Автоматизированная система контроля подвижного состава на основе комплекса технических средств для модернизации аппаратуры ПОНАБ-3

 

Введение

За более чем 150-летний период своего существования железнодорожный транспорт нашей страны превратился в важнейшую отрасль народного хозяйства. В настоящее время объем перевозок грузов и пассажиров этим видом транспорта превышает объем перевозок, выполняемый другими видами транспорта.

В процессе своего развития железная дорога потребовала формирования особых требований для используемой аппаратуры автоматики, телемеханики и связи. В первую очередь эти требования затронули такие понятия как надежность и безопасность движения. Были разработаны устройства для контроля занятости перегона, для регулирования движения поездов, для управления стрелочным развитием станций.

В последнее время на железнодорожном транспорте сформировалось новое направление автоматики - контроль и диагностика технического состояния подвижного состава при движении поезда. Обеспечение высокого уровня надежности подвижного состава и безопасности движения поездов - важнейшие условия повышения эффективности и качества работы железнодорожного транспорта. Однако непрерывная интенсификация перевозочного процесса влечет за собой увеличение длины участков безостановочного следования, увеличение скорости движения и нагрузки на ось. Это приводит к увеличению числа отказов ходовых частей подвижного состава и, в первую очередь, вагонных букс.

Буксовый узел является одним из наиболее ответственных в железнодорожном подвижном составе, от исправной работы которого зависит безопасность движения и ряд технических показателей использования вагонов.

Существовавшая до последнего времени и в значительной мере сохранившаяся до сих пор система технического содержания железнодорожного подвижного состава включает в себя периодическое освидетельствование важнейших узлов вагонов, их технический осмотр и ремонт на станциях, контроль в пути следования.

В пути следования исправность вагонов контролируют локомотивная бригада, дежурные по станции и другие линейные работники железнодорожного транспорта. Однако такая система технического обслуживания подвижного состава, методы контроля буксовых узлов при движении поезда по участку безостановочного следования не удовлетворяют современным требованиям эксплуатации из-за их низкой эффективности, особенно в сложных климатических условиях и в ночное время.

Стремление преодолеть недостатки традиционных методов визуального контроля букс на ходу поезда привело к разработке новых методов и средств автоматического контроля букс. Работы в этом направлении на железных дорогах были начаты в 50-х годах прошлого века и развивались в направлении создания средств индивидуального и группового контроля букс.

Наиболее совершенный способ автоматического контроля основан на улавливании специальными напольными устройствами инфракрасной энергии, излучаемой корпусом буксы. Аппаратура автоматического контроля обеспечивает обнаружение перегретых букс и регистрацию информации о количестве и расположении таких букс в поезде. Аппаратурой в первую очередь оснащаются пункты контрольно-технического обслуживания и контрольные посты на участках безостановочного следования поездов.

В настоящее время производится совершенствование аппаратуры обнаружения перегретых букс. Направлениями в разработке новой аппаратуры и задачами модернизации существующей являются: расширение функциональных возможностей аппаратуры; объединение автономно работающих пунктов контроля букс в систему централизованного контроля; поиск более точных методов обработки, передачи и регистрации информации о греющихся буксах.

Объединение аппаратуры в единую централизованную систему является качественно новым направлением в развитии техники контроля состояния подвижного состава. Организация такой системы в пределах участка безостановочного следования поезда позволяет сократить капитальные затраты на оснащение линий аппаратурой контроля, обслуживающий персонал, одновременно контролировать наиболее ответственные узлы ходовых частей вагонов.

В системе централизованного контроля поездов можно обеспечить обработку телеметрической информации по сложным алгоритмам вплоть до наблюдения за процессом развития неисправностей в пути следования и за счет этого повысить качество контроля, более рационально использовать информацию о техническом состоянии подвижного состава в пути следования при управлении движением поездов на участке.

Таким образом, одной из задач совершенствования и развития аппаратуры обнаружения перегретых букс является построение единой информационной централизованной сети контроля подвижного состава на базе современной микропроцессорной техники. Однако, в настоящее время в эксплуатации находится большое число комплектов аппаратуры ПОНАБ-3, модернизация которой выгоднее, чем внедрение устройств нового типа. В связи с этим встает проблема разработки устройств для модернизации этой аппаратуры.

1. Эксплуатационно-техническая часть

.1 Разработка эксплуатационно-технических требований к системе централизованного контроля подвижного состава

Аппаратура централизованного контроля подвижного состава строится на базе существующих систем обнаружения перегретых букс. Для осуществления комплексного контроля на перегоне помимо обнаружения перегретых букс необходимо контролировать ряд других параметров, таких как дефекты колес по кругу катания, заторможенных колес, нарушения нижнего (волочение) и верхнего габаритов, нагрев шкивов пассажирских вагонов и др. Также необходима аппаратура для концентрации и централизации полученной информации.

Аппаратура обнаружения перегретых букс в целом может быть построена по принципам систем телеизмерения (ТИ) и телесигнализации (ТС). При построении аппаратуры по принципу ТИ вся телеметрическая информация, представляющая собой непрерывный ряд значений измеряемой величины, передается в пункт ее регистрации (станционное оборудование). В этом случае в постовой аппаратуре выполняется только функция нормирования сигналов от букс по длительности, и выработка сигналов счета осей и стробирующего сигнала, по которому аппаратура передачи данных принимает сигналы с выхода постового оборудования. Операцией стробирования удается исключить из контроля посторонние нагретые части подвижного состава.

С помощью аппаратуры передачи данных сигналы от букс и сигналы счета осей передаются по линии связи к станционному оборудованию и после приема регистрируются. В данном случае оценка аварийного состояния буксового узла и подсчет числа осей до перегретой буксы выполняются расшифровкой сигналов на станционной аппаратуре автоматически либо специальным оператором.

Станционное оборудование аппаратуры контроля, работающей по принципам систем ТИ [1], может дополняться устройствами аварийной сигнализации и автоматическими указателями, которые распознают перегретые буксы по определенным признакам сигналов (амплитуда сигнала, отношение или разность амплитуд сигналов двух букс одной колесной пары и др.) и выдают обслуживающему персоналу информацию о наличии и расположении перегретых букс в поезде. По сигналам с этих устройств может проводиться отметка перегретой буксы и автоматическое воздействие на систему электрической централизации станции для перекрытия сигнала прибывающему поезду.

В аппаратуре контроля, построенной по принципу ТС, на станцию передаются только дискретные сообщения об аварийном состоянии объекта контроля (буксы). При этом постовое устройство автоматически распознает сигналы от перегретых букс по определенным признакам и вырабатывает кодовое значение текущего номера проконтролированной оси или физической подвижной единицы. В момент обнаружения перегретой буксы информация передается на станционное оборудование, где регистрируются.

Так как создание автономных технических средств для контроля отдельных элементов подвижного состава неизбежно приводит к использованию функционально однотипных узлов, например для передачи, обработки и регистрации сигналов. Это усложняет обработку результатов измерений, увеличивает объем аппаратуры из-за неоправданного дублирования отдельных узлов и усложняет обслуживание. Поскольку контроль состояния элементов подвижного состава обычно выполняют в одном месте, например на подходах к крупным станциям, то более целесообразно использовать комплексный принцип сбора и обработки информации, реализуя однотипные операции обработки данных при помощи общего комплекта аппаратуры. Различными будут лишь устройства предварительного формирования сигналов поступающих от соответствующих датчиков. Этот принцип был положен в основу комплексной системы технического контроля подвижного состава ДИСК-БКВ-Ц и ее технического продолжения - системы ДИСК-2.

Организация централизованной системы контроля в пределах участка безостановочного следования поезда позволяет сократить капитальные затраты на оснащение линий аппаратурой контроля, обслуживающий персонал, одновременно контролировать наиболее ответственные узлы ходовых частей вагонов. В системе централизованного контроля поездов можно обеспечить обработку телеметрической информации по сложным алгоритмам вплоть до наблюдения за процессом развития неисправностей в пути следования и за счет этого повысить качество контроля.

Важным требованием к системе централизованного контроля подвижного состава является верность передаваемой информации. В современной аппаратуре целесообразно использовать частотную или фазовую модуляции наряду с применением систем передачи с обратной связью и использованием помехозащищенного кодирования.

.2 Обзор и анализ отечественных и зарубежных систем автоматического контроля подвижного состава

Аппаратура обнаружения перегретых букс компании «Servo Corporation Of America» (США)

Модель 7788 аппаратуры этой компании обнаруживает перегретые буксы по температуре задней стенки корпуса буксы, причем для каждой буксы определяется превышение температуры корпуса буксы над температурой окружающего воздуха.

В состав напольного оборудования (рисунок 1.1) входят: два считывающих устройства с приемными капсулами, содержащими болометры, оптические системы и предварительные усилители, узлом заслонки и устройствами обогрева; датчики прохода колесных пар, крайние из которых служат для определения направления движения поезда, включения аппаратуры и открытия заслонок, а средние - для образования зоны стробирования.

Узконаправленная оптическая система данной аппаратуры позволяет получить угол зрения приемника 3°, а оптические фильтры - полосу прозрачности от 2 до 16 мкм. В приемной капсуле, помимо оптической системы и болометра, размещена плата предварительного усилителя.

Рисунок 1.1 - Структурная схема аппаратуры обнаружения перегретых букс компании «Servo»

Ось оптической системы ориентирована на заднюю стенку корпуса буксы под углом 35° в вертикальной плоскости по отношению к плоскости пути и под углом 5° в горизонтальной плоскости относительно оси пути.

Компанией разработана специализированная аппаратура передачи данных «Servosig FM Carrier», предназначенная для передачи и приема данных контроля буксовых узлов. Конструктивно аппаратура выполнена в виде двух самостоятельных устройств (передающего и приемного), каждое из которых имеет отдельный блок электропитания. В аппаратуре активно использована часть спектра телефонного канала, имеющая относительно низкий уровень шумов (1200-3050 Гц). В этом диапазоне частот размещается до 11 каналов с несущими частотами 1275, 1445, 1615 и т.д. до 2975 Гц через каждые 170 Гц. Сообщения каждого канала передаются в линию частотно-модулированным сигналом на одной из перечисленных несущих частот. Девиация частоты в канале составляет 40 Гц. При передаче аналоговых сигналов (тепловых сигналов букс) последние предварительно преобразуются в широтно-импульсные сигналы ШИМ, а затем с помощью ЧМ передаются в линию.

Модель аппаратуры ОПБ 8808 явилась дальнейшим развитием и совершенствованием базовой модели аппаратуры 7788. Основной отличительной особенностью этой модели аппаратуры является напольное считывающее устройство, которое крепится непосредственно к рельсу и сканирует часть буксы, расположенную между боковиной рамы тележки и колесом. Такая ориентация считывающих устройств позволила: сократить расстояние между приемником ИК-излучения и объектом контроля и тем самым повысить чувствительность измерительного тракта аппаратуры; связать вертикальные перемещения колеса (за счет проседания рельса при проходе подвижного состава) с перемещениями считывающих устройств и этим повысить точность сканирования; получить одинаковые по амплитуде сигналы от роликовых букс и букс скольжения и тем самым повысить достоверность распознавания греющихся букс автоматическими устройствами; уменьшить (за счет большего угла по отношению к горизонту) время сканирования и тем самым повысить помехозащищенность измерительного тракта.

Модель 8808 аппаратуры ОПБ выполнена полностью на интегральных микросхемах.

Модель аппаратуры 8000 является одной из модификаций модели 7788 и представляет собой полностью автоматическую аппаратуру с выводом результатов контроля на путевое табло, устанавливаемое в непосредственной близости от постового оборудования аппаратуры. Оно состоит (рисунок 1.2) из двустороннего экрана, на котором флуоресцентными источниками света могут высвечиваться три цифры. Сверху на табло расположены три (также двустороннего действия) электрических фонаря.

Путевое табло извещает поездную бригаду о месте размещения в поезде первой (по ходу движения поезда) перегретой буксы. Адрес перегретой буксы указывается в осях от хвоста поезда. Загорающийся одновременно с экраном фонарь указывает на сторону поезда с перегретой буксой (левый - букса слева; правый - справа). Если в поезде оказывается больше одной перегретой буксы, то загорается средний фонарь, а мигающий свет одного из крайних фонарей указывает сторону поезда с этой буксой.

Устройство автоматической обработки данных обнаруживает перегретые буксы и указывает их местонахождение. Это устройство содержит решающий блок и блок основной аппаратуры, к которому подключаются напольные камеры и датчики прохода осей. При контроле поезда до момента появления первой перегретой буксы оси в устройстве обработки данных не подсчитываются. При появлении перегретой буксы включается блок счета осей, который запоминает число осей от перегретой буксы до хвоста поезда. После прохода поездом участка контроля на экран выводится информация о проконтролированных буксах Если перегретые буксы в поезде не обнаружены, то на экране табло «загорается» информация «000». Спустя 90 секунд после вывода информации табло отключается. Описываемая модель аппаратуры облегчает работу поездной бригады и делает применение аппаратуры обнаружения перегретых букс более эффективным.

Рисунок 1.3 - Внешний вид и функциональная схема включения путевого табло аппаратуры модели 8000

Модель аппаратуры SERVO 9000 позволяет выявить перегретые подшипники и колеса (ободы и бандажи) колесных пар при движении поезда со скоростью до 250 км/ч.

Прием сигналов от перегретых элементов происходит следующим образом. Два сканера HWD крепятся захватами к подошвам рельсов каждой нити, а один сканер HWD устанавливается сбоку от пути. Сканеры HWD имеют направленные на буксовые подшипники детекторы, считывающие температуру. Сканер HWD контролирует поверхности катания колес, а также вкладыши тормозных колодок. Перед сканерами размещаются датчики, регистрирующие заход поезда на участок контроля. Вблизи устанавливается аппаратура связи. В ее состав входят в частности микропроцессоры, преобразующие информацию, полученную от сканеров, а также модем, который позволяет автоматически передать данные по линиям связи дежурному по станции. Здесь также размещается источник питания всей системы.

Основными приемными устройствами являются модем, принимающий информацию, микропроцессоры и печатающее устройство. Распечатка является протоколом диагностики поезда, включающим количество осей, номер (по порядку) перегретой оси. Дежурный по станции, предупрежденный аварийным сигналом, может связаться по поездной радиосвязи с машинистом, приказать ему немедленно остановить поезд и проверить состояние колесных пар.

Аппаратура обнаружения перегретых букс компании «Hawker siddeley dunamies engineering» (Англия)

Аппаратура компании HSDE построена на принципах аппаратуры телесигнализации. Вся первичная телеметрическая информация обрабатывается постовым оборудованием, а на регистрирующее оборудование поступает лишь информация о целеуказании [2]. В аппаратуре реализован метод относительного определения температуры корпуса буксы.

В состав напольного оборудования (рисунок 1.3) входят считывающие устройства (напольные камеры 1,2) и датчики прохода колес 3,4.

Напольная камера состоит из приемной капсулы с оптической системой, приемником ИК-излучения и предварительным усилителем тепловых сигналов, устройства обогрева и механизма заслонки.

Датчики прохода колес, действующие на электромагнитном принципе, размещаются попарно на специальной металлической плите-платформе, которая устанавливается у рельса с внутренней стороны пути. Такое размещение датчиков способствует более точной фиксации времени контроля одной буксы. Задняя стенка корпуса буксы сканируется под углом 45° к горизонту.

В постовое оборудование входят импульсные усилители 5, 6 и блок обработки телеметрической информации 7.

Усилителями выполняется операция стробирования, исключающая попадание в обработку паразитных сигналов от других нагретых деталей поезда.

Блок обработки телеметрической информации запоминает амплитуды сигналов двух букс одной колесной пары, по которым после прохода колесом второго датчика прохода колес принимается решение о техническом состоянии буксы. При принятии решения, помимо признака «амплитуда сигнала», формируется признак «сумма амплитуд сигналов» букс одной колесной пары. Последний признак способствует уменьшению ложных показаний при контроле букс с подшипниками качения. Результат обработки телеметрической информации кодируется четырьмя уровнями амплитуды импульсного сигнала и передается к станционному оборудованию по двухпроводной линии связи. На каждую проконтролированную буксу передается импульс, четыре уровня которого означают: первый - колесо без нагретой буксы; второй - перегретая букса слева; третий - перегретая букса справа; четвертый - обе буксы колесной пары перегреты.

В станционное оборудование входит регистратор 8 и телефонный аппарат. 10. От импульсов прохода колес начинают работать 4 механических счетчика осей регистратора. По сигналу первой перегретой буксы останавливается первый счетчик, по сигналу второй перегретой буксы - второй счетчик, по сигналу третьей перегретой буксы - третий счетчик. При этом соответствующей лампочкой указывается сторона поезда, на которой обнаружена перегретая букса. Документальная запись результатов контроля при такой форме регистрации отсутствует.

Рисунок 1.3 - Структурная схема аппаратуры обнаружения перегретых букс компании Hawker siddeley dunamics engineering

Аппаратура обнаружения перегретых букс компании General Electric (США)

Аппаратура обнаружения перегретых букс компании General Electric имеет ряд оригинальных отличительных признаков, к которым следует отнести применение высокоскоростного затвора, открывающего приемник ИК - излучения только на время контроля каждой буксы. Структурная схема аппаратуры General Electric показана на рисунке 1.4.

В состав напольного оборудования входят два считывающих устройства 1 и датчик прохода колесных пар 6. Особый интерес представляет собой напольное считывающее устройство этой аппаратуры. Оно объединяет в одном литом корпусе четыре независимых устройства: приемную капсулу с болометром 2, оптической системой и предварительным усилителем, высокочастотный затвор 3, защитную заслонку 4 и обогревательные элементы 5.

Рисунок 1.4 - Структурная схема аппаратуры обнаружения перегретых букс компании GE

Постовое оборудование аппаратуры включает датчики временных интервалов 7, усилители - формирователи 8, 9 и передающий комплект аппаратуры передачи данных 10. Датчики временных интервалов по сигналам путевой педали формируют команды на открытие затвора на время контроля каждой буксы, открытие входной заслонки и отключение электропитания на время контроля поезда, включение двигателя самописца станционного оборудования. В состав станционного оборудования входят двухканальный самописец 13, блок тревоги 12, приемный комплект АПД 11 и устройства сигнализации 16, 17. Каналы самописца 14, 15 регистрируют сигналы от букс левой и правой стороны поезда.

Блок тревоги по одному из признаков распознавания греющихся букс сигнализирует о наличии в поезде перегретой буксы.

Аппаратура передачи данных представляет собой стандартное многоканальное устройство, передающее сообщения с помощью частотной модуляции в диапазоне звуковых частот (от 935 до 12500 Гц). Ширина одного канала и расстояние между несущими частотами определяются девиацией частоты, которая может принимать 3 значения: ±85 Гц, ±125 Гц и ±240 Гц.

Для передачи аналоговых сигналов в передатчике и приемнике АПД предусмотрены преобразователи амплитуды тепловых сигналов в ШИМ-сигнал и обратно.

Аппаратура обнаружения перегретых букс компании CSEE (Франция)

Аппаратура обнаружения перегретых букс компании CSEE построена по принципу аппаратуры телеметрии. Основная особенность этой аппаратуры - измерение абсолютного значения температуры задней стенки корпуса букс и применение в качестве приемника ИК-излучения активного селективного фотодиода, который состоит из пластинки сурьмянистого индия, помещенной в поле постоянного магнита (фотогальваномагнитный эффект). Подобный приемник не требует источников питания: под действием ИК-излучения он сам является источником э.д.с.

В состав напольного оборудования (рисунок 1.5) входят считывающие напольные камеры 1, 2, датчик прохода колесных пар 4, укрепленный на рельсе 3, рельсовая цепь наложения 6 (электронная педаль) и электронный блок 5, который размещен на стативе постового оборудования.

