность подачи энергии в нагрузку при кратковременных провалах напряжения сети ниже допустимого уровня и уменьшает уровень помех за счет применения помехоподавляющих фильтров.

На выходе СВ формируется напряжение Е постоянного тока, которое характеризуется значениями 264 - 340 В для однофазной сети 220 В ⁺¹⁰_-15%.

Преобразователь напряжения осуществляет преобразование постоянного выходного напряжения СВ в переменное прямоугольной формы. Гальваническая развязка входной сети с нагрузкой обеспечивается трансформатором Т.

Узел управления осуществляет стабилизацию выходных напряжений методом широтно – импульсной модуляции.

Модуль микропроцессорного контроллера ММК является центральным устройством программного управления периферийным контроллером. В качестве центрального процессора (ЦП) модуля ММК применяется большая интегральная микросхема (БИС) КР1858ВМ1 (D12). ЦП является основным управляющим элементом модуля, им осуществляется чтение команд из памяти, выполняются соответствующие операции, а также производятся запись и чтение данных из памяти или от различных устройств ввода-вывода.

Постоянное запоминающее устройство

Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) модуля ММК предназначено для хранения рабочей программы и считывания из него процессором кодов команд.

ПЗУ представляет собой две микросхемы перепрограммируемых запоминающих устройств с ультрафиолетовым стиранием информации типа К573РФ4 (D22, D27) емкостью 8 Кбайт каждая, устанавливаемых на плату модуля в специальные гнезда.

Содержимое микросхем ПЗУ заносится при помощи специального устройства - программатора микросхем ПЗУ на предприятии - изготовителе. Содержимое микросхем ПЗУ может сохраняться при отсутствии питания в течение нескольких тысяч часов.

Микросхема ПЗУ, содержащая часть программы, начинающуюся с адреса 0000Н, устанавливаться в гнездо D22, а микросхема, содержащая часть программы, начинающуюся с адреса 2000Н, устанавливается в гнездо D27.

Каждая микросхема ПЗУ имеет выводы D0 - D7 для подключения к шине данных процессора, а также выводы A0 - A12 для подключения к адресной шине. Выводы D0 - D7 с тремя состояниями и активизируются только при установлении на входе OE сигнала низкого уровня, что обеспечивается сигналами S0 и S1 адресного дешифратора при установлении на адресной шине адресов, входящих в область ПЗУ, а также при активном состоянии сигналов чтения RD и MRQ.

Оперативное запоминающее устройство

Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) модуля ММК предназначено для хранения данных, которые процессор записывает и считывает в процессе выполнения программы.

ОЗУ состоит из микросхем - накопителей D13, D14, D19, D20, D23 - D26 и узла управления (D4.3, D4.2, D4.1, D1.3, D5, D10, D11).

Каждая микросхема - накопитель подключается выводами DO и DI к одной линии шины данных, по которой производится запись или считывание в микросхему одного разряда 8-ми разрядного двоичного числа (байта).

Адрес ячейки памяти, к которой в данный момент обращается процессор, заносится в микросхемы - накопители в виде двух байтов. Первый байт представляет собой адрес строки матрицы - накопителя, является младшим байтом адресной шины и стробируется сигналом RAS. Второй байт - адрес столбца матрицы-накопителя, являющийся старшим байтом адресной шины, стробируется сигналом CAS.

Подключение к выводам A0 - A7 микросхем - накопителей нужного байта адресной шины осуществляется при помощи мультиплексоров адресной шины D10, D11 сигналом микросхемы D4.1 узла управления. Конденсатор C3 в цепи формирования сигнала CAS предназначен для задержки переднего фронта сигнала для обеспечения времени надежного переключения мультиплексоров адресной шины.

Принцип хранения данных в элементах памяти микросхем - накопителей основан на заряде и разряде емкости, что требует обновления данных не реже одного раза за 8 мс. Процесс обновления данных называется регенерацией динамической памяти и осуществляется в модуле ММК процессором в такты, свободные от обращения к памяти и устройствам ввода - вывода.

В качестве микросхем - накопителей ОЗУ модуля ММК применяются 8 микросхем К565РУ5 общей емкостью 64 Кбайт, что является полной адресуемой областью микропроцессора КР1858ВМ1. Для исключения конфликта шины данных между ОЗУ и ПЗУ при обращении процессора к ПЗУ производится блокировка сигнала CAS сигналами S0 и S1 схемой D5.3, D5.1. Таким образом фактическая область адресации ОЗУ находится в диапазоне адресов 4000H - 0FFFFН, что составляет 56 Кбайт.

Модуль УПСТ предназначен для обеспечения информационного обмена между модулем ММК и последовательной физической линией связи или телеграфным каналом. Связь модуля УПСТ с модулем ММК осуществляется сигналами системной шины. Модуль содержит приемопередатчик последовательного кода и узлы преобразования сигналов для сопряжения методом «токовая петля 20 mA» и «RS232» (стык С2) Модуль УПСЧ предназначен для обеспечения информационного обмена между модулем ММК и выделенным каналом тональной частоты. Связь модуля УПСЧ с модулем ММК осуществляется сигналами системной шины контроллера. Модуль содержит приемопередатчик последовательного кода и устройство преобразования сигналов, обеспечивающее последовательную передачу данных в соответствии с ГОСТ 20855-83. Модуль МОТС работает под управлением модуля ММК, связь с которым осуществляется сигналами системной шины контроллера.