Благодаря применению в аппаратуре безынерционного приемника ИК-излучения разработчики аппаратуры предусмотрели механическую модуляцию теплового потока частотой 5 кГц. В качестве модулятора используется пластмассовый диск с отверстиями, который приводится во вращение синхронным электродвигателем. Оптическая система, состоящая из двух линз плавикового шпата и тонкой пластинки мышьяковистого индия, совместно с избирательным приемником ИК-излучения образует избирательную систему с высокой пропускной способностью в диапазоне волн от 0,4 до 8 мкм. Для выравнивания температуры внутренней поверхности диска модулятора с температурой фона (неба) на оптической оси в ноле «зрения» приемника ИК-излучения установлено компенсационное сопротивление, через которое проходит регулируемый реостатом ток.

Вспомогательное оборудование напольной камеры объединяет систему обогрева и узел заслонки, предназначенный для защиты оптической системы от внешних воздействий (пыль, снег и т.п.). Датчик прохода колесных пар представляет собой высокочастотный транзисторный генератор с разомкнутым магнитопроводом резонансного контура. При появлении в зоне действия датчика (около 30 см) реборды колеса генерация срывается и формируется сигнал прохода колесной пары. Датчик, построенный на таком принципе, позволяет формировать сигнал прохода колес при скорости движения поезда 0-200 км/ч.

Рисунок 1.5 - Структурная схема аппаратуры обнаружения перегретых букс компании CSEE

Рельсовая цепь наложения предназначена для открытия заслонок и запуска двигателей модуляторов напольных камер при подходе поезда к участку контроля.

Предварительные усилители 6, 7 постового оборудования соединены с напольными камерами коаксиальным кабелем. С выходов предварительных усилителей тепловые сигналы поступают на регулируемые аттенюаторы 9, которые выравнивают чувствительность приемников ИК-излучеиия обеих камер.

В блоке аттенюаторов происходит и температурная компенсация, необходимость в которой объясняется как теплотехническими характеристиками буксовых узлов, так и применением в аппаратуре избирательного приемника ИК-излучения.

В блоке запоминающих устройств 10 происходит преобразование тепловых сигналов переменной длительности и амплитуды в прямоугольные импульсы постоянной длительности (tп = 17 мсек) с амплитудой, пропорциональной температуре поверхности буксы. Сигналы управления формируются блоком 13.

Сформированные в блоках 10, 13 импульсы передаются передатчиком 11 на трех частотах: 2580, 2460 и 2700 Гц. Первая частота выполняет функции управления, а вторая и третья используются для передачи с помощью амплитудной модуляции значений амплитуд тепловых сигналов соответственно левой и правой стороны поезда.

В приемнике станционного оборудования 16 происходит разделение принимаемых АМ-сигналов, их детектирование. Импульсы постоянной длительности и с амплитудой, пропорциональной температуре буксы, записываются на бумажную ленту двухдорожечного самопишущего регистратора 18, управляемого устройством 19.

Одновременно эти же импульсы поступают в блок автоматической сигнализации 20, который по признаку абсолютного значения амплитуды теплового сигнала или по разности амплитуд двух сигналов букс одной колесной пары определяет в составе перегретую буксу.

Служебная телефонная связь в аппаратуре организуется с помощью фильтров 12, 15 к которым подключаются телефонные аппараты 14, 17.

В модернизированной аппаратуре компании «CSEE» добавлен ряд дополнительных устройств. В состав оборудования введены путевые педали 24,25 датчик температуры наружного воздуха 22, релейный блок 21 и указатель перегретых букс 23. Наряду с этим модернизированы считывающие устройства, путевая педаль, аппаратура передачи данных. Применение дополнительных педалей позволило выполнить схему исключения из контроля локомотивов и схему контроля направления движения поезда.

Новые разработки ведущих железнодорожных компаний Западной Европы

Австрийская компания «Ferst alpine» освоила производство аппаратуры для пунктов обнаружения перегретых букс в движущихся поездах типа VA-HOA 350. Аппаратура обнаружения перегретых букс, состоящая из напольного и постового комплектов рассчитана на многолетнюю непрерывную эксплуатацию в разных климатических зонах. Она устойчива к механическим воздействиям и электромагнитным влияниям. Минимальная погрешность измерения обеспечивает надежное определение состояния буксового узла.

У системы НОА 350 зона измерения на буксе определяется сложной настройкой оптической системы, воспринимающей поток инфракрасного излучения. Контролируемая зона буксы четко определяется узконаправленной оптической системой, обеспечивающей минимум дисперсии контролируемой площади. Контактные рельсовые датчики производят счет осей. Кроме того, с их помощью по соответствующему сигналу, преобразованному в цифровую форму, осуществляется индикация информации о фокусировке приемных камер на измерительные зоны левой или правой букс. Величина потока измеряется, регистрируется и обрабатывается только во время нахождения поезда на контрольном участке. Излучение от контролируемой зоны попадает на зеркало, совершающее колебания. Колебания обеспечивают сканирование буксы в поперечном и окружном направлениях с частотой 5-6 кГц. Ширина зоны сканирования около 80 мм. В конце каждого полупериода измерительная зона ориентируется по отношению к приемной камере посредством оптической автоколлимации так, чтобы термоэлектрическое охлаждение, основанное на эффекте Пельтье, поддерживало температуру на постоянном уровне (-30 °С). Благодаря этому на измерения не влияет температура окружающего воздуха. Из-за потерь в оптике и солнечной радиации аппаратура может измерять температуру букс от порогового уровня 5 °С.

Контактный рельсовый датчик, расположенный в 30-100 м впереди напольной камеры автоматически запускает измерительный процесс: заслонки открываются; поворотное зеркало приводится в действие, зеркало-осциллятор начинает совершать колебания. После того как последняя ось поезда покинет измерительный участок, этот датчик возвращает напольную камеру в исходное состояние - ожидания следующего сигнала для начала измерений.

Управление электронным оборудованием осуществляет микропроцессор, допускающий перепрограммирование. Большое количество измеряемых величин может обрабатываться даже для высокоскоростных поездов. Быстродействие обеспечивается за счет малого времени срабатывания приемника излучения и высокого быстродействия аналого-цифрового преобразователя. При скорости 350 км/ч может быть реализовано два полных цикла сканирования с измерением десяти величин при каждом сканировании, что позволяет точно определить температуру буксы. Большой объем измеряемой информации обеспечивает точность диагностики. Температуры левого и правого подшипников каждой колесной пары вводятся в запоминающее устройство вместе со всеми реквизитами контролируемого поезда.

Когда поезд уходит из контрольной зоны, все функции приемника подвергаются контролю и записанные в память данные проверяются на достоверность. Так выявляется неправильная настройка аппаратуры. Это упрощает обслуживание и контроль состояния напольных и постовых устройств.

Поскольку контроль и анализ сигналов выполняются программными методами, система обладает высокой приспосабливаемостыо к различным условиям.

Фирмы «CS Transport» и «Signaltechnik GmbH» разрабатывают и производят системы контроля за перегревом букс (НОА) и заклинивших тормозов (FOA). Они предлагают сегодня целое семейство систем для любых условий эксплуатации, начиная от низкоскоростных грузовых поездов и вплоть до высокоскоростных пассажирских. Эта группа фирм является ведущей в мире в области регистрации температуры на высокоскоростных поездах, поэтому ее оборудование установлено как на высокоскоростных магистралях для поездов «Intercity-Express» в Германии, так и AVE в Испании и TGV во Франции.

Системы этих фирм характеризуются возможностью применения при высоких скоростях (до 360 км/час), модульной архитектурой, а также стандартным протоколом передачи данных и стандартным компьютерным обеспечением.

При приближении поезда измерители переключаются из ждущего режима в режим измерения. Крышка измерителя открывается и часть ИК-излучения, зависящего от температуры и исходящего от подшипников осей отражается во вращающемся зеркале и проходит через систему кремниевых линз. ИК-луч модулируется с помощью механического прерывателя. В измерителях типа НОА 88/FOA 85 частота модуляции составляет 3000 Гц, а в измерителях HOA/FOA 90S - 6000 Гц.

Этот механический модулятор является частью устройства обратного отражения, которое использует в качестве эталона для измерений низкую высокостабильную опорную температуру (-30°С). С помощью линзовой системы ИК-луч фокусируется на чувствительном элементе ИК-детектора, который преобразует излучаемую энергию в электрический аналоговый «температурный» сигнал.

Постоянная точность измерений достигается с помощью автокалибровки. Для этого опорный элемент во время пауз между поездами разогревается до определенной температуры. Точная температура опорного элемента измеряется термочувствительным датчиком и ставится в соответствие со значением, полученным с помощью ИК-детектора. Оба измеренных значения, соответствующие каждой температуре измерительного диапазона, записываются в калибровочной таблице. Это дает возможность точно рассчитывать измеренную температуру подшипников.

Путевое электронное устройство, управляемое микропроцессором выполняет основные функции контроля, управления и оценки результатов для измерительных устройств.

Передача данных (до скорости 9600 Бод) осуществляется по стандартным каналам передачи данных с использованием модемов и стандартных протоколов передачи данных. Стандартные интерфейсы гарантируют возможность объединения в сеть нескольких измерительных постов HOA/FOA. Кроме этого они могут включаться в автоматизированную систему контроля магистралей или в интегрированную компьютерную сеть железнодорожного транспорта (Computer Integrated Railroading, CIR-сеть).

Программное обеспечение для пользователей позволяет контролировать большое количество измерительных постов HOA/FOA. Система паролей гарантирует дифференцированный доступ к базе данных для различных пользователей (диспетчер, технический обслуживающий персонал). Программное обеспечение гарантирует непрерывную оценку всех измеренных значений и сообщений о системе. Основные параметры наружных установок могут устанавливаться дистанционно. Все телеграммы данных записываются в архив на жестком диске для документирования и последующего статистического анализа.

Mecтa установки аппаратуры выбираются таким образом, чтобы расстояние между ними было в среднем около ЗЗ км. Данные от максимально четырех, следующих друг за другом, измерительных пунктов передаются через систему пакетной коммутации Х.25 в центральный информационно-управляющий блок.

Обнаружители нагрева букс и заклинивших тормозов типа HOA/FOA 90S внедряются европейскими железными дорогами, которые эксплуатируют высокоскоростные магистрали (Немецкие, Французские и Испанские железные дороги). Туннель под Ла-Маншем и примыкающие к нему магистрали также оборудованы установками обнаружения нагрева букс (НОА) и частично обнаружителями заклинивших тормозов (foa). В общей сложности 42 установки HOA/FOA контролируют буксы всех типов поездов, идущих по линии Лондон - Париж.

Система комплексного контроля технического состояния подвижного состава ДИСК - БКВ (Российская Федерация)

Система ДИСК - БКВ включает в свой состав базовую подсистему ДИСК - Б для обнаружения перегретых букс, подсистему ДИСК-К для обнаружения дефектов колес по кругу катания, подсистему ДИСК-В для обнаружения волочащихся деталей. Базовая подсистема ДИСК-Б обладает функциональной и конструктивной завершенностью, позволяющей самостоятельно работать в условиях эксплуатации, а все остальные системы могут только дополнять ее на тех или иных пунктах контроля [3].

Аппаратура подсистемы ДИСК - Б предназначается для бесконтактного обнаружения на ходу поезда перегретых букс подвижного состава и выдачи обслуживающему персоналу на станции информации о наличии и расположении в поезде вагонов с такого вида неисправностями (рисунок 1.6). Принцип действия аппаратуры подсистемы ДИСК - Б основан на восприятии чувствительными элементами импульсов ИК - излучения от задних (по ходу движения) стенок корпусов букс и от ступицы колеса. Подсистема ДИСК-Б, обнаруживающая перегретые буксы, является базовой и функционально законченной, т.е. может функционировать самостоятельно. Остальные могут работать лишь совместно с ней и дополняют ее возможности.

Принцип действия подсистемы ДИСК - К основан на измерении с помощью пьезоэлектрических датчиков ускорений рельса при ударе колеса с дефектом по кругу катания (ползун, навар, выщербины и т.д.) и выделении по определенным критериям сигнала информации в случаях, когда динамическое воздействие колеса на рельс превышает заданное пороговое значение.

Рисунок 1.6 - Структурная схема аппаратуры ДИСК

Подсистема ДИСК - В вырабатывает сигнал наличия волочащейся детали при механическом соударении узлов и деталей вагона, выходящих за пределы нижнего габарита подвижного состава, с элементами напольного электромеханического датчика подсистемы.

Для сбора информации на центральных пунктах контроля, например в пунктах технического обслуживания подвижного состава ПТО или ПКТО, используют подсистему ДИСК-Ц. Она представляет собой комплекты приемо-передающей и регистрирующей аппаратуры и объединяет в одном месте информацию с нескольких линейных пунктов контроля. Централизация информации, как правило, проводится в пределах участка безостановочного следования поездов, а расстояния между линейными пунктами контроля 30-35 км.

После обработки сигналов устройствами постового оборудования подсистемы ДИСК-Б информация о состоянии букс вагонов передается к станционному оборудованию и регистрируется. При этом указываются порядковые номера вагонов (начиная с головы поезда) с перегретыми буксами, порядковый номер оси с перегретой буксой в вагоне, степень перегрева буксы, время контроля поезда, тип буксового узла, сторона поезда, общее количество вагонов в поезде, общее число вагонов с перегретыми буксами, исправность аппаратуры ДИСК.

На пунктах контроля, не оборудованных сигнальными световыми указателями наличия неисправных вагонов в поездах, может устанавливаться речевой информатор, предназначенный для автоматического оповещения по радиоканалу машиниста локомотива и отдельному громкоговорителю дежурного по станции о наличии выявленных неисправностей в поезде, проследовавшему по участку размещения перегонного оборудования средств контроля. Речевой информатор работает в комплексе с аппаратурой ДИСК - БКВ, ПОНАБ -3 и со стационарными радиостанциями поездной радиосвязи PC - 6, 43 РТС - А2 - ЧМ и им подобным. В передаваемом речевым информатором сообщении машинисту локомотива содержатся сведения о направлении движения пребывающего поезда, станции прибытия поезда и виде тревоги, требующей остановки поезда на перегоне или станции.

В аппаратуре ДИСК - Б для обмена информацией организовано семь прямых каналов и один обратный, которые занимают частотный диапазон 1890-3150 Гц. Нижняя часть тонального спектра используется для ведения служебных переговоров. Прямые каналы специализированы по видам информации: ВД - наличие волочащихся частей; ДК - уровень динамики колеса; ТЛ - тепловые сигналы уровней нагрева левых букс; ТП - тепловые сигналы уровней нагрева правых букс; КП - наличие поезда на участке контроля; О - отметка сосчитанных осей; OB - сигналы отметки вагонов. Сигналы передаются на станцию методом амплитудной модуляции. Обратный канал (1890 Гц) используется для управления работой перегонного поста при его тестировании с пульта оператора станции.

При работе подсистемы ДИСК-БКВ в режиме централизованной обработки на станции дополнительно устанавливается передающий комплект подсистемы ДИСК-Ц, с использованием которого результаты контроля пересылаются на центральный пункт. В этом случае печатающие устройства переносятся на центральный пункт, а на станции остается пульт оператора, которым пользуется обслуживающий персонал при отказе каналов связи или устройств центрального пункта.

Подсистема ДИСК-Ц позволяет выполнять тестовую проверку периферийных устройств по командам с пульта, а также контролировать состояние аппаратуры в режиме проверки «на себя». Команды тестирования передаются по обратному каналу со скоростью 75 Бод.

В этой подсистеме информация передается по прямому каналу со скоростью 1200 Бод методом частотной манипуляции.

Система обнаружения перегретых букс ПОНАБ-3 (Российская Федерация)

Аппаратура автоматического обнаружения перегретых букс в поездах типа ПОНАБ-3 построена по принципу систем телесигнализации и реализует наиболее распространенный в мировой практике способ контроля исправности буксовых узлов железнодорожного подвижного состава по уровню инфракрасной энергии, излучаемой корпусом буксового узла в окружающее пространство [4]. Имея много общего в структурном построении, в конструктивном и схемном исполнении отдельных функциональных устройств с зарубежными моделями, аппаратура ПОНАБ-3 обладает и рядом отличительных признаков.

В первую очередь отличительные особенности построения ПОНАБ-3 касаются аппаратуры передачи и регистрации данных контроля (аппаратуры АПД). Если во всех других моделях аппаратуры в процессе контроля передается непрерывный ряд сообщений о состоянии контролируемого объекта (передача с перегона на станцию сигналов от букс, сигналов счета осей и др.), то в аппаратуре ПОНАБ-3 сообщение о наличии и расположении перегретой буксы в поезде передается только в момент ее обнаружения.

Применение такого способа передачи сообщений позволило в значительной степени повысить помехозащищенность аппаратуры за счет резкого снижения объемов передаваемой информации на один проконтролированный поезд.

В аппаратуре ПОНАБ-3 результаты контроля выводятся на печатающее устройство, а места расположения перегретых букс в поезде указываются не в осях или условных вагонах, как это имеет место в других моделях аппаратуры, а в физических подвижных единицах. С этой целью в состав аппаратуры введено устройство для автоматического распознавания физических подвижных единиц независимо от их осности. Помимо регистрации данных о расположении перегретых букс в поезде, аппаратурой регистрируются также данные об общем числе вагонов в поезде и числе перегретых букс.

Аппаратура ПОНАБ-3 имеет в своем составе рельсовую цепь наложения для управления ее работой в момент контроля поезда, дополнительные средства защиты напольных камер от заносов снегом, средства контроля уровня сигнала в канале связи и др. В состав аппаратуры включен ряд специальных вспомогательных устройств для ее настройки и контроля при эксплуатации.

1.3 Разработка структуры системы автоматического контроля подвижного состава на участке Гомель - Калинковичи

Анализ существующих систем автоматического контроля подвижного состава показывает, что основным направлением развития этих систем является построение единой централизованной сети контроля подвижного состава с микропроцессорным управлением. Передача данных в таких сетях осуществляется по стандартным каналам передачи данных с использованием модемов. В качестве метода коммутации применяется пакетная коммутация.

Основным достоинством микропроцессорной системы управления является гибкость и приспосабливаемость к различным условиям. Так, в микропроцессорной системе существует возможность оперативного изменения рабочей программы, а следовательно, методов измерений и анализа измеренных данных, методов контроля передаваемых сообщений. К достоинствам таких систем также относится возможность оперативного внедрения дополнительных функций аппаратуры.

1.4 Физические основы обнаружения перегретых букс

Работа буксового узла

В железнодорожном подвижном составе различают буксы с подшипниками качения (роликовыми подшипниками) и буксы с подшипниками скольжения. Надежность работы букс с подшипниками скольжения в десятки раз меньше, чем букс с роликовыми подшипниками.

Нормальная работа буксового узла характеризуется установившимся режимом теплообмена между его элементами, колесной парой и наружным воздухом в процессе движения поезда, т.е. когда количество выделяемого тепла равно количеству тепла, рассеиваемого элементами буксы и колесной парой в окружающее пространство. Установившийся режим нормально работающего буксового узла наступает примерно через 40 км после начала движения поезда (рисунок 1.8, кривая 1). Значение температуры шейки оси Тшо в установившемся режиме зависит от скорости движения поезда, температуры наружного воздуха, нагрузки на подшипник и других факторов. При температуре наружного воздуха 20°С установившееся значение температуры шейки оси для букс с подшипниками скольжения равно примерно 60°С, для букс с роликовыми подшипниками около 40 - 50°С.

Рисунок 1.8 - Графики изменения температуры шейки оси

Перегрев букс характеризуется неустановившимся режимом теплообмена и повышением температуры шейки оси и корпуса буксы в процессе движения поезда (рисунок 1.8, кривая 2). Темп возрастания Тшо зависит от характера неисправности и буксового узла, скорости движения поезда, нагрузки на ось и может изменяться в широких пределах [5].

Для букс с подшипниками скольжения Тшо в области значений до 300°С изменяется от 1 до 10 °С/мин, а в области значений до 800°С - до 15-18 °С. Максимальные темпы возрастания температуры шейки оси характеризуют и статистические данные по изломам шеек осей. Так, по зарубежным данным, излом шейки оси при отсутствии смазки для букс с подшипниками скольжения происходит через 60-70 км. По среднестатистическим данным отечественных дорог, такие случаи наблюдаются при пробеге около 50 км. Для букс с роликовыми подшипниками возможны более высокие темпы возрастания температур шеек осей, особенно при разрушении подшипника или сколе борта.

Критерии аварийности буксового узла выработаны практикой длительной эксплуатации подвижного состава в различных условиях и подтверждены экспериментами. Для буксового узла с подшипниками скольжения предельно допустимая температура шейки оси составляет примерно 100-150 °С. Критическая температура, при которой начинается разрушение граничного слоя и происходит схватывание металлов трущихся поверхностей, соответствует значению 140 °С и более. В соответствии со значениями предельно допустимой и критической температуры уровни нагрева шеек осей, при которых буксовый узел на подшипнике скольжения можно считать аварийным, находятся выше 100-140 °С. Для буксового узла с роликовыми подшипниками повышение в процессе движения поезда температуры корпуса буксы до 70-75 °С в летний период или до 40-50 °С в зимний период является признаком неисправности.

Неустоявшийся режим теплообмена может быть в течение длительного времени работы буксового узла с новым подшипником при некачественной его подгонке. В начальный период приработки подшипника температура шейки оси поднимается до 100-140 °С (рисунок 1.8, кривая 3), а затем по мере приработки подшипника снижается и достигает установившегося значения через 40-80 км. Обнаружение таких букс по выбранным критериям аварийности приводит к необоснованным остановкам поездов. Однако количество этих букс по отношению к количеству действительно неисправных незначительно.

Основы инфракрасного излучения

Основой построения аппаратуры контроля буксовых узлов является измерение энергии излучения корпуса буксового узла. Каждое тело, температура которого выше абсолютного нуля, излучает в окружающее пространство энергию. Тела, полностью поглощающие падающий на них лучистый поток и обладающие максимальной излучаемостью, называются абсолютно черными телами. Излучение черного тела определяется его температурой.

Спектральная плотность излучения абсолютно черного тела Е является функцией длины волны l и температуры Т. В соответствии с законом Планка спектральная плотность излучения черного тела для длин волн от l до dl определяется по формуле:

(1.1)

где С1 и С2 - константы, равные соответственно 3,74×104 Вт×см-2×мкм4 и 1,438×104 мкм×град.

Максимум плотности излучения по мере возрастания температуры тела перемещается в область коротких волн (рисунок 1.9). По закону Вина длина волны (в мкм), соответствующая максимуму излучения, определяется по формуле:

(1.2)

Для корпусов большинства перегретых букс, температура которых может изменяться от 0 до 80° С, максимум спектральной плотности излучения приходится на длины волн от 11 до 8 мкм. Поскольку при длинах волн меньше lmax плотность излучения быстро падает и основная ее часть приходится на длины волн более lmax, то наибольшее количество энергии излучения букс находится в диапазоне от 5 до 15 мкм. Эти значения длин волн должны учитываться при выборе приемника излучения (датчика) для аппаратуры контроля букс. Однако плотность излучения солнца имеет максимум при длине волны около 0,5 мкм и очень малая ее часть приходится на длины волн более 5 мкм. Поэтому для защиты аппаратуры контроля от влияний отраженной солнечной энергии приемник излучения должен иметь заградительные фильтры для длин волн короче 5 мкм.

Излучение воспринимаемое приемником аппаратуры контроля от корпуса буксы, с определенным коэффициентом передачи пропорционально полной плотности излучения буксы Wб. Полная плотность излучения абсолютно черного тела Wчт определяется законом Стефана-Больцмана. При интегрировании Е(l, Т) во всем диапазоне волн от l = 0 до l = ¥ получаем:

(1.3)

где s = 5,67×10-12 Вт/см2×град4 - постоянная Стефана-Больцмана.

Рисунок 1.9 - График энергетического спектрального излучения черного тела

Поскольку в природе не существует абсолютно черных тел, то все реальные тела называются нечерными и делятся на тела с селективным и серым излучением. Излучательные способности серых тел, к которым относятся и буксы, характеризуются степенью черноты e, показывающей, во сколько раз полная плотность излучения данного тела меньше полной плотности излучения абсолютно черного тела. С учетом e выражение (1.3) принимает вид:

(1.4)

Для корпусов букс значение e равно примерно 0,85 - 0,95. Изменение степени черноты букс вносит дополнительные погрешности в измерение DТкб, а следовательно, приводит к ошибкам в распознавании перегретых букс по выбранному параметру контроля.

При выборе метода контроля букс по температуре их корпусов важным моментом является постоянство выходного сигнала приемника излучения при контроле букс с одинаковой температурой шейки оси (критерий аварийности) во всем диапазоне изменений температуры наружного воздуха. Если с помощью приемника излучения измерять значение Wт, то при изменении температуры наружного воздуха сигнал на выходе приемника будет изменяться пропорционально изменению Wт. А это значит, что при контроле букс с одинаковым критерием аварийности в диапазоне температур от минус 40 °С до плюс 40 °С сигнал на выходе приемника будет изменяться почти в два раза (рисунок 1.10, кривая 1). Произвести оценку состояния по такому сигналу сложно.

Рисунок 1.10 - Графики изменения плотности излучения корпусов букс

Поэтому в аппаратуре контроля букс Wт измеряют с учетом температуры наружного воздуха. Суть этого метода в том, что с помощью приемника излучения измеряется превышение полной плотности излучения корпуса буксы над полной плотностью излучения тела с температурой наружного воздуха. На практике таким телом считают раму вагона, температура которой примерно равна температуре наружного воздуха. Тогда полная плотность излучения, передаваемая с определенным коэффициентом к приемнику, может быть рассчитана по формуле:

(1.5)

где Тк.б. - температура корпуса буксы, °К; Тн.в. - температура наружного воздуха, °К.

В результате воспринимаемое приемником излучение изменяется незначительно во всем диапазоне температур воздуха (рисунок 1.10, кривая 2).

2. Техническая часть

.1 Определение состава комплекса технических средств для модернизации аппаратуры ПОНАБ-3

Напольное оборудование

Напольное оборудование аппаратуры ПОНАБ-3 (рисунок 2.1) включает: левую и правую напольные камеры (НКЛ, НКП), четыре датчика прохода колес (Д1 - Д4), рельсовую цепь наложения (РЦН) и две соединительных муфты. (СМ)

Напольная камера содержит узконаправленную оптическую систему, приемник инфракрасного излучения (болометр), предварительный усилитель сигналов, запирающую заслонку и другие конструктивные элементы.

Каждая напольная камера устанавливается на специальную металлическую раму, которая в свою очередь крепится к бетонному фундаменту. Этим обеспечивается стабильное положение напольной камеры относительно рельса и исключаются вибрации ее узлов при проходе поезда по участку контроля.

Рисунок 2.1 - Структурная схема напольного оборудования аппаратуры ПОНАБ-3

Датчики прохода колес вырабатывают электрические сигналы при проходе колесных пар подвижных единиц в зоне их размещения. Сигналы от датчиков подаются через соединительные муфты к устройствам постового оборудования. В качестве датчиков в аппаратуре применен датчик типа ПБМ-56. Принцип его действия основан на наведении в катушке э.д.с. индукции за счет изменения величины магнитного потока при проходе гребня колеса в воздушном зазоре. В момент приближения гребня колеса к зоне действия датчика магнитный поток в цепи увеличивается и достигает своего максимального значения, когда колесная пара находится над датчиком. При этом в катушке индуктивности наводится колоколообразный импульс напряжения. Нижний предел скорости движения, при котором сигналы с датчика превышают уровень наводок и могут управлять работой устройств, составляет 5 км/ч.

Рельсовая цепь наложения предназначена для выработки команд управления в момент захода и удаления поезда из зоны контроля аппаратуры. В качестве рельсовой цепи наложения в аппаратуре используется типовая электронная педаль ЭП-1. Педаль представляет собой генератор и приемник, которые подключаются к рельсам и образуют короткую бесстыковую рельсовую цепь тональной частоты.

При модернизации аппаратуры принципы обнаружения нагретых букс, а также схема контроля захода и удаления поезда остаются неизменными. В связи с этим все напольное оборудование не изменяется, за исключением удаления одного датчика прохода колес. Это связано с применением принципа счета вагонов по трем путевым датчикам.

Постовое оборудование

В состав постового оборудования аппаратуры ПОНАБ-3 (рисунок 2.2) входят стойка аппаратуры, стойка передающая, силовой щит и пульт управления.

В стойке аппаратуры размещены два блока усиления (У), блок питания, блок управления (БУ) и блок отметчика вагонов (БОВ). Блок управления вырабатывает сигналы управления работой напольных камер, блока управления передачей и других устройств аппаратуры при проходе поезда по участку контроля и формирует программу сигналов для автоматической проверки исправности устройств после удаления поезда. Блоки усиления предназначены для усиления сигналов от букс и передачи их на входы устройства логической обработки сигналов. Блок отметчика вагонов предназначен для распознавания физических подвижных единиц независимо от их осности.

В передающей стойке находятся блок счета вагонов (БСВ), блок управления передачей (БУП), электронный передатчик кода (ЭПК), передатчик частотно-модулированных сигналов (ПЧМС) и блок питания. Блок счета вагонов предназначен для подсчета количества вагонов, прошедших по участку контроля. Электронный передатчик кода формирует кодовые комбинации и посылает их на вход передатчика частотно-модулированных сигналов.

В силовом щите установлены реле управления, силовой трансформатор для питания напольных камер, выпрямитель, стабилизатор напряжения и панель с предохранителями.

Рисунок 2.2 - Структурная схема постового оборудования аппаратуры ПОНАБ-3

При модернизации аппаратуры постовое оборудование содержит периферийный контроллер (ПК-02), блок сопряжения и управления (БСУ-П) а также пульт технологический (ПТ-03). Данное оборудование выполняет функции стойки передающей, стойки аппаратуры и пульта управления аппаратуры ПОНАБ-3. При этом силовой щит аппаратуры ПОНАБ-3 используется вместе с модернизированным оборудованием.

Станционное оборудование

В станционное оборудование аппаратуры ПОНАБ-3 (рисунок 2.3) входят приемник частотно-модулированных сигналов (ПрЧМС), электронный приемник кода (ЭПК), блок контроля (БК), печатающее устройство (ПУ), пульт оператора (ПО) и устройства сигнализации (УС).

Электронный приемник кода предназначен для приема кодовых комбинаций и выдачи их на печатающее устройство. Блок контроля контролирует уровень сигнала в канале связи и управляет работой пульта оператора. Все оборудование, кроме печатающего устройства и пульта оператора, размещено в стойке приемной. В качестве печатающего устройства применяется электроуправляющая пишущая машина ЭУМ-23ДП.

При модернизации аппаратуры станционное оборудование полностью заменяется. В модернизированном варианте в качестве станционного оборудования используется персональный компьютер типа IBM PC и концентраторы информации (КИ). Персональный компьютер в модернизированной аппаратуре выполняет функции приемника кодовых комбинаций, блока контроля, пульта оператора и устройства сигнализации. Для объединения устройств контроля подвижного состава в единую централизованную сеть используются концентраторы информации, обеспечивающие организацию группового канала для постовых контроллеров.

Рисунок 2.3 - Структурная схема станционного оборудования аппаратуры ПОНАБ-3

2.2 Основные узлы и модули комплекса КТСМ-01

Периферийный контроллер ПК-02

В качестве базового устройства в комплексе контроля состояния подвижного состава планируется использовать периферийный контроллер ПК-02. Контроллер представляет собой устройство с программным управлением (микропроцессорную систему), что позволяет расширять область его применения путем разработки рабочего программного обеспечения.

Периферийный контроллер обеспечивает:

-режим контроля подвижного состава;

-режим автодиагностики при отсутствии поезда на участке контроля;

-регулировочные режимы, обеспечивающие непрерывное (циклическое) считывание и отображение на индикаторе ПТ состояние устройств комплекса при проведении регулировочных и проверочных работ в процессе технического обслуживания;

-проверочные режимы, предназначенные для отображения диагностической информации, и включаемые однократно вводом соответствующей команды с клавиатуры пульта;

-режимы имитации прохода поезда.

-передачу информации в последовательную линию связи.

Сопряжение контроллера с некоммутируемым каналом тональной частоты осуществляется встроенным устройством передачи сигналов частотным (УПСЧ) по двух- или четырехпроводной линии методом частотной манипуляции в соответствии с ГОСТ 20855-83 (рекомендация V.23 МККТТ). Контроллер обеспечивает сопряжение с устройством ввода-вывода символьной информации (видеотерминалом) по последовательной черырехпроводной линии связи встроенным устройством передачи сигналов токовым (УПСТ) через интерфейс «RS232» (рекомендация V.25 МККТ), или методом «токовая петля».

Принцип работы периферийного контроллера основан на аппаратно-программной обработке сигналов поступающих через согласующее устройство от напольного оборудования пункта контроля подвижного состава, а также управление через согласующие устройство элементами напольного и постового оборудования пункта контроля.

Структура периферийного контроллера (рисунок 2.4) представляет собой микропроцессорную систему, основным устройством в которой является модуль микроконтроллера ММК. Данный модуль через системную шину осуществляет управление и обработку информации следующих устройств: модуля обработки тепловых сигналов (МОТС), модуля обработки сигналов путевых датчиков (МОПД), модуля УПСЧ и модуля УПСТ.

Модуль ММК выполняет ввод информации и управление каналами аналого-цифрового преобразования модуля МОТС, ввод информации и команд от модуля МОПД, вывод команд управления напольным оборудованием в модуль МОПД, прием и передачу данных через модуль УПСЧ в линию связи, обмен информацией с видеотерминалом через модуль УПСТ.

Питание модулей контроллера обеспечивается встроенным источником вторичного электропитания (ВИП).

При включении питания контроллера микропроцессоры, расположенные в модулях ММК и МОПД автоматически начинают выполнение своих рабочих программ, коды которых содержаться в микросхемах постоянного запоминающего устройства (ПЗУ), при этом производится настройка (инициализация) модулей на необходимые режимы работы и проверяется исправность основных узлов контроллера (тестирование).

После выполнения начальной инициализации и тестирования микропроцессоры контроллера переходят в режим выполнения основного программного цикла, в котором находятся постоянно до выключения питания или получения из линии связи команды «сброс». Периферийный контроллер находится в режиме автодиагностики.

Микропроцессор модуля МОПД в процессе выполнения основного программного цикла производит опрос состояния входных цепей от путевых датчиков и ожидает команды от модуля ММК. При обнаружении захода поезда на участок контроля микропроцессор модуля МОПД выдает сигналы на выходные цепи управления напольным оборудованием и переходит в режим счета осей и вагонов, а также выдает модулю ММК команды на начало и окончание обработки тепловых сигналов от букс, находящихся в зоне контроля. После прохода поездом участка контроля микропроцессор модуля МОПД передает модулю ММК данные о количестве осей и вагонов в проконтролированном поезде, производит проверку напольного оборудования путем имитации прохода контрольного вагона (контрольная программа) и переходит в режим выполнения основного программного цикла.

Микропроцессор модуля ММК в процессе выполнения основного программного цикла устанавливает и поддерживает информационный обмен по линии связи с автоматизированным рабочим местом поста контроля, а также принимает команды от видеотерминала и модуля МОПД. При получении от модуля МОПД информации о заходе поезда на участок контроля, а также команд начала и окончания обработки тепловых сигналов, микропроцессор модуля ММК управляет аналого-цифровым преобразователем модуля МОТС, обрабатывает результаты измерения, передает полученные данные в линию связи и выводит результаты контроля на видеотерминал.

Рисунок 2.4 - Структурная схема периферийного контроллера

В режиме имитации прохода поезда периферийный контроллер переходит в режим контроля поезда и переводит модуль МОПД в режим имитации. В АРМ ЦПК передается информация о заходе поезда с признаком «имитация». Модуль МОПД имитирует проход поезда, состоящего из четырехосных вагонов. В данном режиме заслонки в напольных камерах закрыты и в качестве источников инфракрасного излучения используются контрольные лампы напольных камер. Инфракрасное излучение от контрольных ламп улавливается болометрами и преобразуется предварительными усилителями в электрический сигнал, который поступают на вход модуля МОТС, где преобразуются в цифровой код и считываются ММК.

По окончании имитации прохода поезда ПК выводит на внешний индикатор информацию о поезде, а также формирует и передает в АРМ ЦПК блок данных о поезде, количество осей и средние тепловые уровни в данных о поезде.

Блок сопряжения и управления БСУ-П

Для электрического согласования цепей напольного и силового оборудования аппаратуры ПОНАБ-3 и периферийного контроллера ПК-02 в составе комплекса технических средств для модернизации аппаратуры ПОНАБ-3 предназначен блок сопряжения и управления БСУ-П.

Структурная схема блока БСУ-П, (рисунок 2.5), содержит следующие функциональные узлы и схемы: регулятор левого канала теплового сигнала (РУЛ); регулятор правого канала теплового сигнала (РУП); источник стабилизированного напряжения 30 вольт (ИП-30); источник стабилизированного напряжения 6 вольт (ИП-6); понижающий трансформатор (ТР1); источник стабилизированного напряжения 12 вольт (ИП-2); регулируемый источник постоянного тока (РИП); понижающий трансформатор (ТР2); схема контроля напряжения питания рельсовой цепи наложения (КПРЦ); схема управления порогом срабатывания (УПС); пороговое устройство (ПУ); схема контроля состояния рельсовой цепи наложения (КРЦ); фильтр первого датчика прохода осей (ФД1); фильтр второго датчика прохода осей (ФД2); фильтр третьего датчика прохода осей (ФДЗ); схема контроля открытия заслонки левой напольной камеры (КЗЛ); схема контроля открытия заслонки правой напольной камеры (КЗП); управляющий ключ реле заслонок (УКРЗ); управляющий ключ левой контрольной лампы (УКЛЛ); управляющий ключ правой контрольной лампы (УКЛП); управляющий ключ ориентирного устройства (УКО).

Регуляторы РУЛ и РУП предназначены для регулирования уровня тепловых сигналов соответственно левого и правого каналов.

Источники стабилизированного напряжения ИП-30, ИП-6 и трансформатор ТР1 предназначены для питания предварительных усилителей, установленных в напольных камерах. Индикация наличия выходного напряжения источника ИП-30 осуществляется светодиодами.

Источник стабилизированного напряжения ИП-12 предназначен для питания электронной педали ЭП-1 (рельсовая цепь наложения РЦН). Индикация наличия выходного напряжения источника ИП-12 также осуществляется светодиодом.

Регулируемый источник напряжения РИП, питание которого осуществляется от понижающего трансформатора ТР2, предназначен для питания порогового устройства рельсовой цепи наложения.

Схема контроля питания рельсовой цепи наложения КПРЦ формирует сигнал дистанционного контроля и осуществляет гальваническую развязку. Схема дистанционного управления порогом срабатывания УПС уменьшает напряжение срабатывания порогового устройства в 1,5 раза от установленного. Пороговое устройство ПУ совместно с КПРЦ формируют сигнал состояния РЦН (занята или свободна). Индикация работы КПРЦ и состояния РЦН осуществляется светодиодами.

Фильтры датчиков прохода осей ФД1, ФД2 и ФДЗ предназначены для подавления высокочастотных помех в сигнале.