Модуль УПСЧ предназначен для обеспечения информационного обмена между модулем ММК и выделенным каналом тональной частоты. Связь модуля УПСЧ с модулем ММК осуществляется сигналами системной шины контроллера. Модуль содержит приемопередатчик последовательного кода и устройство преобразования сигналов, обеспечивающее последовательную передачу данных.

Модуль МОТС обеспечивает усиление и преобразование в цифровой код аналоговых сигналов, поступающих от предусилителей напольных камер и датчика температуры, производит ручную и автоматическую (под управлением ММК) компенсацию постоянной составляющей на входах каналов усиления, а также обеспечивает контроль шумов предусилителей.

Модуль МОТС также обеспечивает ввод состояния четырех токовых линий, а также коммутацию четырех выходных линий.

Формирователи сигналов системной шины Модуль обработки сигналов путевых датчиков (МОПД) предназначен для ввода и анализа сигналов от датчиков прохода осей с последующим формированием специальных сообщений (команд) об отметке осей и вагонов модулю ММК. Кроме того МОПД выполняет ряд действий, связанных с управлением и диагностикой работы силового оборудования:

1) Управление открытием заслонок напольных камер;

2) Управление работой контрольных ламп напольных камер;

3) Управление работой индикатора ориентирного устройства;

4) Контроль открытия заслонок напольных камер;

5) Контроль нахождения поезда на участке контроля;

6) Контроль наличия питания рельсовой цепи ЭП-1.

Модуль МОПД реализован на базе однокристальной микроЭВМ (ОЭВМ), которая обеспечивает гибкую логику работы устройства, благодаря чему в МОПД реализованы различные алгоритмы обработки сигналов, на основе которых формируются сообщения об отметках осей и вагонов, определяется скорость движения и тип подвижной единицы (локомотив, пассажирский или грузовой вагон), производится корректировка отметки вагонов в случае обнаружения сбоя по одному из датчиков счета осей.

Принцип работы МОПД

Для взаимодействия ОЭВМ с модулем ММК служит байтовый обменник (БО). Для обеспечения полной гальванической развязки модуля с силовым и напольным оборудованием в схему введен изолированный источник питания компараторов напряжения датчиков прохода осей, а также гальваническая развязка для защиты входных и выходных цепей МОПД от опасных напряжений.

Для настройки порога срабатывания компараторов датчиков прохода осей в схему введен регулятор порога R41.

При отсутствии поезда на участке контроля ОЭВМ находится в режиме автодиагностики и по запросу ММК выдает информацию об исправности своих внутренних узлов (внутреннего ПЗУ и ОЗУ, компараторов напряжения). Кроме этого ОЭВМ постоянно сканирует сигнал от датчика рельсовой цепи наложения. При заходе поезда на участок контроля срабатывает рельсовая цепь наложения и датчик захода поезда. ОЭВМ определяет срабатывание датчика, подает сигнал открытия заслонок напольных камер и переходит в режим отметки вагонов. В режиме отметки вагонов ОЭВМ сканирует путевые датчики, анализирует последовательности их срабатывания и в моменты прохода оси в зоне строба записывает в БО соответствующий код, тем самым информируя ММК о положении подвижной единицы на участке в текущий момент времени.

При освобождении поездом рельсовой цепи наложения (РЦН) ОЭВМ передает модулю ММК информацию о количестве осей и вагонов в поезде, наличии сбоев датчиков прохода осей и минимальной скорости движения поезда на участке контроля. После окончания передачи данных ОЭВМ имитирует проход контрольного вагона, управляя контрольными лампами, расположенными в напольных камерах, подает сигнал закрытия заслонок и переходит в режим автодиагностики.

Ход выполнения работы:

1. Проследить работу периферийного контроллера ПК-02.

2. По вариантам указать (письменно), что произойдет на периферийном контроллере ПК-02, если:

1 вариант: Поезд вступил на участок контроля.

2 вариант: Во время прохода поездом участка контроля.

Содержание отчета:

1. Оформить титульный лист в соответствии с СТП 1.2 – 2005.

2. В лабораторной работе необходимо отразить следующее:

А) Название лабораторной работы.

Б) Цель работы.

В) Оборудование.

Г) Задание.

Д) Выполненная работа в соответствии с заданием.

Е) Ответы на контрольные работы.

Ж) Вывод.

3. Отчет необходимо оформить в папку.

Контрольные вопросы:

1. Перечислите основные функции периферийного контроллера ПК-02.

2. Укажите состав периферийного контроллера ПК-02.

3. Охарактеризуйте принцип работы при вступлении поезда на участок контроля, при проходе первой колесной пары, при движении поезда по участку контроля, при заходе колесной пары в зону действия, при заходе последней колесной пары тележки в зону действия, во время прохода поезда по участку контроля и после освобождения поездом участка контроля.

Дата добавления: 2014-12-16