Схемы контроля открытия заслонок КЗЛ левой камеры и КЗП правой камеры предназначены для контроля и индикации положения заслонок. Управляющий ключ реле заслонок УКРЗ предназначен для включения реле заслонок Р6, расположенного в силовом щите аппаратуры ПОНАБ-3. Управляющие ключи УКЛЛ и УКЛП предназначены для включения контрольных ламп в напольных камерах. Управляющий ключ ориентирного устройства (УКО) предназначен для вывода на ориентирное устройство управляющих сигналов.

При отсутствии поезда на участке контроля через цепь «РЦ» на вход порогового устройства ПУ рельсовой цепи наложения поступает постоянное напряжение с выхода электронной педали ЭП-1, напряжение на выходе ПУ отсутствует. Через подключенный к выходу ПУ оптронный ключ КРЦ первой ступени гальванической развязки ток не протекает, светодиод индикации состояния рельсовой цепи «РЦ» выключен, и напряжение на цепь «КРЦ» разъема «ПД» не подается. Светодиод индикации состояния, включенный в цепь «КРЦ», выключен.

Стабилизированный источник напряжения с ручной регулировкой выходного напряжения РИП служит для питания ПУ и является для ПУ источником опорного напряжения. При уменьшении выходного напряжения РИП уменьшается порог срабатывания ПУ, а при увеличении напряжения - увеличивается. Таким образом, изменением выходного напряжения РИП производится регулировка порога срабатывания ПУ. В модуле предусмотрены гнезда для контроля порогового напряжения ПУ.

Рисунок 2.5 - Структурная схема модуля БСУ-П

Оптронный ключ УПС реализует возможность дистанционного уменьшения выходного напряжения. При подаче на линию «ПРЦ» напряжения, ключ УПС открывается и уменьшает выходное напряжение РИП в 1,5 раза.

Питание ЭП-1 осуществляется от стабилизированного источника постоянного тока ИПРЦ напряжением 12В, которое через цепь «12В РЦ» поступает в силовой щит. Наличие напряжения ИПРЦ контролируется светодиодом и оптронным ключом КПРЦ первой ступени гальванической развязки.

Напряжение на вход ИПРЦ и ИПКРЦ подается от вторичных обмоток трансформатора Т2. Стабилизированные источники питания ИП-6 и ИП-30 обеспечивают напряжения питание предусилителей в напольных камерах. Входные напряжения питания ИП-6 и ИП-З0 получают от вторичных обмоток трансформатора Т1.

При занятии поездом рельсовой цепи наложения поступающее с электронной педали ЭП-1 напряжение на входе ПУ уменьшается до 0,1.. 0,3 В, срабатывает ПУ который включает ключ КРЦ, который по цепи «КРЦ» подает напряжение на вход контроллера ПК-02. Периферийный контроллер ПК-02, приняв сигнал захода поезда, включает транзисторный ключ управления реле заслонок УКРЗ, который подает напряжение на обмотку реле открытия заслонок. При открытии заслонок срабатывают концевые выключатели, через контакты которых по цепям «КЗЛ» и «КЗП» подается напряжение на индикаторы контроля заслонок левой ИКЗЛ и правой ИКЗП камер. Далее по цепям «КЗЛ» и «КЗП» сигналы открытия заслонок поступают в контроллер ПК-02.

Каждая ось подвижного состава, при проследовании по участку контроля, последовательно проходит над датчиками прохода осей Д1, Д2 и ДЗ. Сигналы с датчиков Д1, Д2, ДЗ по цепям «Д1», «Д2», «ДЗ» поступают в БСУ-П на фильтры нижних частот ФД1, ФД2 и ФДЗ и далее в контроллер ПК-02 на входы формирователей. Для контроля сигналов от датчиков предназначены контрольные гнезда.

Во время прохождения подвижного состава в зоне между датчиками Д2 и ДЗ при открытых заслонках в напольных камерах тепловое излучение воспринимается приемными капсулами напольных камер, преобразуется в электрический сигнал и усиливается. С выходов предусилителей приемных капсул тепловые сигналы соответствующего канала поступают на регуляторы уровня РУЛ левого и РУП правого каналов, а также на контрольные гнезда.

После освобождения поездом РЦН напряжение с ЭП-1 по цепи «РЦ» поступает на вход КРЦ. Ключ КРЦ выключается и снимает напряжение с цепи «КРЦ». Периферийный контроллер, приняв сигнал освобождения поездом рельсовой цепи, переходит в режим контрольной программы, имитирует прохождение четырехосного вагона с нагретыми буксами. После окончания имитации первой тележки контрольного вагона ПК снимает напряжение с цепи «УЗ/е/к», ключ УКРЗ закрывается и выключает напряжение в цепи «УЗ». Заслонки в напольных камерах закрываются, размыкаются контакты концевых выключателей и отключают напряжения в цепях «КЗЛ» и «КЗП».

При работе в режиме ориентации напольных камер ПК-02 устанавливает в цепи «ОУ/е/к» сигнал длительностью пропорциональной уровню сигнала принятого ПК-02 от излучения лампы ориентирного устройства, который включает транзисторный управляющий ключ ориентирной лампы УКЛО. Ключ УКЛО коммутирует цепь «ОУ» с частотой поступления импульсного сигнала.

Пульт технологический ПТ-03

В качестве терминального устройства ввода-вывода символьной информации при работе с комплексом технических средств планируется использовать пульт технологический ПТ-03. Пульт предназначен для работы в составе систем диспетчерского контроля и обеспечивает информационный обмен с внешним устройством через последовательную линию связи по интерфейсу RS-232.

Пульт обеспечивает: прием из последовательной линии связи и вывод на жидкокристаллический символьный индикатор сообщений, содержащих символы, приведенные в таблице 2.1 (в соответствии с расширенной кодировочной таблицей ASCII); ввод с 21-кнопочной клавиатуры символов и передачу в последовательную линию связи соответствующих им кодов (таблица 2.2).

Пульт имеет скорость приема и передачи данных в линию связи - 1200, 2400, 4800, 9600 бит/с, метод передачи данных - асинхронный, формат элементарной посылки: один старт-бит, восемь бит данных, один стоп-бит. Символы выводятся на экран пульта (4 строки по 16 символов или 1 строка из 16 символов).

Питание пульта осуществляется от источника питания контроллера через интерфейсный шнур или от внешнего источника питания напряжением 12В ± 20%.

На рисунке 2.6 показана структурная схема пульта, на которой обозначены основные узлы устройства.

После включения питания пульта микропроцессор платы управления начинает выполнять программу, записанную в память микроконтроллера АТ89С52 при изготовлении. Микросхема CMOS 93С46 представляет собой энергонезависимое запоминающее устройство, в котором микроконтроллером сохраняются данные о настройках, произведенных пользователем.

Таблица 2.1

Код0123456789ABСDЕF0SP0@P`pAРар1!1AQaqБСбс2"2ВRbrВТвт3#3СSсsГУгу4$4DТdtДФДФ5%5EUeuEХех6&6FVfvЖЦжц7BEL'7GWgw3Чзч8BS(8HXhxИШиш9)9IYiyЙЩйщALF*:JZjzКЪкъB+;КkЛЫлыC'<L1МЬмьDCR-=MmНЭнэE.>N^nОЮоюF/?O_oПЯпя

Таблица 2.2

КлавишаStartF5963+EnterКод1Bh39h36h33h2bh0DhКлавишаF2F48520SpaceКод02h04h38h35h32h30h20hКлавишаF1F3741*ShiftКод01h03h37h34h31h2AhПосле ShiftКлавишаStartF10PgUp®PgDn-EnterКод1Bh2Dh0DhКлавишаF7F9­.¯Ins¬Код05h2Eh06h08hКлавишаF6F8Home¬End/ShiftКод08h2Fh

При поступлении данных через линию связи адаптер ADM232 преобразует сигнал линии RS-232 в уровни TTL. Универсальный асинхронный приёмопередатчик (УАПП) микроконтроллера осуществляет прием последовательных данных младшими битами вперед. Принятый байт сразу же выводится на индикатор в соответствии с таблицей 2.1. Курсор на индикаторе перемещается в следующую позицию. При заполнении индикатора, строки сдвигаются вверх, а верхняя строка теряется. Следующий символ выводится в первой позиции 4-й строки. Для однострочного режима при поступлении 17-го символа строка не очищается, символ выводится в 1-й позиции.

Рисунок 2.6 - Структурная схема пульта

При нажатии символьных клавиш соответствующий код символа (см. таблицу 2.2) передается в линию связи в последовательном виде младшими битами вперед. При нажатии клавиши 'Shift' передача не производится, курсор принимает вид мигающего прямоугольника, и микроконтроллер ждет нажатия следующей клавиши. Повторное нажатие клавиши 'Shift' отменяет эту команду.

При кратковременных перебоях в питании и при «зависании» программы «сторож» ADM805 выдает сигнал сброса, что приводит к перезапуску программы. Встроенный стабилизатор питания пульта преобразует входное напряжение 9 - 20 вольт в напряжение +5 вольт, необходимое для работы устройства.

После включения питания примерно на 1,5 с на индикаторе пульта высвечивается заставка, в которой указывается текущая скорость обмена через линию связи. Далее микропроцессор ожидает нажатие клавиш или прихода сообщения по линии связи.

Концентратор информации КИ-6М

Для организации систем передачи данных АСК ПС на участке железной дороги с использованием физических линий связи и выделенных каналов тональной частоты планируется использовать концентратор информации КИ-6М.

Алгоритм функционирования и процедуры информационного обмена КИ с оконечным оборудованием данных определяются программным обеспечением.

КИ может одновременно обслуживать до шести каналов последовательной информационной связи. В зависимости от типа установленного модуля преобразования сигналов (УПС) для каждого канала обеспечивается один из перечисленных видов сопряжении:

-сопряжение с некоммутируемым каналом тональной частоты с 2-х или 4-х проводным окончанием или с выделенной 2-х проводной физической линией встроенным модулем УПСЧ методом частотной манипуляции в соответствии с ГОСТ 20855-83 (рекомендация V.23 МККТТ) со скоростью передачи данных 1200 бит/с;

-сопряжение с четырехпроводной физической линией связи встроенным модулем УПСТ методом «токовая петля 20 мА» со скоростью передачи данных в линию 50; 75; 100; 200; 600; 1200; 2400; 4800; 9600 бит/с;

-сопряжение с оконечным оборудованием данных (ООД) встроенным модулем УПСТ асинхронным методом передачи по цепям стыка С2 в соответствии с ГОСТ 18145-81, ГОСТ 23675-79 со скоростью передачи данных в линию 50; 75; 100; 200; 600; 1200; 2400; 4800; 9600 бит/с.

При сопряжении КИ с каналом тональной частоты обеспечиваются следующие электрические параметры стыка С1-ТЧ в соответствии с требованиями ГОСТ 25007-81:

-уровень средней мощности сигнала на выходе передатчика:

а) для 4-х проводного окончания - минус (26 ± 0,26) дБм;

б) для 2-х проводного окончания - минус (13 ± 0,13) дБм;

-чувствительность по приему - не менее минус 30 дБ;

-номинальное входное и выходное сопротивление - (600 ± 60) Ом (на частоте 1000Гц);

-затухание асимметрии входных и выходных цепей по отношению к земле в рабочем диапазоне частот - не менее 43 дБ.

При сопряжении КИ с аналогичным УПС по выделенной физической линии связи уровень средней мощности сигнала на линейном выходе передатчика - не более 0 дБм.

При сопряжении КИ с четырехпроводной физической линией связи с полным сопротивлением не более 500 Ом методом «токовая петля 20 мА» обеспечиваются следующие значения величины тока:

-для уровня логической единицы - плюс (20 ± 2) мА;

-для уровня логического нуля - минус (20 ± 2) мА.

Принцип работы КИ основан на программном управлении потоками данных с целью обеспечения взаимодействия КИ с другими устройствами оборудования передачи данных по последовательным линиям и каналам связи.

КИ представляет собой микропроцессорную систему, в которой модуль микроконтроллера ММК осуществляет управление модулями устройств преобразования сигналов (УПС) через системную шину (рисунок 2.7). Каждое УПС подключается к отдельному каналу или линии связи. В зависимости от требуемого метода передачи (вида канала) применяется одно из двух типов УПС: УПСТ или УПСЧ.

Рисунок 2.7 - Структурная схема КИ

Системная шина предназначена для электрического сопряжения модуля ММК с устройствами ввода / вывода, расположенными на модулях УПС.

Назначение линий системной шины:

DAT0 - DAT7 - двунаправленная 8-ми разрядная шина данных, предназначенная для передачи байта данных при обращении процессора с операциями записи или чтения к регистрам устройств ввода-вывода, расположенных на модулях УПС; значению лог. «I» соответствует высокий вровень на линии DAT;

SMOD0 - SMOD5 - выходные линии модуля ММК, активный уровень каждой линии SMOD (низкий) сигнализирует о том, что процессор обращается с операцией чтения или записи к устройствам ввода-вывода, расположенным на данном модуле УПС. Линии SMOD имеют радиальную структуру, т.е. каждая линия подключена только к одному модулю УПС. Линии SMOD модуля ММК в КИ представляют собой линии запроса прерываний. Приоритет таких запросов начинается с младшего адреса, т.е. линии с меньшим номером имеют высший приоритет. Соответствие линий SMOD разъемам соединительной панели приведено в таблице 2.3.

Таблица 2.3 - Соответствие выводов SMOD концентратора информации

Провод системной шиныНа какой разъем поступаютНомер обслуживаемого канала связиSMOD0, INT0Х31SMOD1.INT1Х42SMOD2, INT2Х53SMOD3, INT3Х64SMOD4, INT4Х75SMOD5, INT5Х86

Модуль ММК

Модуль микропроцессорного контроллера ММК является центральным устройством программного управления периферийным контроллером и концентратора информации. На структурной схеме, представленной на рисунке 2.8 показаны основные компоненты модуля, объединенные внутренней системой шин и сигналов микропроцессора.

В качестве центрального процессора (ЦП) модуля ММК используется микроконтроллер семейства MCS-51 DALLAS DS80C320 (DD1). ЦП является основным управляющим элементом модуля. Им осуществляется чтение команд из памяти, выполнение соответствующих операций, а также производятся запись и чтение данных из памяти или от устройств ввода-вывода.

Для формирования тактовой частоты ЦП и тактовых сигналов CLK, необходимых для работы других модулей и узлов периферийного контроллера предназначен тактовый генератор, который состоит из кварцевого генератора BQ1 и делителя частоты, функции которого выполняет микросхема программируемой логики DD3. При резонансной рабочей частоте генератора BQ1 равной 16 МГц частота сигнала CLK равна 2 МГц.

Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) модуля ММК предназначено для хранения кодов команд рабочей программы микропроцессора. В качестве ПЗУ используется микросхема 27с512 (емкость 64 Кбайт) или 27с256 (емкость 32 Кбайт) - репрограммируемое постоянное запоминающее устройство с ультрафиолетовым стиранием информации. Также может использоваться микросхема 49F010 (AM29F010) емкостью 128 Кбайт - электрически-перепрограммируемое постоянное запоминающее устройство.

При использовании микросхемы 49F010 существует возможность использования двух ПЗУ: младшей страницы памяти (адреса 0h-0FFFFh) и старшей страницы памяти (адреса l0000h-1FFFFh). Переключение страниц осуществляется перемычкой S2.

Микросхема ПЗУ имеет выводы D0 - D7 для подключения к шине данных процессора, а также выводы А0-А16 (А0-А15 для микросхемы 27с512 и А0-А14 для микросхемы 27с256) для подключения к адресной шине. Выводы D0-D7 имеют три состояния и активизируются только при установлении на входе ОЕ сигнала низкого уровня. Управление сигналом выбора ПЗУ (сигнал ООЕ) осуществляется дешифратором конфигурации памяти, функции которого выполняет микросхема программируемой логики DD3. При высоком логическом уровне на линии BSEL дешифратором производится трансляция сигнала PSEN на линию ООЕ. Для выборки из ПЗУ очередной команды на мультиплексированной адресной шине (порты 0 и 2 микроконтроллера) устанавливается ее адрес, младший байт которого (А0-А7) по сигналу ALE запоминается в регистре защелке DD2. По сигналу PSEN на выводах ПЗУ D0-D7 устанавливаются соответствующие данные, которые считываются микроконтроллером через порт Р0. Таким образом обеспечивается доступ к адресам памяти программ 0h-0EFFFh (адреса 0F000h-0FFFFh используются для доступа к остальным модулям периферийного контроллера).

Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) модуля ММК предназначено для хранения данных, которые процессор может записывать и считывать в процессе выполнения программы. В качестве микросхемы ОЗУ модуля ММК применяется микросхема статического ОЗУ UM621024 емкостью 128 КБайт. Операции чтения и записи данных ОЗУ разрешены при низком уровне сигнала на входе CS1 (сигнал ACS). Чтение данных из ОЗУ осуществляется по сигналу АОЕ (низкий уровень на входе ОЕ). Запись данных в ОЗУ производится по сигналу WR. Управление сигналами выбора ОЗУ осуществляется дешифратором конфигурации памяти, функции которого выполняет микросхема программируемой логики DD3.

В модуле MMK-DS51 существует возможность выборки кодов команд исполняемой программы из ОЗУ, в отличие от стандартной организации памяти микроконтроллеров семейства MCS-51, когда выборка команд производится из ПЗУ, а в ОЗУ хранятся только оперативные данные. Эта особенность модуля позволяет оперативно изменять исполняемую программу, например, путем загрузки программы по сети передачи данных. В этом случае в ПЗУ хранится программа, реализующая алгоритм загрузки. По окончании загрузки управление передается загруженной программе.

Выбор памяти (ПЗУ или ОЗУ), из которой осуществляется чтение кодов выполняемой программы, производится переключением уровня сигнала BSEL. При низком логическом уровне на линии BSEL дешифратором конфигурации памяти уровень сигнала АОЕ устанавливается в '0' (чтение из ОЗУ) при низком уровне сигнала PSEN (чтение очередного программного кода) или при низком уровне сигнала RD (чтение данных). Таким образом, и выборка команд, и чтение данных осуществляются из ОЗУ.

Микроконтроллеры семейства MCS-51 по 16 адресным линиям могут адресовать до 64 Кбайт данных (адреса 0h-0FFFFh). Для доступа к старшим 64 Кбайтам ОЗУ (адреса l0000h-1FFFFh) используется линия S16, при высоком логическом уровне которой дешифратором конфигурации памяти на линии А16 устанавливается уровень логической единицы (доступ к старшим 64 Кбайтам ОЗУ).

Адреса 0F000h-0FFFFh (1F000h-1FFFFh) памяти данных используются для доступа к внешним модулям периферийного контроллера. Поэтому при обращении к этим адресам сигнал ACS устанавливается в единицу, чем запрещается работа ОЗУ.

Адресный дешифратор модуля ММК предназначен для формирования сигналов выборки внешних модулей периферийного контроллера, а также для доступа к программно-опрашиваемым переключателям S1. Функции дешифратора выполняет микросхема программируемой логики DD3.

Внешние модули имеют область адресов 0F000h-0FFFFh памяти данных. При обращении к ним микросхемой DD3 формируются управляющий сигнал IORQ, сигналы чтения / записи внешних модулей и сигналы выборки соответствующего модуля SM0-SM5. Соответствие выходных сигналов дешифратора сигналам адресной шины приведено в таблице 2.4. Сигнал PRD используется для доступа к S1.

Формирователи сигналов системной шины предназначены для согласования низкой нагрузочной способности шин процессора с нагрузкой, создаваемой системной шиной с подключенными к ней внешними модулями. В качестве формирователей применяются микросхемы шинных формирователей с повышенной нагрузочной способностью К555АП6 (DD8 - DD10). Микросхема DD8 предназначена для передачи в системную шину сигналов чтения и записи устройств ввода / вывода (IORC, IOWC), сигнала системного сброса INIT, системной частоты CCLK, а также линий адресной шины ADR0-ADR3, Микросхема работает в режиме простого однонаправленного усилителя. Микросхема DD9 предназначена для буферизации двунаправленной шины данных процессора D0-D7 и линий данных системной шины DAT0-DAT7. Разрешение передачи данных через микросхему DD9 осуществляется сигналом IORQ в цикле обращения процессора к устройствам ввода / вывода с адресами от 0F000h до 0FFFFh. Направление передачи данных определяется состоянием сигнала IORD, формируемым микросхемой DD3 в цикле чтения внешней памяти данных. При чтении процессором данных из устройства ввода / вывода (низкий уровень IORQ) сигналы с линий DAT0-DAT7 системной шины поступают на шину данных процессора D0-D7. В цикле записи процессором данных в устройство ввода / вывода (высокий уровень IORQ) сигналы шины данных передаются в системную шину. Микросхема DD10 предназначена для передачи в системную шину сигналов выборки внешних модулей SMOD0-SMOD5. Микросхема работает в режиме простого однонаправленного усилителя.

Таблица 2.4 - Соответствие сигналов дешифратора сигналам адресной шины

А7А6А5А4А3А2А1А0SM0SM1SM2SM3SM4SM5PRDX000XXXX0111111X001XXXX1011111X010XXXX1101111X011XXXX1110111X100XXXX1111011X101XXXX1111101X110XXXX1111110

Схема формирования сигнала сброса RES предназначена для приведения в исходное состояние процессора и других устройств, входящих в систему. Сигнал RES формируется сторожевым таймером DD6 при включении электропитания модуля, а также при прекращении выполнения процессором основного программного цикла. При разработке программного обеспечения периферийного контроллера необходимо для обеспечения нормальной работы схемы формирования сигнала RES ввести в основной программный цикл команду изменения уровня сигнала на выходе Р3.5 таким образом, чтобы на входе RWDT «сторожа» DD6 присутствовал меандр с частотой не менее 1 Гц. В случае нарушения выполнения процессором основного программного цикла (программного сбоя) импульсы RWDT не вырабатываются, что приводит к формированию сторожевым таймером DD6 через 1,5 - 2 секунды сигнала RES.

В некоторых реализациях программного обеспечения периферийного контроллера и концентратора информации возникает необходимость установки определенных параметров работы устройства в процессе эксплуатации (режимы работы, адреса и т.п.). Для этих целей могут быть использованы восемь программно-опрашиваемых переключателей S1, конкретное назначение которых устанавливается разработчиком программного обеспечения. Текущее положение переключателей может быть опрошено процессором командой чтения байта по адресу, указанному в таблице 2.1. При этом замкнутому положению каждого переключателя S1 соответствует значение логического нуля в данном разряде байта, в разомкнутом положении - логической единицы.

Для сохранения некоторых важных параметров в случае кратковременных выключений или «провалов» в сети электропитания, а также для запоминания настроек предназначена энергонезависимая память CMOS на микросхеме 24с256 (DD4). Содержимое микросхемы CMOS может записываться в ходе выполнения программы и затем сохраняться при отсутствии питания в течение нескольких лет. Микросхема 24с256 имеет емкость 32768 слов по 8 бит. Доступ к данным осуществляется последовательно (побитно). Тактовые импульсы поступают на вход SCL. Данные записываются и считываются через вход SDA. Запись данных возможна только при низком логическом уровне на входе WP.

Модуль УПСТ

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). Структурная схема модуля УПСТ представлена на рисунке 2.9.

При обращении модуля ММК к модулю УПСТ с циклом чтения устройства ввода / вывода через системную шину (сигналы SMOD и IORC низкого уровня), сигналы с входов А0-А7 шинного формирователя поступают на выходы В0-В7. Таким образом внутренняя шина данных подключается к системной шине. В случае обращения модуля ММК с циклом записи сигналы DAT0-DAT7 с системной шины поступают на внутреннюю шину модуля (выходы А0-А7 микросхемы DD4).

В качестве формирователя сигнала запроса прерывания INT системной шины применяется элемент DD2.1. Буферизация сигналов системной шины ADR0, ADR1, IORC, IOWC, INIT и CCLK осуществляется инверторами DD2.6, DD2.2, DD1.6, DD1.1, DD1.5, DD1.2 и DD2.5 соответственно.

Адресный дешифратор DD3 предназначен для формирования сигналов выборки устройств ввода / вывода, расположенных на модуле УПСТ. Входными сигналами дешифратора являются сигналы SMOD, ADR2 и ADR3. Соответствие выходных сигналов дешифратора состоянию линий неинверсных ADR2 и ADR3 при низком уровне сигнала SMOD приведено в таблице 2.5.

Таблица 2.5 - Соответствие сигналов дешифратора состоянию линий ADR2 и ADR3

ADR2ADR3B0B1B2B3001110101101011011110111

Приемопередатчик модуля УПСТ реализован на БИС КР580ВВ51 (DD5) и предназначен для преобразования параллельного кода шины данных D0-D7, получаемого от центрального процессора, в последовательный поток символов со служебными битами и выдачи этого потока через устройство преобразования сигналов в последовательный канал связи с различной скоростью.

Приемопередатчик также предназначен для обратного преобразования последовательного потока символов в параллельное 8-ми разрядное слово. Передаваемая и принимаемая информация при необходимости может контролироваться на четность (нечетность). Режим работы микросхемы КР580ВВ51 может быть запрограммирован записью в соответствующие внутренние регистры слов инструкции режима, служебных синхросимволов и инструкции команды.

В модуле УПСТ приемопередатчик DD5 может работать только в асинхронном режиме. Асинхронный режим характеризуется одиночными посылками информации. В начале каждой посылки устанавливается отрицательный импульс «старт-бит», длительность которого равна биту данных, предназначенный для ввода в синхронизацию приемника.

В конце каждой посылки устанавливается положительный импульс «стоп-бит» (длительность может равняться 1, 1,5 или 2 длительностям бита информации), предназначенный для определения приемником конца посылки. Длительность «стоп-бита» устанавливается программно. Скорость приема / передачи данных задается инструкцией режима и может равняться 1/16 или 1/64 от частоты, поступающей на входы ТхС и RxC приемопередатчика.

После записи в микросхему данных в параллельном формате происходит автоматическое присоединение к каждой посылке старт-бита и стоп-бита. Бит контроля четности (если он запрограммирован) вводится перед битами останова и может иметь нулевое или единичное значение. Если в инструкции команды в разряд D0 записана «1» и на входе CTS установлено напряжение низкого уровня, то информация в виде последовательного потока данных подается на выход TxD со скоростью, равной 1/16 или 1/64 частоты синхронизации передатчика ТхС. Если микросхема не содержит информацию для передачи, то на выходе TxD устанавливается напряжение высокого уровня.

Напряжение высокого уровня на входе RxD свидетельствует о том, что в данный момент нет приема информации. Появление на входе RxD напряжения низкого уровня свидетельствует о приходе старт-бита. Истинность этого бита проверяется вторично стробированием в его середине. Если наличие напряжения низкого уровня на входе подтверждается, то запускается счетчик битов, который позволяет определить конец битов данных, бит контроля (если он запрограммирован) и стоп-бит. Если при вторичной проверке на входе RxD обнаруживается напряжение высокого уровня, то приемник переходит в исходное состояние.

Если в принятых данных присутствует ошибка, то внутренний триггер ошибки четности устанавливается в единичное состояние. Если при анализе стоп-бита на входе RxD обнаруживается напряжение низкого уровня, то триггер ошибки стоп-бита устанавливается в единичное состояние. Стоп-бит сигнализирует о том, что данные находятся в приемнике. Принятые данные передаются в выходной регистр данных, при этом на выходе RRDY появляется напряжение высокого уровня, сигнализируя о готовности к считыванию принятых данных. Если предыдущий символ не был считан процессором, то принятый символ замещает его в выходном регистре, а триггер ошибки переполнения устанавливается в единичное состояние. Наличие ошибок в триггерах не останавливает работу микросхемы, они могут быть считаны процессором и сброшены записью в приемопередатчик соответствующей инструкции.

Сигналы с выходов TRDY (передатчик готов) и RRDY (приемник готов) поступают через элемент DD8.3 на формирователь сигнала запроса прерывания INT. Элементы DD1.4 и DD1.3 предназначены для управлением светодиодными индикаторами «ПРИЕМ» и «ПЕРЕДАЧА».

Программируемый таймер модуля УПСТ выполнен на микросхеме 82С54 (DD6), аналоге КР1810ВИ54, и предназначен для формирования частоты синхронизации приемопередатчика, а также может использоваться разработчиком программного обеспечения контроллера для формирования различных временных интервалов. Канал 0 программируемого таймера используется для деления частоты CCLK, поступающей на вход С0, до значения, необходимого для обеспечения заданной скорости работы приемопередатчика, для чего частота с выхода OUT0 поступает на входы синхронизации ТхС и RxC микросхемы DD5. Канал 0 таймера должен быть запрограммирован в режим 3 (генератор меандра), при этом для обеспечения заданных скоростей работы приемопередатчика, запрограммированного в режим деления частоты синхронизации 1/16, при частоте CCLK равной 2 МГц на выходе OUT счетчика канала 0 должны устанавливаться значения частот в соответствии с таблицей 2.6.

Сигнал с выхода OUT0 канала 0 поступает на вход С1 счетчика канала 1, который может использоваться разработчиком программного обеспечения в режиме 0 в качестве формирователя временного интервала, пропорционального скорости работы приемопередатчика (например, времени ожидания ответа). Текущее состояние канала 1 может быть опрошено процессором по состоянию сигнала на выходе OUT1, поступающего на вход D7 микросхемы DD9.

Таблица 2.6 - Зависимость скорости передачи от частоты синхронизации

Скорость передачи, бит/с501002006001200240048009600Значение частоты на выходе OUT канала 0, Гц800160032009600192003840076800153600

В состав модуля УПСТ входят 7 программно - опрашиваемых переключателей S1.1 - S1.7, которые могут использоваться для установки в процессе эксплуатации различных режимов работы приемопередатчика, таких как скорость передачи, наличие и вид контроля на четность, количество стоп-бит и т.п. Фактическое назначение переключателей определяется разработчиком программного обеспечения контроллера или концентратора информации.

Считывание процессором состояния переключателей осуществляется через регистр DD9, который передает на внутреннюю шину данных (выходы Q0-Q7) состояние входов D0-D7 при совпадении активности сигналов выборки устройства (выход В1 дешифратора DD3) и сигнала IORC системной шины. При этом замкнутому положению переключателя соответствует значение логического нуля в данном разряде считанного байта данных.

Узел преобразования сигналов «стык С2» предназначен для прямого и обратного преобразования уровней напряжения приемопередатчика в сигналы с электрическими параметрами, удовлетворяющими требованиям ГОСТ 23675-79 для несимметричных цепей стыка С2.

На входы Х приемников линейных сигналов (DD7.1, DD7.2, DD7.3) поступают двуполярные сигналы линий 104 (принимаемые данные), 107 (аппаратура передачи данных готова) и 106 (готов к передаче) напряжением от (-12… - 3) до (+3…+12) В. Сигнал с выхода приемника DD7.1 поступает через элемент DD8.1 на вход RxD (принимаемые данные) приемопередатчика, а также через элемент DD1.4 на светодиод «ПРИЕМ».

Микросхемы передатчиков линейных сигналов DD10, DD11 предназначены для преобразования уровней выходных сигналов DTR, RTS и TxD приемопередатчика DD5 в двуполярные сигналы линий 108 (оборудование данных готово), 105 (запрос передачи) и 103 (передаваемые данные) напряжением от минус 12 до плюс 12 В. Сигнал TxD приемопередатчика также поступает через элемент DD1.3 на светодиод «ПЕРЕДАЧА». Работа передатчиков линейных сигналов разрешена подачей напряжения высокого уровня на входы С через резистор R4.

Узел преобразования сигналов «токовая петля 20 mA» предназначен для сопряжения модуля УПСТ с телеграфным каналом связи и работы по физической линии протяженностью до 1 км. Узел обеспечивает прием и передачу двуполярных токовых посылок с номинальным линейным током 20 мА. Токовые посылки из линии +RCV и - RCV поступают цепь R9, VD3, R10, R11, VU1 модуля. Транзисторная оптопара VU1 предназначена для гальванической развязки и усиления сигналов линии связи. Выходной сигнал с оптопары VU1 через элементы DD2.3 и DD8.1 поступает на вход RxD приемопередатчика. Передатчик токовых посылок в линию состоит из коммутатора двуполярного тока и преобразователя напряжения для его питания. Посылки последовательного кода с выхода TxD приемопередатчика поступают через элемент DD8.4 на оптопару VU2. Коммутатор тока на транзисторах VT3 - VT7, управляемый оптопарой VU2, осуществляет переключение направления тока в линии +XMIT, - XMIT. Стабилизатор тока выполнен на элементах VT8, VD12, VD13, R22, R23. Значение тока в линии, равное 20 mA, устанавливается резистором R22. Диоды VD8 - VD11 предназначены для защиты цепей коммутатора от напряжений, возникающих в линии связи.

Двухтактный преобразователь напряжения выполнен на элементах VT1, VT2, Т1. Питание преобразователя осуществляется от цепи +12 В. Фильтр L1, С 15 предназначен для подавления импульсных помех в цепях питания, возникающих при работе преобразователя. Транзисторы VT1, VT2 работают по схеме двухтактного генератора на частоте ~20 кГц. Переменное напряжение с выходной обмотки 7-9 трансформатора Т1 поступает на двухполупериодный выпрямитель VD4 - VD7, на выходе которого устанавливается напряжение 24 В для питания коммутатора тока линии.

Модуль УПСЧ

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. Структурная схема модуля УПСЧ представлена на рисунке 2.10.

Формирователи сигналов системной шины (элементы DD1, DD2, DD4) предназначены для согласования нагрузочной способности линий системной шины и внутренних цепей модуля. Двунаправленный шинный формирователь DD4 предназначен для буферизации шины данных DAT0-DAT7. Разрешение работы формирователя осуществляется при поступлении на вход ОЕ низкого уровня сигнала системной шины SMOD (выбор модуля). Направление передачи данных через формирователь устанавливается сигналом на входе Т. Если модуль ММК обращается к модулю с циклом чтения устройства ввода / вывода через системную шину (сигналы SMOD и IORC низкого уровня), то сигналы с входов А0-А7 шинного формирователя поступают на выходы В0-В7. Таким образом внутренняя шина данных подключается к системной шине. В случае обращения модуля ММК с циклом записи сигналы DAT0-DAT7 с системной шины поступают на внутреннюю шину модуля (выходы А0-А7 микросхемы DD4). В качестве формирователя сигнала запроса прерывания INT системной шины применяется элемент DD2.1.

Буферизация сигналов системной шины ADRO, ADR1, IORC, IOWC, INIT и CCLK осуществляется инверторами DD2.6, DD2.2, DD1.6, DD1.5, DD2,5 и DD2.4 соответственно.

Адресный дешифратор DD3 предназначен для формирования сигналов выборки устройств ввода / вывода, расположенных на модуле УПСЧ-М2. Входными сигналами дешифратора являются сигналы SMOD, ADR2 и ADR3. Соответствие выходных сигналов дешифратора состоянию неинверсных линий ADR2 и ADR3 при низком уровне сигнала SMOD приведено в таблице 2.7.

Таблица 2.7 - Соответствие сигналов дешифратора состоянию линий ADR2 и ADR3

ADR2ADR3B0B1B2B3001110101101011011110111

Приемопередатчик модуля УПСЧ также реализован на БИС КР580ВВ51 (DD5). Синхронизация приемопередатчика также осуществляется программируемым таймером КР1810ВИ54 (DD6). Единственным отличием этого блока от аналогичного в УПСТ является фиксированная частота синхронизации. Скорость приема / передачи данных модуля УПСЧ равна 1200 бит/с и определяется частотой синхронизации равной 19,2 кГц, поступающей на входы ТхС и RxC приемопередатчика с выхода OUT0 микросхемы DD6, а также коэффициентом деления равным 1/16, задаваемым инструкцией режима.

В состав модуля УПСЧ входят 4 программно-опрашиваемых переключателя S1.4 - S1.7, которые могут использоваться для установки в процессе эксплуатации различных режимов работы приемопередатчика (наличие и вид контроля на четность, количество стоп-бит и т.п.). Считывание процессором состояния переключателей осуществляется через регистр DD9, который передает на внутреннюю шину данных (выходы Q0-Q7) состояние входов D0-D7 при совпадении активности сигналов выборки устройства (выход В1 дешифратора DD3) и сигнала IORC системной шины.

Схема управления несущей выполнена на элементах DD7, DD10, DD11 и предназначена для формирования временной задержки начала передачи после включения сигнала RTS приемопередатчика, которая необходима для установления переходного процесса в линии связи. В начальном состоянии (после воздействия сигнала системного сброса INIT) схема запрещает работу передатчика подачей сигнала высокого уровня с выхода триггера DD7.1 на вход CTS приемопередатчика DD5. При этом запрещается работа счетчиков DD10, DD11 подачей сигнала высокого уровня на входы R с выхода триггера DD7.2 и модулятор / демодулятор переключается в режим приема (выключение несущей). Для включения несущей сигнал RTS должен быть программно установлен в значение логического нуля. При этом разрешается работа счетчиков DD10 и DD11, а также происходит переключение модулятора / демодулятора в режим передачи, и в линию связи начинает поступать сигнал несущей с частотой, определяемой уровнем сигнала TxD. Через 256 периодов сигнала синхронизации приемопередатчика происходит переполнение счетчика DD11, что приводит к переключению триггера DD7.1 в состояние логической единицы. На выходе 6 DD7.1 появляется логический нуль, тем самым разрешая работу передатчика по входу CTS. Таким образом обеспечивается задержка начала передачи для установления несущей в линии связи. По окончании передачи последнего информационного бита на выходе TxEND приемопередатчика устанавливается высокий логический уровень, что приводит к установке триггера DD7.2 в исходное состояние (при условии, что сигнал RTS программно установлен в «1»), запрещению работы передатчика по входу CTS и переключению модулятора / демодулятора в режим приема (выключение несущей).

Модулятор/демодулятор модуля УПСЧ выполнен на микросхеме FX604 (DA4) (возможна замена на микросхему ТСМ3105) и предназначен для преобразования сигналов тональной частоты, поступающих от приемного тракта, в последовательные кодовые посылки RxD, воспринимаемые приемопередатчиком, а также для преобразования выходной последовательности приемопередатчика TxD в частотно-модулированный сигнал для последующей передачи в линию связи. Модулятор/демодулятор в режиме передачи обеспечивает выдачу на передающий тракт (при низком уровне напряжения на выходе 23 (RTS) приемопередатчика DD5) сигнала частотой 1300 Гц при высоком уровне напряжения на выходе 19 (TxD) приемопередатчика и частотой 2100 Гц при низком уровне напряжения на выходе TxD. Переключение режимов приема и передачи производится путем подачи на входы МО и Ml соответствующего кода (см. таблицу 2.8).

Приемный тракт модуля УПСЧ предназначен для усиления и согласования сигналов тональной частоты, поступающих из линии связи LINP. Линейный трансформатор Т1 предназначен для гальванической развязки линии связи с цепями модуля. Входной сигнал ограничивается стабилитронами VD3 и VD4 и затем усиливается элементами DA2.1 и DA2.2. Усиленный сигнал поступает на вход демодулятора. Переключатель S5 предназначен для установки режима четырехпроводного (замкнуты контакты 2 и 3) или двухпроводного (замкнуты контакты 1 и 2) подключения к линии связи. В случае двухпроводного подключения сигналы линии поступают на вход тракта приема через линейный трансформатор Т2 тракта передачи.

Таблица 2.8 - Переключение режимов работы

РежимМ0М1Передача 1200 бит/с10Прием 1200 бит/с01

Тракт передачи модуля УПСЧ предназначен для усиления частотно-модулированного сигнала, поступающего от модулятора, и его согласования с линией связи LOUT. Усиление частотно-модулированного сигнала осуществляется операционным усилителем DA3. Уровень сигнала регулируется многооборотным потенциометром R24 в диапазоне от 0 до -40 дБ. Линейный трансформатор Т2 обеспечивает гальваническую развязку цепей модуля и линии связи.

Усиление частотно - модулированного сигнала осуществляется операционным усилителем ПАЗ. Уровень сигнала регулируется многооборотным потенциометром R24. Пределы регулировки уровня сигнала задаются перемычками S6 - S8 (см. таблицу 2.9). Линейный трансформатор Т2 обеспечивает гальваническую развязку цепей модуля и линии связи.

Таблица 2.9 - Выбор пределов регулировки

S6S7S8Пределы регулировкиКанал ТЧ двухпроводныйХот минус 13 до минус 9 дБКанал ТЧ четырехпроводныйХот минус 26 до минус 20 дБВыделенная линияХХот минус 26 до 0 дБПримечание - Х - перемычка установлена.

По окончании передачи последнего информационного бита на выходе TxEND приемопередатчика устанавливается высокий логический уровень, что приводит к установке триггера DD7.2 в исходное состояние (при условии, что сигнал RTS программно установлен в «1»), запрещению работы передатчика по входу CTS и переключению модулятора / демодулятора в режим приема (выключение несущей). Линейный трансформатор Т1 обеспечивает гальваническую развязку линии связи с цепями модуля. Входной сигнал ограничивается стабилитронами VD3 и VD4 и затем усиливается элементами DA2.1 и DA2.2. Усиленный сигнал поступает на вход демодулятора.

Переключателем S5 устанавливается режим четырехпроводного (замкнуты контакты 2 и 3) или двухпроводного (замкнуты контакты 1 и 2) подключения к линии связи. В случае двухпроводного подключения сигналы линии поступают на вход тракта приема через линейный трансформатор Т2 тракта передачи.

Модуль ВИП

Модуль ВИП предназначен для преобразования напряжения сети 220В в ряд вторичных стабилизированных напряжений, необходимых для питания модулей контроллера. Характеристики модуля приведены в таблице 2.10.

Таблица 2.10 - Характеристики источника питания

Напряжение питания, ВНоминальный ток нагрузки, А+ 53+ 120,8- 120,8Структурная схема модуля ВИП представлена на рисунке 2.11.

Рисунок 2.11 - Структурная схема модуля ВИП

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 +l()-15%. Преобразователь напряжения осуществляет преобразование постоянного выходного напряжения СВ в переменное прямоугольной формы. Гальваническая развязка входной сети с нагрузкой обеспечивается трансформатором Т.

Модуль МОТС

Модуль МОТС работает под управлением модуля ММК, связь с которым осуществляется сигналами системной шины контроллера. Модуль 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 также обеспечивает ввод состояния четырех токовых линий, а также коммутацию четырех выходных линий. Структурная схема модуля приведена на рисунке 2.12.

Формирователи сигналов системной шины (элементы DD1.1 - DD1.4 и DD2.1 - DD2.5) предназначены для согласования нагрузочной способности линий системной шины и внутренних цепей модуля. Двунаправленный шинный формирователь DD8 предназначен для буферизации шины данных DAT0-DAT7. Разрешение работы формирователя осуществляется при поступлении на вход ОЕ низкого уровня сигнала системной шины SMOD (выбор модуля). Направление передачи данных через формирователь устанавливается сигналом на входе Т. Если модуль ММК обращается к модулю с циклом чтения устройства ввода-вывода через системную шину (сигналы SMOD и IORC низкого уровня), то сигналы с входов А0-А7 шинного формирователя поступают на выходы В0-В7. Таким образом внутренняя шина данных подключается к системной шине. В случае обращения модуля ММК с циклом записи сигналы DAT0 - DAT7 с системной шины поступают на внутреннюю шину модуля (выходы А0-А7 микросхемы DD8).

Сигналы системной шины ADRO - ADR3, IORC, IOWC и INIT являются для модуля МОТС входными и их буферизация осуществляется инверторами Dl.l, D2.1, DD2.3, DD2.4, DD2.5, DD1.3 и DD1.4 соответственно. Адресный дешифратор DD3 предназначен для формирования сигналов выборки устройств ввода-вывода, расположенных на модуле МОТС. Входными сигналами дешифратора являются сигналы SMOD, ADR2 и ADR3.

Соответствие выходных сигналов дешифратора состоянию линий ADR2 и ADR3 при низком уровне сигнала SMOD приведено в таблице 2.11.

Таблица 2.11 - Соответствие сигналов дешифратора состоянию линий ADR2 и ADR3

ADR2ADR3B0B1B21101101101

Программируемый параллельный адаптер (ППА) модуля МОТС реализован на БИС КР580ВВ55 (DD4) и позволяет управлять работой двух цифроаналоговых преобразователей левого и правого канала (ЦАПЛ и ЦАПП соответственно), а также производить ввод-вывод информации модулем МОТС через шину данных D0-D7 из двух 4-разрядных портов. Управление работой ЦАПЛ осуществляется через порт «А» адаптера, а управление работой ЦАПП осуществляется через порт «В» адаптера, соответственно порты «А» и «В» работают на вывод.

Ввод дискретной информации производится через разряды РС0-РСЗ порта «С» адаптера, вывод информации производится через разряды РС4-РС7 адаптера. Для защиты входных линий КР580ВВ55 от опасных напряжений со стороны источника информации предназначено устройство гальванической развязки (УТР), состоящее из четырех оптронов (VT1, VT2, VT3 и VT4).

Управляющий регистр (DD5, DD2.6, DD7) предназначен для управления работой устройств выборки-хранения (УВХЛ и УВХП), амплитудных детекторов (АДЛ и АДП), коммутатора аналоговых сигналов КАС и аналого-цифрового преобразователя АЦП. Значения разрядов управляющего слова приведены в таблице 2.12. Сигнал записи в управляющий регистр формируется элементами DD5.1 и DD1.5.

Аналого-цифровой преобразователь DA20 (АЦП) предназначен для преобразования постоянного напряжения в восьмиразрядный код. АЦП преобразует входное напряжение в диапазоне от 0 В до 2,5 В в код соответственно в диапазоне значений от 00h до FFh, время преобразования составляет 0,5 мкс.

Запуск преобразования производится установкой сигнала «логический нуль» на входе DE АЦП, поступающего с выхода инвертора DD7.6 управляющего регистра при записи модулем ММК логической единицы в старший разряд управляющего регистра DD5.

Таблица 2.12 - Значения разрядов управляющего слова

РазрядЗначениеНазначение разрядов00Входной ключ левого амплитудного детектора закрыт1Входной ключ левого амплитудного детектора открыт10Входной ключ правого амплитудного детектора открыт1Входной ключ правого амплитудного детектора закрыт20Ключи разряда емкостей амплитудного детектора открыты1Ключи разряда емкостей амплитудного детектора закрыты30Управление УВХ - хранение1Управление УВХ - выборка4,5,6111Левый канал амплитудного детектора4,5,6011Правый канал амплитудного детектора4,5,6101Левый канал УВКЛ4,5,6001Правый канал УВХП4,5,6110Контроль нуля АЦП4,5,6010Контроль «плюс 5 В» АЦП4,5,6100Контроль «минус 5 В» АЦП4,5,6000Контроль температуры УСДТ70Управление АЦП - хранение данных1Управление АЦП - преобразование

При наличии логического нуля на входе «DE» АЦП периодически производит считывание аналогового сигнала и преобразование его в код. Остановка преобразования и фиксация данных производится установкой модулем ММК сигнала логической единицы на входе «DE» АЦП. Элемент DD5.2 формирует сигнал чтения для БИС АЦП.

Цифро-аналоговые преобразователи ЦАПЛ (DA1, DA4, DA8) и ЦАПП (DA2, DA5, DA9) предназначены для автоматической компенсации постоянной составляющей соответственно левого и правого каналов усиления. В качестве регистров управления используются порты «А» (для ЦАПЛ) и «В» (для ЦАПП) БИС КР580ВВ55 (D4).

Выходной сигнал ЦАПЛ подается на инверсный вход усилителя постоянного тока левого канала (УПТЛ), а выходной сигнал ЦАПП подается на инверсный вход усилителя постоянного тока правого канала (УПТП).

Усилители постоянного тока УПТЛ левого (DA6) и УПТП правого (DA7) каналов предназначены для усиления аналоговых сигналов. УПТЛ и УПТП являются суммирующими усилителями с общим коэффициентом усиления каждого усилителя - десять. В сумматоре УПТЛ (R15, R16) складываются входной тепловой сигнал и напряжение, поступающее с переменного резистора R13 (в УПТП - R14), которым производится ручная компенсация постоянной составляющей предусилителя.

Устройство выборки-хранения УВХЛ левого (DA19) и УВХП правого (DA18) каналов предназначены для запоминания максимальной амплитуды сигнала на период преобразования (хранение) с целью устранения погрешности АЦП, связанной с изменением сигнала. С выхода УВХЛ (УВХП) сигнал подается на вход коммутатора аналоговых сигналов (КАС). Переключение режима выборки или хранения УВХЛ и УВХП производится модулем ММК записью соответствующего значения в разряд 7 управляющего регистра DD5.

Амплитудные детекторы (АДД АДП) предназначены для контроля уровня шумов предусилителей напольных камер. Амплитудные детекторы АДД (АДП), выполненные на операционных усилителях DA13, DA16 левого канала и DA14, DA17 правого канала, запоминают на емкостях С39 (С40) максимальное значение положительной полуволны шумового сигнала. Управление работой АДЛ (АДП) осуществляется аналоговыми ключами DA11. Ключи DA11.1 (DA11.2) обеспечивают привязку «нуля», ключи DA11.3 (DA11.4) обеспечивают разряд емкостей памяти.

Коммутатор аналоговых сигналов предназначен для подключения аналоговых каналов контроля к согласующему усилителю. В качестве коммутатора применяется комбинированная БИС КР590КН6, работающая под управлением управляющего регистра DD5, и позволяющая подключать один из 8 каналов к согласующему усилителю в зависимости от кодовой комбинации, записанной в управляющий регистр. Подключение каналов контроля к согласующему усилителю показано в таблице 2.13.

Согласующий усилитель (DA21) предназначен для преобразования сигналов поступающих с выхода КАС имеющих диапазон изменения от минус 9 до + 9 В во входной сигнал АЦП с диапазоном от 0 до + 2,5 В соответственно. Регулировка нулевого уровня смещения согласующего усилителя производится переменным резистором R47. С выхода усилителя сигнал поступает на вход АЦП (DA20).

Таблица 2.13 - Подключение каналов контроля

Номер каналаНазначение канала1Шумы предусилителя левой напольной камеры2Шумы предусилителя правой напольной камеры3Сигнал левого тракта теплового сигнала4Сигнал правого тракта теплового сигнала5«Нуль» на выходе АЦП6Источник питания «+ 5 В»7Источник питания «- 5 В»8Датчик температуры наружного воздуха

На рисунке 2.13 показан график соответствия выходных кодов АЦП входному напряжению согласующего усилителя.

Рисунок 2.13 - График соответствия выходных кодов АЦП

Усилитель сигнала датчика температуры УСДТ (DA3) предназначен для усиления сигнала термочувствительного элемента, расположенного в датчике температуры.

Термочувствительный элемент имеет следующую зависимость:

(2.1)

где: Т - температура в градусах Кельвина;

Uвых - выходное напряжение элемента, мВ.

УСДТ имеет коэффициент усиления равный 10, что обеспечивает контроль температур в диапазоне от минус 50° С до плюс 50° С с шагом 1 градус на один шаг квантования. С выхода УСДТ сигнал поступает на канал 8 коммутатора аналоговых сигналов.

Модуль МОПД

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:

-управление открытием заслонок напольных камер;

-управление работой контрольных ламп напольных камер;

-управление работой индикатора ориентирного устройства;

-контроль открытия заслонок напольных камер;

-контроль нахождения поезда на участке контроля;

-контроль наличия питания рельсовой цепи ЭП-1.

Структурная схема МОПД представлена на рисунке 2.14.

Модуль МОПД реализован на базе однокристальной микроЭВМ (ОЭВМ), благодаря чему обеспечивается гибкая логика работы устройства. На базе ОЭВМ 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.

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.

Рисунок 2.14 - Структурная схема модуля МОПД

При освобождении поездом рельсовой цепи наложения 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.

Для реализации всех функций МОПД применена микроЭВМ INTEL D8751H (DD4). Для тактирования процессора используется кварцевый резонатор с частотой 12 МГц. МикроЭВМ содержит 4 килобайта внутрикристального ПЗУ, 128 байт - ОЗУ и 4 двунаправленных 8-разрядных порта ввода-вывода. Порт Р0 используется для чтения и записи информации в байтовый обменник. Порт Р1 используется для ввода информации о состоянии датчиков прохода осей (линии Р1.0-Р1.2), о занятости рельсовой цепи наложения (линия Р1.3), о состоянии заслонок правой и левой напольных камер (линии Р1.4, Р1.5 соответственно), и о наличии питания рельсовой цепи наложения (линия Р1.6). Для управления внешними схемами открытия заслонок напольных камер, управления ориентирной лампой, управления лампами контроля в левой и правой напольных камерах используются линии Р1.7, Р3.3, Р3.4, Р3.5 соответственно. Для управления индикаторами отметки вагонов и наличия поезда на участке контроля используются линии Р2.7 и Р2.6.

Изолированный источник питания используется для питания компараторов напряжения датчиков прохода осей. Источник питания состоит из двухтактного преобразователя напряжения, выпрямителя и выходного фильтра. Питание преобразователя осуществляется от напряжения минус 12 В. Фильтр С11, L1, C12 предназначен для подавления импульсных помех в цепях питания, возникающих при работе преобразователя. Транзисторы VT1, VT2 работают по схеме двухтактного генератора на частоте 20 кГц. С выхода преобразователя переменное напряжение поступает на выпрямитель, собранный на диодах VD1-VD4. На выходе выпрямителя получается напряжение ±12 В, которое фильтруется элементами L2, L3, C15, C16, C18, C19.

Компараторы напряжения преобразуют аналоговый сигнал отрицательной полярности, поступающий от датчиков прохода осей, в дискретный сигнал, управляющий ключами гальванической развязки. Все компараторы выполнены по одинаковой схеме. Работа компараторов рассматривается на примере компаратора датчика Д1. Входной фильтр компаратора выполнен на элементах R23, R26, VD9, R29, С4, R32. Диод VD9 ограничивает входной сигнал до уровня 9 В для защиты входа компаратора от перенапряжения. Компаратор напряжения реализован на элементе DA1. В выходную цепь компаратора включен оптрон VU9 для обеспечения гальванической развязки между МОПД и напольным оборудованием. С выхода VU9 сигнал о состоянии датчика Д1 подается на вход ОЭВМ через элемент DD13.2.

Для регулировки порога срабатывания компараторов предназначена схема на элементах DA4, С10, VD12, R41, R42. Элементы R42, VD12, С 10 представляют собой источник опорного напряжения. Регулировка порога осуществляется резистором R42 в пределах от минус 0,3 до минус 7 В.

Для управления внешними схемами открытия заслонок напольных камер, управления индикатором ориентирного устройства, управления лампами контроля в левой и правой напольных камерах используются оптроны VU1-VU4 соответственно. Входы оптронов подключены к линиям портов ОЭВМ через элемент DD5.

Для ввода информации о состоянии заслонок правой и левой напольных камер, занятости рельсовой цепи наложения и наличии питания рельсовой цепи наложения используются оптроны VU5-VU8 соответственно. Входы оптронов подключены к соответствующим линиям портов ОЭВМ.

Протокол обмена с ММК зависит от текущего режима работы ОЭВМ модуля, которая может находится в одном из режимов: автодиагностики либо отметки вагонов.

Режим работы ОЭВМ определяется логическим уровнем на цепи Р13, связанной с формирователем рельсовой цепи наложения (РЦН). При наличии на цепи Р13 уровня логического нуля ОЭВМ находится в режиме автодиагностики, иначе - ОЭВМ переходит в режим отметки вагона.

В режиме автодиагностики инициатором обмена является модуль ММК, который посылает в МОПД команды. Команды могут состоять как из одного, так и из нескольких последовательно передаваемых байт. Первый передаваемый байт определяет тип команды и количество параметров. В ответ на полученную от ММК команду МОПД отвечает последовательностью байтов, содержащих код последовательности и байты состояния.

В режиме отметки вагонов инициатором обмена является МОПД, который посылает в ММК последовательности байтов, каждая из которых содержит команду и данные текущего положения подвижной единицы на участке контроля. Количество байтов в последовательности определяется типом команды.

2.3 Программное обеспечение комплекса

Автоматизированное рабочее место оператора линейного поста контроля (АРМ ЛПК) предназначено для функционирования в составе автоматизированной системы контроля подвижного состава АСК ПС.

Технические и программные средства АРМа ЛПК обеспечивают автоматический прием из системы передачи данных на базе концентраторов информации КИ-6М сообщений аппаратуры контроля подвижного состава, обработка принятой информации и отображение результатов обработки сообщений.

АРМ ЛПК производит сравнение принятых значений тепловых уровней с заданными пороговыми значениями «Тревога-1» и «Тревога-2»; автоматическое вычисление относительного нагрева буксы и сравнение с заданными пороговыми значениями «Отношение», а также включение соответствующей световой и звуковой сигнализации при превышении этих значений.

В функции АРМа ЛПК входит формирование голосового сообщения о пункте контроля, номере вагона, стороне и степени нагрева букс в случаях превышения порогов «Тревога-1» и «Тревога-2», а также в случае срабатывания датчиков подсистемы обнаружения нижнего негабарита.

Информация, поступающая в АРМ ЛПК, сохраняется на магнитном носителе, причем оператору ЛПК доступна информация о проконтролированных поездах за текущие и предшествующие сутки, а также архивные данные за все время работы АРМа.

АРМ ЛПК также обеспечивает автоматический контроль технических средств и каналов связи системы передачи данных с выводом на экран видеомонитора АРМа ЛПК сообщений об отказах.

Интерфейс программы построен на основе концепции Turbo Vision и обладает всеми ее характеристиками (рисунок 2.15).

Экран программы состоит из трех окон. Первое окно - таблица оперативной информации - отображает время прохождения подвижным составом постовой аппаратуры. Во втором окне выводятся сообщения об ошибках и отказах системы. Третье окно служит для отображения результатов контроля подвижного состава в нескольких категориях, а также для управления сетью.

Таблица оперативной информации состоит из трех колонок и обычно размещается в левой половине экрана видеомонитора АРМа ЛПК. В левой колонке перечислены названия станций, подходы к которым оборудованы аппаратурой контроля. Центральная и правая колонки предназначены для отображения поездной информации соответственно с четного и нечетного подходов. Поездная информация появляется в соответствующей ячейке таблицы при поступлении в АРМ ЛПК сообщения от контролируемого пункта (рисунок 2.16).

Рисунок 2.15 - Окно информации о программе

Рисунок 2.16 - Окно «Вагоны»

В окне оперативной информации при заходе поезда на участок отображается время захода. Далее, по мере поступления поездной информации, в соответствующую ячейку таблицы оперативной информации выводится сообщение о типе поезда и информация о наличии ошибок в контрольной программе. Тип поезда, определяемый по числу вагонов, может быть следующим: «локомотив» (1 - 5 вагонов), «электропоезд» (6 - 10 вагонов), «пассажирский» (11 - 22 вагона) и «грузовой» (более 23 вагонов). Также возможно определение поездов без вагонов - такое возможно при настройке аппаратуры на перегоне или при сбое. Тип поезда выводится после прохода последнего вагона.

Оперативная информация выводится с цветовыми атрибутами, которые имеют следующие значения:

) черный - при отсутствии в данном поезде вагонов с перегретыми буксами;

) зеленый - при превышении порогового значения «Контроль»;

) желтый - при превышении порогового значения «Отношение»;

) красный - при превышении порогового значения Тревога-1».

) желтый на красном - при превышении порогового значения «Тревога-2».

При превышении пороговых значений «Тревога-1» и «Тревога-2» включается звуковая сигнализация.

Из окна оперативной информации возможно постовое оборудование переключить в режим регламентных работ, при котором АРМ не воспринимает информацию.

Информация на вагоны с перегретыми буксами выводится в окно «Больные вагоны» в порядке поступления блоков с вагонной информацией. В этом окне выводятся номер «больного» вагона, номер оси в вагоне, тепловые уровни слева и справа, отношение уровня нагрева к среднему по стороне без учета самой горячей оси, а также текущая дата, время и название пункта контроля.

Информация о поезде, в котором имеются вагоны с перегретыми буксами, выводится в окно «Поезда» (рисунок 2.17) после поступления блока с поездной информацией. При этом указываются номер вагона и уровни нагрева слева и справа, а также количество вагонов в составе, время проследования и название станции.

Вся информация на проконтролированные поезда, поступившая в АРМ ЛПК, автоматически записывается в базу данных на магнитный диск ЭВМ и хранится до окончания следующих суток. После окончания текущих суток информация за предыдущие сутки автоматически переписывается в архив.

Оператор ЛПК может просмотреть, дополнить и распечатать информацию на любой проконтролированный поезд, которая хранится в базе данных или архиве.

В режиме просмотра общей информации в окне базы данных выводятся время проследования, дата, графиковый номер, число вагонов и список «больных» вагонов. В случае работы КТСМ-01 в режиме имитации, запись об «искусственном» поезде будет отмечена словом «Имит» в поле графикового номера. Для более подробного просмотра информации, а также ввода и изменения дополнительной информации о поезде и вагонах служат окна «Информация о поезде» и «Карта вагона». В окне «Информация о поезде» (рисунок 2.18) выводится информация о проконтролированном поезде: время и дата проследования, число вагонов, время захода первого вагона на участок контроля, а также значение температуры на участке контроля.

Если в поезде были вагоны с показаниями, то их список появляется в середине окна. В списке указывается порядковый номер вагона и уровни нагрева первых четырех осей.

Рисунок 2.17 - Окно «Поезда»

Для просмотра и редактирования дополнительной информации о «больном» вагоне служит окно «Карта вагона» (рисунок 2.19). В окне «Карта вагона» выводится информация о вагоне, на который были показания. Информация в синих прямоугольных полях можно редактировать. Информация об уровнях нагрева выводится с цветными атрибутами. Информация об уровнях нагрева дополняется значениями отношения, а над порядковым номером выводится тип вагона.

Рисунок 2.18 - Окно «Информация о поезде»

Рисунок 2.19 - Окно «Карта вагона»

Поля «Ремонт» и «Депо» предназначены для информации о дате и месте последнего деповского ремонта вагона.

Поле «t°=» заполняется в случае измерения осмотрщиками температуры корпуса буксы. Поле «Ось» служит для ввода номера оси подлежащей ремонту. Поле «Ремонт / Причина» предоставляет выбор из готового списка, который можно отредактировать. В поле «Отцепка» отмечается факт произведения отцепки вагона, что учитывается при подсчете статистической информации.

АРМ ЛПК позволяет отслеживать поезда на всем протяжении сети контроля. Для этого необходимо заполнить поле графикового номера. В случае необходимости поиск можно осуществить по признаку длины состава.

В режиме просмотра технической информации в окне выводится порядковый номер и контрольная информация, вырабатываемая аппаратурой. В этом сообщении выводятся уровни нагрева осей контрольного вагона при открытых и при закрытых заслонках, режим подключения аппаратуры, контроль работы отметчика вагонов, значение температуры окружающего воздуха на пункте контроля и средние значения нагрева осей всего состава по правой и левой стороне, сообщения о неисправностях КТСМ-01.

Кроме поездной информации в базе данных регистрируются сообщения об отказах пунктов контроля, об отключении пунктов и проведении регламентных работ на установках контроля.

Информация от подсистемы обнаружения нижнего негабарита выводится на экран видеомонитора во всех режимах просмотра. В «Таблице оперативной информации» после прохода вагона с волочащейся деталью выводится время прохода с цветовыми атрибутами, установленными для сообщения «Тревога-2», и включается звуковая сигнализация. В окне «Больные вагоны» информация о волочащихся деталях выводится словом «Волочение!» или сокращенно «Волч.» с цветовыми атрибутами, такими же как при сообщении «Тревога-2». В окне «Поезда» информация о волочащихся деталях выводится словом «Волоч.» после номера вагона, в котором обнаружено волочение. В базе данных в окне «Информация о поезде» информация о признаке волочения выводится словом «Вол.» после номера вагона, в котором обнаружено волочение. В «Карте вагона» информация о признаке волочения выводится словом «Волочение!» ниже номера вагона с красным цветовым атрибутом.

Если ПЭВМ оборудована подсистемой речевого оповещения, то при срабатывании сигнализации программа включает реле на плате релейного вывода и формирует речевые сообщения для машинистов.

В процессе работы АРМ ЛПК производит циклический опрос состояния пунктов контроля с целью проверки работоспособности комплекса технических средств АСК ПС, а также исправности каналов связи. В случае отсутствия информационного обмена между АРМом ЛПК и концентратором информации в левой верхней части экрана видеомонитора выводятся аварийное сообщение: «Нет связи!».

В случае неполучения ответа на диагностический запрос от пункта контроля в окне оперативной информации в соответствующей строке и колонке выводится красным цветом сообщение «Отказ». На мнемосхеме в окне диагностика сети изображение соответствующего пункта контроля окрашивается в красный цвет. В окно «Ошибки системы» выводятся аварийные сообщения при невозможности распознавания источника информации или ее содержания.

Диагностика устройств необходима для просмотра состояния технических средств АСК ПС и каналов связи, а также для тестирования устройств с целью локализации отказов. Диагностика пунктов контроля производится автоматически методом циклического опроса. Для уточнения характера неисправности необходимо или запросить состояние, или просмотреть подробную техническую информацию на последний поезд в базе данных. При необходимости можно провести диагностику концентраторов информации КИ, периферийного контроллера КТСМ, а также выполнить их перезапуск.

.4 Установка комплекса КТСМ

Комплекс КТСМ-01 может устанавливаться как на существующих установках аппаратуры ПОНАБ-3, так и на вновь оборудуемых линейных постах контроля. При монтаже комплекса на вновь оборудуемом линейном посту контроля, место размещения перегонного оборудования, помещение, оборудование электроснабжения, линия связи линейного поста контроля, а также технология выполнения работ должны соответствовать требованиям конструкторской документации и инструкциям по аппаратуре ПОНАБ [10].

Перед установкой комплекса КТСМ-01 необходимо провести подготовку напольного и силового оборудования аппаратуры ПОНАБ-3. Для этого необходимо на существующей установке аппаратуры ПОНАБ-3 произвести демонтаж постового оборудования, а также изменить расположение и схему подключения напольного оборудования. Демонтаж постового оборудования включает в себя демонтаж стойки аппаратуры и стойки передающей. В напольном оборудовании необходимо один из датчиков счета осей (П4) убрать, а другой (П3) перенести на новое место. При этом кабельная муфта КМ также переносится (рисунок 2.20).

При подготовке вновь оборудуемых линейных пунктов контроля необходимо установить напольное оборудование аппаратуры ПОНАБ-3 за исключением датчиков счета осей П3, П4 и кабельной муфты. Датчик счета осей Д1 и кабельная муфта устанавливаются согласно рисунку 2.20. В помещении линейного пункта контроля необходимо установить силовой щит аппаратуры ПОНАБ-3 без установки стойки передающей и стойки аппаратуры.

При монтаже силового щита аппаратуры ПОНАБ-3 необходимо выполнить некоторые изменения в схеме подключения клеммных колодок. Также необходимо выполнить подключение электронной педали ЭП-1. При четырехпроводной схеме подключения педали производится изменение в трехпроводной схеме.

После проведения подготовительных работ необходимо произвести предмонтажную ревизию, заключающуюся в проверке правильности выполнения монтажа напольного оборудования и силового щита, надежности резьбовых соединений на клеммных колодках, состояния разъемных соединителей. При проверке монтажа рекомендуется воспользоваться комбинированным прибором типа Ц-4317.

Монтаж оборудования КТСМ-01 на линейном пункте контроля необходимо производить после установки и монтажа средств автоматизированной системы контроля подвижного состава (АСК ПС) на станции, при этом к каналу связи между станцией и линейным пунктом контроля должен быть подключен концентратор информации КИ-6М системы передачи данных.

Оборудование комплекса КТСМ-01 размещается на силовом щите аппаратуры ПОНАБ-3. Блок БСУ-П устанавливается на место стойки аппаратуры, а контроллер периферийный ПК-02 устанавливается на месте стойки передающей. Пульт технологический ПТ можно установить в любом месте, удобном для обслуживающего персонала с учетом длины соединительных кабелей. Пример расположения оборудования приведен на рисунке 2.21.

С наружной стороны помещения размещается датчик температуры наружного воздуха (ДТНВ). Датчик должен находится на высоте не менее двух метров от земли в месте, наименее подверженном солнечному излучению и влиянию источников тепла. Датчик должен быть защищен кожухом, имеющим естественную вентиляцию и исключающим передачу тепла с корпуса кожуха на датчик.

После проведения монтажа, необходимо выполнить проверку надежности крепления изделий, а также соответствие монтажа схеме электрических соединений.

После этого производится наладка и монтажные испытания. Сперва осуществляется проверка наличия и соответствия нормам основного и резервного электропитания. После этого необходимо провести проверку работоспособности отдельных схем комплекса: аварийного реле силового щита, схемы обогрева помещения, схемы обогрева напольных камер, датчиков счета осей. Для проверки работоспособности схемы обогрева помещения, необходимо установить временную перемычку между контактами датчика ДТНВ, при этом электропечи в помещении должны нагреваться. Проверка работы обогрева напольных камер происходит аналогично.

Для проверки работоспособности и правильности подключения датчиков счета осей необходимо параллельно датчику подключить осциллограф. Поднесением к магниту датчика массивного стального предмета имитируется проход колеса над соответствующим датчиком. При этом при приближении предмета к датчику на осциллографе должен наблюдаться импульс положительной полярности, а при удалении - отрицательной. При обратной полярности необходимо поменять местами провода подключения этого датчика к клеммам кабельной муфты. Данным способом проверяются все три датчика счета осей.

Перед пуском комплекса, необходимо проверить правильность подключения составных частей КТСМ-01, наличие и соответствие всех элементов силового щита схеме. Также проводится проверка исправности составных частей комплекса: пульта технологического, периферийного контроллера, заслонок напольных камер, электронной педали путевых датчиков счета осей. Одновременно производится подключение концентратора информации и автоматизированного рабочего места линейного пункта контроля (АРМ ЛПК) на станции и проверка наличия качественного информационного канала АРМа ЛПК и КИ-6М. На АРМе ЛПК производится настройка программного обеспечения для работы с пускаемым пунктом контроля.

После пуска комплекса КТСМ-01 производится регулирование. На данном этапе выполняется регулировка тепловых трактов и ориентация оптической оси напольных камер. При этом все составные части комплекса должны быть включенными, а рельсовая цепь наложения - свободной.

Следующим шагом является комплексное опробование работы КТСМ-01 и проверка его работы при проходе реального поезда.

Перед вводом комплекса КТСМ-01 в эксплуатацию, производится его обкатка в течение 72 часов, при этом должен производиться контроль работы и параметров всего оборудования и изделий, входящих в состав комплекса.

3. Построение сети передачи данных комплекса АСК ПС

3.1 Определение топологии сети передачи данных

подвижной модернизация букс аппаратура

Система передачи данных в структуре автоматизированной системы диспетчерского контроля и управления на направлении Гомель - Калинковичи должна обеспечивать сбор информации о функциональном и техническом состоянии объектов контроля, а также для передачи команд телеуправления. Основным назначением системы передачи данных в составе оборудования АСК ПС является обеспечение автоматического, достоверного и своевременного информационного обмена между линейными и центральными постами контроля. Технические и программные средства системы передачи данных должны позволять создавать распределенные сети передачи данных на базе существующих каналов и линий связи, в частности ИКМ-120 на участке железной дороги протяженностью 120 км. При этом применение системы передачи данных позволит значительно снизить количество каналов информационной связи в результате использования единой сети для сбора и передачи данных различных диспетчерских служб, обеспечивающих перевозочный процесс.

При построении СПД автоматизированной системы контроля подвижного состава направления Гомель - Калинковичи на базе аппаратуры КТСМ-01 используются концентраторы информации.

Концентраторы информации, соединенные между собой выделенными каналами или линиями связи, предназначены для передачи и маршрутизации по СПД пакетов данных, формируемых и передаваемых оконечным оборудованием данных (ООД). В качестве ООД могут применяться как специализированные программно-аппаратные комплексы (периферийные контроллеры), так и типовые ЭВМ (например, персональные ЭВМ класса IBM PC), содержащие специализированные программные средства для обеспечения информационного взаимодействия с другими ООД через СПД.

Концентратор информации КИ-6М может обслуживать до 6 каналов информационной связи. Два канала, как правило, используются для подключения концентратора к сети передачи данных СПД, остальные 4 канала могут использоваться для подключения периферийных контроллеров.

Сервер СПД, устанавливаемый в отделении дороги, предназначен для централизованного контроля работы средств СПД и каналов связи, управления потоками данных в СПД, а также для маршрутизации данных между СПД и локальной вычислительной сетью (ЛВС) центра диспетчерского контроля и управления.

При организации СПД на базе концентраторов информации возможно построение сети по нескольким топологиям [17]. При построении сети по «ячеистой» топологии применяют радиальную, линейную и другие структуры сети (рисунок 3.1).

Рисунок 3.1 - Варианты структур СПД с «ячеистой» топологией

В СПД с ячеистой топологией концентраторы информации КИ-6М представляют собой узлы сети, соединяются выделенными каналами связи и производят информационный обмен между собой и с подключенными ООД по протоколу «точка-точка».

Ячеистая топология позволяет строить СПД с разнообразной организацией каналов информационной связи. Концентраторы информации в СПД с ячеистой топологией должны соединяться между собой одноименными каналами. Нарушение этого принципа приводит к неправильной работе маршрутизации кадров в СПД. Передача пакетов информации через СПД с «ячеистой» топологией осуществляется по эстафетному принципу, т.е. последовательно от узла к узлу.

Преимуществом ячеистой топологии является ее высокая адаптивность под различные существующие схемы организаций каналов связи, а в случае применения кольцевых структур - высокая устойчивость к отказам отдельных узлов или каналов связи, т.к. информационные потоки автоматически перенаправляются по действующей части СПД.

К преимуществу применения ячеистой топологии относится и то, что ООД-источники и ООД-потребители информации могут быть подключены к любому узлу СПД, т.е. пакеты информации могут передаваться по любой действующей цепочке узлов.

Недостатком ячеистой топологии является необходимость организации двухточечных каналов связи между узлами на линейных участках железной дороги. Наиболее предпочтительным для данной топологии является организация линейных связей между узлами по физической паре магистрального связевого кабеля с обходным каналом связи тональной частоты от границ участка.

Топология СПД типа «шина» ориентирована на линейную структуру участка железной дороги, оборудованного аппаратурой уплотнения, например аппаратурой К-24Т (рисунок 3.2). Передача информационных кадров в СПД с шинной топологией осуществляется в процессе циклического опроса сервером СПД узлов (концентраторов информации) по групповому каналу аппаратуры уплотнения.

Основным недостатком СПД с топологией типа «шина» является то, что отказ группового канала приводит к полному отказу СПД. Для повышения надежности можно организовывать дополнительный групповой канал по независимой системе уплотнения. В нормальном режиме работы сервер СПД производит по каждому групповому каналу опрос половины общего количества узлов, при этом информационная нагрузка равномерно распределяется по обоим каналам, время доставки сообщений минимально. В случае отказа одного из групповых каналов, все узлы, включенные в данную СПД, начинают опрашиваться по действующему каналу, при этом время доставки пакета увеличивается в два раза.

В СПД с топологией типа «шина», в отличие от ячеистой топологии, информационный обмен по групповому каналу осуществляется только между узлом и сервером СПД.

В зависимости от требуемой информационной структуры системы контроля, в составе которой применяется СПД, возможно применение децентрализованной, централизованной или смешанной структуры СПД.

Рисунок 3.2 - Пример структуры СПД с топологией «шина»

Децентрализованная структура может быть создана только при применении СПД с ячеистой топологией. В такой структуре один или несколько локальных АРМов прикладных систем могут быть подключены к любым уздам СЦД и осуществлять информационное взаимодействие с определенными в их конфигурации периферийными контроллерами (ПК).

Пример децентрализованной структуры СПД с локальными АРМами приведен на рисунке 3.3.

В децентрализованной структуре СПД каждый локальный АРМ помимо прикладной задачи должен осуществлять функции управления маршрутизацией и диагностики той части СПД, с узлами которой он взаимодействует.

Централизованная структура требует наличия в составе СПД сервера СПД, который осуществляет помимо функций управления маршрутизацией и диагностики СПД передачу данных между периферийными контроллерами прикладных систем и АРМами, включенными в локальную вычислительную сеть центра в качестве рабочих станций. Пример централизованной структуры СПД с сетевым включением АРМов приведен на рисунке 3.4.

Рисунок 3.3 - Пример децентрализованной структуры СПД

Рисунок 3.4 - Пример централизованной структуры СПД

Сервер СПД в данной структуре осуществляет ввод информации из СПД и ее накопление в базе данных файлового сервера для обеспечения общего доступа к ней со стороны рабочих станций, включенных в данную локальную сеть. При этом в случае организации СПД с ячеистой топологией, в системе возможно наличие локальных АРМов. Количество сетевых АРМов ограничивается только характеристиками локальной вычислительной сети. Если к локальной вычислительной сети центра подключаются фрагменты СПД с различными видами топологий, то каждый такой фрагмент требует отдельного сервера СПД.

Структура СПД, включающая локальную вычислительную сеть, обеспечивает доступ к базам данных со стороны большого количества АРМов, в том числе и удаленных. Доступ к данным в этом случае обеспечивается типовыми покупными аппаратными и программными средствами вычислительных сетей (маршрутизаторами, модемами, коммуникационными программными средствами).

Смешанная структура подразумевает наличие в СПД нескольких серверов СПД и (или) локальных АРМов.

Проектирование структуры и состава СПД является частью этапа проектирования прикладной системы (или нескольких прикладных систем), функционирующей на базе данной СПД.

Проектирование структуры комплекса технических средств СПД для оснащения конкретного участка железной дороги производится на основании требований к информационному обеспечению и к объемно-временным параметрам со стороны прикладных систем, а также наличия и возможностей организации каналов информационной связи,

На основании анализа исходных требований к СПД должна быть составлена следующая проектная документация:

) структурная схема участка СПД с указанием на ней всех концентраторов информации и периферийных контроллеров прикладной системы, серверов СПД и локальных АРМов, а также соединяющих их линий и каналов информационной связи с указанием их характеристик;

) схемы электрические соединений технических средств для каждого пункта, разработанные на основании типовых схем подключения;

СПД автоматизированной системы контроля подвижного состава на участке Гомель - Калинковичи построена по ячеистой топологии с применением централизованной структуры сети. Данная СПД охватывает шесть станций этого участка и подготовлена к включению участков Гомель - Жлобин и Жлобин - Калинковичи. В данной СПД кроме АРМа центрального поста контроля, находящегося в линейно-аппаратном зале ШЧ-9, включены локальные АРМы у дежурных по станции и в отделении дороги. Система передачи данных участка приведена на рисунке 3.5.

.2 Оценка работы сети передачи данных

При включении нескольких периферийных контроллеров концентратор поочередно предоставляет канал связи для информационного обмена каждого контроллера с АРМом. Таким образом, канал связи в данной системе передачи данных представляет собой групповой (многопунктовый) канал с устройствами сопряжения. Для оценки работы системы передачи информации оценим работу концентраторов информации.

Концентратор информации, обслуживающий определенное количество периферийных контроллеров и предоставляющий им поочередно групповой канал связи (рисунок 3.6) представляет собой систему массового обслуживания с ожиданием. Концентратору информации время от времени предоставляют запрос на информационный обмен конечное число подключенных периферийных контроллеров. Через некоторое время после информационного обмена каждый контроллер вновь предъявляет запрос на информационный обмен. Таким образом, данная система представляет собой замкнутую систему массового обслуживания.

Рисунок 3.6 - Модель системы массового обслуживания

Для оценки качества работы системы передачи информации автоматизированной системы контроля подвижного состава, определим критерии эффективности работы концентраторов информации, входящих в данную систему передачи информации.

При оценке критериев эффективности функционирования концентраторов предположим для упрощения расчетов, что поток заявок от периферийных контроллеров на предоставление информационного обмена представляет собой простейший поток с параметром l, а время обслуживания распределено по показательному закону с параметром m.

Временем обслуживания заявки будет являться время, затраченное на информационный обмен между контроллером и АРМом. Периферийный контроллер формирует пакеты информации при заходе и освобождении поездом участка контроля, при обнаружении перегретой буксы в вагоне, а также при запросе с АРМа текущего состояния и результатов самодиагностики.

При заходе поезда на участок контроля периферийный контроллер формирует пакет информации, содержащий номер поезда, время захода поезда на участок контроля, а также диагностическую информацию. При обнаружении перегретой буксы в вагоне в пакете информации содержится номер поезда, номер вагона, сумма осей в данном вагоне и тепловой уровень на каждую буксу вагона. После освобождения поездом участка контроля в линию передается пакет информации, содержащий номер поезда, количество вагонов в поезде, число вагонов, содержащих перегретые буксы, число локомотивов в поезде, минимальную скорость прохождения поездом участка контроля, средние тепловые уровни по каждой стороне поезда, время окончания контроля и суммарное число осей в поезде. Суммарный объем информации, предназначенной для передачи в каждом пакете, примем равным 11 байтам или 88 битам. С учетом применения помехозащищенного кодирования и дополнительной служебной информации пусть длина пакета составляет 168 бит. Время, затраченное на передачу такого пакета со скоростью 1200 бит/с, составит 0,14 секунд. С учетом возможности повторной передачи пакета и времени на запрос повторной передачи пусть время информационного обмена составит tsr = 0,3 секунды.

Среднее время между поступлением заявок на обслуживание для упрощения расчета примем равным времени контроля одного вагона поезда, движущегося со скоростью v = 80 км/ч (22,2 м/с). При длине вагона lв = 14 метр среднее время поступления заявок составит сек.

Принятые значения среднего времени передачи информации и среднего времени между заявками на информационный обмен выбраны для момента прохождения поезда по участку контроля и не учитывают простоя аппаратуры обнаружения перегретых букс во время отсутствия поезда.

Тогда параметр потока требований на обслуживание , а параметр времени обслуживания .

Все возможные состояния системы замкнутой системы массового обслуживания выражаются системой дифференциальных уравнений, приведенных в [18, система 3.2.1]. Решая данную систему, можно получить критерии эффективности системы массового обслуживания [18, 19].

Вероятность того, что все приборы свободны от обслуживания:

где m - наибольшее число требований в системе;

n - число приборов в системе обслуживания;

a - параметр, равный .

Вероятность того, что в системе находится k требований, из них n обслуживаются, а (k - n) ожидают обслуживания:

Среднее число требований, ожидающих начала обслуживания:

Определим данные критерии для концентраторов информации в системе передачи сообщений, в которых могут возникать очереди на обслуживание.

В данном случае число обслуживающих устройств в системе массового обслуживания n = 1 и формулы (3.1) - (3.3) примут вид:

Рассмотрим упрощенную схему построения системы передачи данных (рисунок 3.7) Концентраторы информации, установленные на станциях Василевичи, Речица и Центролит можно рассматривать как систему массового обслуживания соответственно трех, четырех и двух потоков заявок.

Рисунок 3.7 - Упрощенная схема включения концентраторов

Определим критерии функционирования концентратора, установленного на станции Василевичи по формулам (3.4) - (3.6).

Вероятность того, что концентратор информации свободен от обслуживания:

Вероятность нахождения в системе одного требования:

Вероятность нахождения в системе двух требований:

Вероятность нахождения в системе трех требований:

Среднее число требований, ожидающих начала обслуживания:

Оценим среднее время задержки передачи пакета информации:

секунд.

Таким образом, для данного концентратора информации наиболее вероятен случай, когда обслуживается одна заявка на информационный обмен и длина очереди равна нулю.

Аналогичным способом произведем расчет для концентраторов информации, установленных на станциях Речица и Центролит. Расчет произведем при помощи программы MathCad 7.0 (приложение Б). Полученные данные сведем в таблицу 3.1.

Таблица 3.1 - Характеристики работы концентраторов.

Станция ПараметрЦентролитВасилевичиРечицаШЧВероятность того, что концентратор свободен от обслуживания0,4160,2250,1062,681×10-4Вероятность нахождения в системе одного требования0,3960,3220,2021,149×10-3Вероятность нахождения в системе двух требований0,1890,3070,2884,376×10-3Вероятность нахождения в системе трех требований-0,1460,2740,015Вероятность нахождения в системе четырех требований--0,1310,042Вероятность нахождения в системе пяти требований---0,099Вероятность нахождения в системе шести требований---0,189Вероятность нахождения в системе семи требований---0,27Вероятность нахождения в системе восьми требований---0,257Вероятность нахождения в системе девяти требований---0,122Среднее число требований, ожидающих начала обслуживания0,1890,5991,2285,901Оценка время задержки передачи пакета, сек.0,0570,180,3681,77

Концентратор информации, установленный на ШЧ, обслуживает заявки от трех концентраторов, причем поток заявок с каждого концентратора различен. Для проведения оценки работы этого концентратора и для упрощения расчета будем считать, что он обслуживает все девять периферийных контроллеров напрямую, т.е. m = 9. Результаты расчета для концентратора ШЧ также сведем в таблицу 3.1.

Зная зависимость среднего времени задержки передачи от количества контроллеров в системе можно оценить возможности наращивания системы путем подключения дополнительных пунктов контроля задаваясь допустимым временем задержки информации.

График зависимости среднего времени задержки передачи пакета приведен в приложении Б.

Таким образом, для автоматизированной системы контроля подвижного состава участка Гомель - Калинковичи оценка времени задержки передачи информации составляет около двух секунд для момента, когда на каждом пункте контроля находится поезд. Данная оценка позволяет сделать вывод о том, что в данной системе возможно подключение дополнительных пунктов контроля, увеличение объема передаваемой информации, и, следовательно, числа контролируемых объектов.

4. Разработка аттестационно-обучающей программы по системам контроля подвижного состава

Проверка знаний является одним из важнейших этапов процесса обучения. Как показывает мировая практика, наиболее объективной проверкой знаний является тест по изученному материалу. В настоящее время самым эффективным вариантом проведения тестов является компьютерное тестирование. Проведение тестов на компьютере предоставляет ощутимые удобства как тестируемым лицам, так и преподавателям. Компьютерные тесты предоставляют такие возможности, как: автоматическая проверка результатов теста, оперативное изменение содержания теста по мере ответов на вопросы, дифференцированный подход к каждому тестируемому, ограничение доступа к результатам тестирования с помощью системы паролей и многое другое.

Для реализации таких возможностей подходит объектно-ориентированная визуальная среда программирования Borland C++ Builder. Эта среда имеет все инструменты для создания удобного в пользовании и интуитивного программного обеспечения с возможностями решения различных задач, а также обеспечивает удобный и гибкий пользовательский интерфейс.

Основу аттестационно-обучающей программы составляют две базы данных и обработчик. Первая база данных содержит в себе вопросы тестов, их темы, ответы и дополнительную информацию о каждом вопросе. Во второй базе данных хранятся сведения о тестируемых: имя, количество набранных баллов и некоторые другие. Основная программа состоит из нескольких окон-форм.

Первая форма содержит в себе главное меню, логотип и краткие сведения о программе. Из этой формы можно начать или продолжить проверку знаний, просмотреть базу вопросов и правильных ответов на них, а также ознакомиться с информацией о тестирующихся. Некоторые действия, такие как просмотр базы вопросов, защищены от несанкционированного доступа паролем. Пароль в кодированном виде хранится в отдельном файле-пропуске. Без такого файла просмотр защищенной информации также невозможен.

Вторая форма программы предназначена для просмотра базы данных вопросов и ответов на них. Основная функция данной формы заключается в выяснении правильных ответов на интересующие вопросы теста. Нужный вопрос можно найти как путем ввода его порядкового номера, так и поиском по ключевому слову. Также существует возможность последовательного просмотра всех вопросов. Вся форма разбита на части для облегчения визуального восприятия информации: тема, название и номер вопроса, варианты ответов отделены друг от друга.

Третья форма содержит в себе основной код проекта - осуществление тестирования. Перед входом в режим проверки знаний программа выдает запрос о фамилии и имени тестируемого. Если тест проходит новый пользователь, то он будет занесен в базу данных и тестирование начнется с первого вопроса. При наличии в базе данных информации о пользователе, тестирование начнется с вопроса, на котором тестируемый остановился в момент последнего проведения теста. Оформление данной формы подобно форме просмотра базы данных.

При тестировании на вопросы можно отвечать только последовательно, один за одним. После ответа на последний вопрос выставляется оценка за тест и тестируемый получает информацию о литературе, которую следует изучить для улучшения результатов.

В аттестационно-обучающей программе используются базы данных типа Paradox. Для их создания использовался инструмент Database Desktop среды Borland C++ Builder. Базы данных типа Paradox имеют некоторые особенности по сравнению с базами других типов. Так, например, в базах данных типа Paradox увеличено количество типов полей, что дает возможность хранения в них данных нестандартных типов, например графику.

Первая база данных - test - хранит вопросы и ответы тестов. Структура базы данных приведена в таблице 4.1. Вторая база данных - stud - содержит информацию о тестируемых и хранит их данные и некоторую информацию, необходимую для работы системы с конкретным пользователем. Структура базы данных приведена в таблице 4.2.

Информация в базе stud записывается и обновляется в процессе работы с программой по результатам ответа на вопросы.

Для каждого обучаемого в базе данных stud отводится отдельная запись. В процессе теста значения полей «Last_q», «C», и «Nc» все время корректируются. Если пользователь ответил на все вопросы теста, значение поля «Last_q» становится равным единице, и при следующем входе в режим тестирования проверка начинается с первого вопроса. Значение поля «Last_q» используется системой при входе в режим тестирования пользователя, не ответившего на все вопросы теста. В этом случае проверка начинается с вопроса, номер которого берется из этого поля.

Поля «С» и «Nc» содержат информацию, необходимую для подсчета результатов теста и выставления оценки.

Возможность корректировать записи этой базы данных существует только в случае ввода правильного пароля.

Таблица 4.1 - Структура базы данных вопросов Test

Имя поляТип поляОписаниеThemeAlphaТема вопросаQuestAlphaТекст вопросаTip_OtvNumberТип ответа на вопросLt1..Lt6AlphaВарианты ответовLg1..Lg6GraphicВарианты ответовPt1..Pt9AlphaВарианты ответовPg1..Pg6GraphicВарианты ответовCl1..Cl6NumberПравильные ответыCr1..Cr9NumberПравильные ответыL_QuantNumberКоличество ответов во второй зонеR_QuantNumberКоличество ответов в третей зоне

Таблица 4.2 - Структура базы данных Stud

Имя поляТип поляОписаниеSurnameAlphaФамилияNameAlphaИмяLast_QNumberНомер вопроса, во время ответа на который процесс тестирования был прерванCNumberКоличество полностью правильных ответовNcNumberКоличество частично правильных ответов

Поле типа Alpha содержит строки, состоящие из букв, цифр, специальных символов типа «%», «&», «#» или «=», и других выводимых ASCII-символов.

Поле Number должно содержать только цифры, положительные или отрицательные. Они могут лежать в пределах от минус 10307 до 10308 с пятнадцатью значащими цифрами.

Поле типа Graphic содержит графические данные. В ячейке данного типа могут храниться графические файлы формата BMP. Однако при работе с Database Dasktop в поля такого типа можно вставлять файлы форматов PCX, TIF, GIF, EPS.

В базе данных вопросов все тесты отсортированы по темам. Название и текст вопроса записываются в поля «Theme» и «Quest» соответственно. Поле «Tip_Otv» содержит код типа ответа. Коды типов ответа приведены в таблице 4.3.

При выборе текстового ответа максимальное количество вариантов равняется шести. В этом случае варианты ответов заносятся в поля Lt1..Lt6. Указатели на правильные ответы должны находится в поля с именами Cl1..Cl6.

При выборе графического ответа максимальное количество вариантов также равняется шести. Они записываются в поля с именами Lg1..Lg6.

При сопоставлении текстовых ответов и текстовых ответов с графическими варианты ответов для второй зоны записываются в поля Lt1..Lt6 и Lg1..Lg6, для третей зоны - в поля Pt1..Pt9 и Pg1..Pg9. При таком типе ответов в полях Cl1..Cl6 находятся указатели на правильные варианты.

Таблица 4.3 - Соответствие кодов поля «Tip_Otv» типам ответа

Код поляТип ответа1Выбор текстового варианта2Выбор графического варианта3Сопоставление текст - текст4Сопоставление текст - графика

Среда C++ Builder значительно облегчает работу программиста в плане вывода на экран графической информации, создавая по мере составления программы участки кода, содержащие необходимые для этого команды. Задачей же программиста является написать обработку некоторых событий, таких как: нажатий клавиш, передвижения мыши, истечения времени таймера и других.

Основными алгоритмами в данной программе являются:

-инициализация значений меток - labels() - на форме тестирования и на форме просмотра базы данных;

-вывод вопроса - viv_vopr() - на формах тестирования и просмотра базы данных;

обработка нажатия клавиши «Принять ответ» на форме тестирования - BitBtn1Click (Tobject *Sender);

идентификация номера ответа, который был перенесен с помощью мыши при ответе на вопрос с сопоставлением - Label12EndDrag (Tobject *Sender, Tobject *Target, int X, int Y) - при тестировании;

установка режима принятия перетаскиваемых объектов StaticText1DragOver (Tobject *Sender, Tobject *Source, int X, int Y, TdragState State, bool &Accept);

-обработка нажатия клавиши мыши по одному из вариантов при ответе на вопрос с выбором одного из ответов - StaticText1Click (Tobject *Sender);

проверка наличия файла-пароля FormActivate (Tobject *Sender);

-обработка нажатия клавиши «Принять» на форме «Защита» - Button1Click (Tobject *Sender);

обработка нажатия клавиши «Приступить к тесту» на форме «Идентификация» - BitBtn1Click (Tobject * Sender).

В функцию Labels() вынесена обработка свойств всех меток, содержащих текст ответов на форме просмотра базы данных. В зависимости от количества ответов во второй и третей формах зоны число меток меняется. Для этого используется свойство Visible визуального компонента. Для видимых меток это свойство, соответственно, имеет значение «true», для невидимых - «false».

В этой же функции свойству Caption всех меток присваивается значение из базы данных. Этим значением является текст вариантов ответов, который пользователь видит перед собой на экране. В зависимости от типа вопроса значения считываются из разных полей базы данных.

Аналогичным образом, используя основные конструкции среды Borland C++ Builder, строятся и остальные функции программы.

Заключение

В процессе выполнения настоящего дипломного проекта была разработана структура автоматизированной системы контроля подвижного состава на основе комплекса технических средств для модернизации аппаратуры ПОНАБ-3 для участка железной дороги Гомель - Калинковичи.

При разработке структуры сети передачи данных для автоматической системы контроля была произведена оценка времени задержки информационного обмена между постовым оборудованием и аппаратурой АРМа.

Специальная часть проекта посвящена разработке аттестационно-обучающей программы по системам ДИСК, ПОНАБ, КТСМ.

В дипломном проекте также были рассмотрены вопросы расчета защитного заземления для постового оборудования аппаратуры контроля.

Экономический расчет показал, что внедрение аппаратуры КТСМ в значительной мере более выгодно, чем замена существующих установок аппаратуры ПОНАБ-3 на комплекс ДИСК.

Литература

1.Лозинский С.Н., Алексеев А.Г., Карпенко П.Н. Аппаратура автоматического обнаружения перегретых букс в поездах - М.: «Транспорт», 1978.

2.Трестман Е.Е., Лозинский С.Н., Образцов В.Л. Автоматизация контроля буксовых узлов в поездах. М.: «Транспорт», 1983.

.Системы железнодорожной автоматики и телемеханики. Под ред. Кравцова Ю.А.М.: «Транспорт», 1996.

.Алексеев А.Г., Лозинский С.Н. Аппаратура обнаружения перегретых букс ПОНАБ-3 - «Автоматика, телемеханика и связь на железнодорожном транспорте», 1974, №10, с. 5 - 8.

.Козелкин В.В., Усольцев И.Ф. Основы инфракрасной техники. М.: «Машиностроение». 1974.

6.Микропроцессоры и микропрцессорные комплекты интегральных микросхем: Справочник. В 2 т. / Под редакцией Шахнова В.А. - М.: «Радио и связь», 1988.

7.Богданович М.И., Грель И.Н., Прохоренко В.А., Шалимо В.В.: Цифровые интегральные микросхемы: Справочник - Мн.: «Беларусь», 1991

8.Булычев А.Л., Галкин В.И., Прохоренко В.А.: Аналоговые интегральные микросхемы: Справочник - Мн: «Беларусь», 1993. - 382 с.

.Методические указания по оценке состояния устройств ПОНАБ, ДИСК и их элементов. РД РБ БЧ 19.061.99. Мн.: БЖД, 1999.

.Инструкция по размещению, установке и эксплуатации средств автоматического контроля технического состояния подвижного состава на ходу. РД РБ БЧ 19.025.97. Мн.: БЖД, 1997.

.Комплекс технических средств для модернизации аппаратуры ПОНАБ-3. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. ИН7.400.000 ТО.

.Комплекс технических средств для модернизации аппаратуры ПОНАБ-3. Инструкция по монтажу, пуску, регулированию и обкатке на месте применения. ИН7.400.000 ИМ.

.Контроллер периферийный ПК-02. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. ИН7.140.000 ТО.

.Пульт технологический ПТ-03. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. ИН7.315.000 ТО.

.Блок сопряжения и управления БСУ-П. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. ИН7.320.000 ТО.

.Концентратор информации КИ-6М. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. ИН7.100.000 ТО.

.Шварцман В.О., Емельянов Г.А. Теория передачи дискретной информации. М.: «Связь», 1979.

.Новиков О.А., Петухов С.И. Прикладные вопросы теории массового обслуживания. М.: «Советское радио», 1969.

.Хугаев К.Д. Элементы теории массового обслуживания. Учебное пособие. Ленинград: 1973.

.Сети, узлы связи и распределение информации с использованием ЭВМ. Сборник научных трудов институтов связи. Ленинград: 1986.

.Средства защиты в машиностроении. Справочник. М.: «Машиностроение», 1989.

.Анисимов Н.К. Технико-экономические обоснования при проектировании средств и сооружений связи. Учебное пособие. Л.: ЛИИЖТ, 1970.

Введение За более чем 150-летний период своего существования железнодорожный транспорт нашей страны превратился в важнейшую отрасль народного хозяйства.

Больше работ по теме: