Курсовая работа: Мехатронная система обеспечения заданной скорости электровоза на различных участках пути
- блок резисторов БР1, предназначенный для подогрева аппаратуры при работе в условиях низких температур.
2.4.2 В состав МПК1 (МПК2) входят следующие функциональные узлы:
- ячейка микропроцессорного контроллера МКЗ, предназначенная для программной обработки информации, управления приемом-выдачей сигналов обмена с элементами ввода-вывода, ввода информации о состоянии частотных датчиков, выдачи импульсных команд фазового управления тиристорами ВИП и ВУВ, а также управления потоками информации между контроллерами шкафа МСУД и пультами машиниста;
- ячейка преобразователей уровней ПУ1.2, предназначенная для гальванической развязки и согласования уровней сигналов цепей шкафа МСУД с цепями ячейки МКЗ;
- ячейка аналого-цифрового преобразователя АЦ2, предназначенная для интегрирующего преобразования аналоговых сигналов в параллельный 16-разрядный код;
- ячейка ввода дискретных сигналов ДИЗ;
- ячейка ввода аналоговых сигналов и фазовой синхронизации ВФС, предназначенная для формирования по потенциальным условиям начальных углов α0, α0зад, α0ср и γр, а также для формирования сигнала синхронизации процедур ввода/вывода и обработки информации микропроцессорным контроллером;
- две ячейки вывода дискретных сигналов УДЗ;
- ячейка ВФЗ, предназначенная для формирования сигналов γmax, Uси, Uсл1 и Uсл2, необходимых для работы ячейки ВФС;
- ячейка выходных усилителей УВЗ, предназначенная для усиления импульсов управления ВИП;
- ячейка выходных усилителей УВ4, предназначенная для усиления импульсов управления ВУВ;
- ячейка питания СН4, предназначенная для преобразования напряжения бортсети 50 В постоянного тока в напряжения +5 В и +30 В питания узлов аппаратуры и в напряжения +15 В и минус 15 В питания датчиков тока, а также для управления подогревом аппаратуры при работе в условиях низких температур;
- блок резисторов БР2.
2.4.3 Устройство и состав ячеек шкафа МСУД 1.4
аналогично шкафу МСУД 1.2 за исключением установки двух ячеек ПУ2.1, ПУ2.2 вместо ячеек ПУ1.1 и ПУ1.2.
2.5 Ячейки шкафа МСУД
2.5.1 Ячейка микропроцессорного контроллера МКЗ
предназначена для программной обработки информации, управления приемом-выдачей сигналов обмена с элементами ввода-вывода, аналого-цифрового преобразования в соответствии с программами, записанными в ПЗУ, а также для ввода информации о состоянии частотных датчиков и выдачи импульсных команд фазового управления тиристорами ВИП и ВУВ. Внешний вид ячейки МК3 представлен на рисунке 2.4.
Ячейка состоит из следующих функциональных узлов:
- процессорная плата 6010 (6020) на помехоустойчивой КМОП-структуре;
- узел буферизации системной шины;
- узел дешифратор адреса;
- узел измерителя скорости;
- входной буфер сигналов от датчиков скорости;
- формирователи сигналов управления ВИП и ВУВ;
- узлы буферизации сигналов управления ВУВ и ВИП:
- узлы буферизации локальной шины данных и локальной шины управления ячейки УДЗ;
- узел индикации;
- узел формирования сигнала «отказ процессора».
Рисунок 3 – Внешний вид ячейки МК3.
Плата 6010 (рисунок 2.5) предназначена для программной обработки информации и содержит:
- процессор 386SХ, 25 МГц фирмы Intel;
- встроенную операционную систему DOS в ПЗУ;
- Phoenix BIOS с расширениями;
- флэш-ПЗУ объемом 1 Мбайт с файловой системой;
- статическое ОЗУ объемом 128 к
байт, обеспечивающее энергонезависимую память с неограниченными циклами считывания и записи;
- динамическое ОЗУ 4 Мбайт;
- два порта последовательной связи СОМ1 (RS-232) м СОМ2 (RS-232);
- универсальный параллельный порт LPT1;
- сторожевой таймер;
- программу самодиагностики ПЗУ.
Рисунок 2.5 – Внешний вид платы Octagon Systems 6010
Последовательные порты СОМ1 и СОМ2 совместимы с 8250. Программируемая скорость передачи информации в бодах составляет от 150 до 115К бод. Оба порта имеют интерфейс RS-232.Узел буферизации системной шины обеспечивает усиление и обмен сигналами, формируемыми ячейкой, с системными ресурсами. Дешифратор адреса осуществляет формирование сигналов ВЫБОР1 ВЫБОР4, обеспечивающих подключение устройств ячейки МКЗ к шине данных DВ0...DВ7, а также формирование сигналов записи W1 . W5 и чтения R1…R5 локальной шины управления ячейкой УДЗ.Измеритель скорости предназначен для ввода информации от датчиков скорости, поступающей от ячейки ПУ1.2, а также для определения направления движения локомотива. Формирователи сигналов управления ВИП и ВУВ предназначены для выдачи импульсных команд управления силовыми тиристорными узлами электровоза в соответствии с программой, заложенной в ПЗУ платы 6010.
Узел индикации предназначен для отображения информации о режиме работы программного обеспечения на 7-ми сегментном индикаторе, находящемся на лицевой панели ячейки. Узел управляется сигналами LED1 ...LEDЗ от параллельного порта платы 6010.
Узел формирования сигнала «отказ процессора» предназначен для формирования импульсов, обеспечивающих включение сигнализации отказа микропроцессорного комплекта на блоке индикации аппаратуры МСУД
2.5.2 Ячейка МК3.1
отличается от ячейки МКЗ наличием платы расширения 5555. Плата имеет четыре последовательных порта СОМ4 - СОМ7 RS-232), совместимых с UART 16С55О.
2.5.3 Ячейка ПУ1
предназначена для гальванической развязки и согласования уровней сигналов цепей шкафа МСУД с цепями ячейки МКЗ. Ячейка состоит из следующих функциональных узлов:
- узел гальванической развязки сигналов от датчиков скорости;
- преобразователь интерфейса основного канала связи;
- преобразователь интерфейса резервного канала связи;
- узел связи с ПКБ;
- узел связи с САУТ;
- узел определения направления движения;
- узел контроля включения подогрева;
- скоростной канал связи между микропроцессорными комплектами;
- усилитель сигнала «отказ процессора»;
- гальванически развязанный источник напряжения для питания ПКБ.
Узел гальванической развязки предназначен для защиты и согласования сигналов от датчиков скорости с элементами ячейки МКЗ. Преобразователи интерфейсов RS-232 в RS-485 для основного и резервного канала связи служат для обмена информацией между блоком индикации, устанавливаемым в кабине машиниста и ячейкой МКЗ. В резервном канале связи имеется схема выдачи сигналов в канал отладки, которая обеспечивает соединение процессорной платы ячейки МКЗ с персональным компьютером для обновления и отладки программного обеспечения.
Узел связи с ПКБ передает сигналы интерфейса RS-232 от ячейки МКЗ через канал связи «токовая петля» в энергонезависимый накопитель ЭН. Узел связи с САУТ служит для обмена информацией через канал «токовая петля» между процессорной платой ячейки МКЗ и системой автоматического управления торможением локомотива. Узел контроля включения подогрева предназначен для преобразования напряжения питания цепей подогрева с уровнем 50 В в напряжение параллельного порта процессорной платы ячейки МКЗ с уровнем 5 В для контроля включения цепей подогрева.
Скоростной канал связи между микропроцессорными комплектами предназначен для оперативного обмена информацией между МПК и ЦМК в случае возникновения аварийных ситуаций. Усилитель сигнала «отказ процессора» предназначен для гальванической развязки и усиления сигнала «отказ», формируемого ячейкой МКЗ.
Гальванически развязанный источник 5-ти вольтового напряжения предназначен для питания накопителя ПКБ.
2.5.4 Ячейка ГТУ1.1
устанавливается в ЦМК и отличается от ПУ1 отсутствием узла гальванической развязки отдатчиков скорости и узла определения направления движения.
2.5.5 Ячейка ПУ1.2
устанавливается в МПК и отличается от ПУ1 отсутствием узлов связи с ПКБ и САУТ, узла контроля включения подогрева, а также источника напряжения для питания ПКБ.
2.5.6 Ее устройство
аналогично ячейке ПУI за исключением того, что в качестве преобразователя интерфейса основного канала связи в ней применен интерфейс многоабонентской «токовой петли».
2.5.7 Ячейка ввода дискретных сигналов ДИЗ
предназначена для побайтного ввода информации в микропроцессорный контроллер. Ячейка обеспечивает ввод 24 дискретных сигналов (3 байта). При этом наличию входного сигнала соответствует подача +50 В на входной контакт элемента. Внешний вид ячейки ДИ3 представлена на рисунок 2.
Рисунок 2.6 – Внешний вид ячейки ДИ3
Ячейка состоит из следующих узлов:
- дешифратор адреса;
- узел развязки входных цепей;
- входной узел, предназначенный для увеличения токовой нагрузки на контакты разъемов входных цепей;
- RС-фильтр;
- усилитель строба записи информации;
- регистр памяти входной информации;
- шинные формирователи для связи с шиной данных;
- узел потенциальной развязки;
- узел диагностики.
Выбор ячейки, выбор канала и считывание информации осуществляется подачей соответствующих внешних сигналов SАО, SА1, SА4 - SА9, АЕМ на входы дешифратора адреса.
Адрес ячейки формируется подключением цепей АВР4 - АВР9 к шине 0 В шкафа. При совпадении адреса формируется сигнал выбора ячейки и выходы регистра памяти входной информации через шинные формирователи подключаются к шине данных.
Занесение информации с входов ячейки в регистр происходит по сигналу, выдаваемому усилителем строба записи входной информации через 5 мс после прохождения сигнала СИ, отмечающего начало полупериода напряжения контактной сети. При этом, сигналы с входов через входные узлы. RС-фильтры и узлы потенциальной развязки поступают на входы регистра. Во входных цепях ячейки также имеется узел развязки входных цепей, предназначенный для предотвращения влияния каналов друг на друга. В ячейке, кроме того, имеется узел диагностики, предназначенный для программного определения работоспособности каналов путем подачи на их входы напряжения +50 В.
2.5.8 Ячейка вывода дискретных сигналов УДЗ
предназначена для выдачи управляющих воздействий на дискретные исполнительные механизмы.
Ячейка состоит из следующих функциональных узлов:
- входной и выходной шинные формирователи;
- узел формирования сигнала сброса;
- узел формирования сигналов выбора;
- регистр хранения состояния выходов;
- узел гальванической развязки;
- выходные усилители.
-узел контроля состояния выходов.
Занесение информации в ячейку осуществляется путем записи в регистр состояния выходов, поступающих с шины данных через входной шинный формирователь. Сохранение информации в регистре происходит при подаче сигнала выбора от схемы генерации сигналов выбора, формирующегося в зависимости от сигналов локальной шины управления ячейкой W1...W5, R1...R5, ВЕN и сигналов, определяющих место ячейки в шкафу N1...NЗ. С выходов регистра сигналы через узел гальванической развязки и выходной усилитель подаются на выходы ячейки и схему контроля, благодаря которой существует возможность считывания состояния выходов через выходной шинный формирователь.
2.5.9 Ячейка аналого-цифрового преобразователя АЦ2
предназначена для преобразования аналоговых сигналов датчиков контролируемых параметров электровоза в двоичный цифровой код. В основу принципа действия ячейки положено интегрирование входного напряжения в течение задаваемого интервала времени 10 мс. Ячейка имеет 16 входных каналов аналоговых сигналов. Нормализация входных сигналов осуществляется входными усилителями с делителями напряжения.
Нормализованные входные аналоговые сигналы преобразуются аналоговым мультиплексором в последовательность импульсов, поступающих через согласующий усилитель на вход 12-ти разрядного АЦП. Управление АЦП и математические операции по интегрированию входных сигналов осуществляются микропроцессором в соответствии с программой, записанной в ПЗУ. Связь АЦП с микропроцессором осуществляется через согласующие элементы. Логические операции производятся программируемой логической матрицей (ПЛМ). Интервал интегрирования задается синхроимпульсами СУ, поступающими с ячейки ВФС. Начало интегрирования производится по фронту импульса СУ начала интервала. Окончание интегрирования производится по фронту второго импульса СУ, фиксирующего окончание интервала.
Коды, соответствующие средним значениям входных аналоговых сигналов, записываются в микропроцессоре и передаются во внешнюю цепь по сигналу ЮК. системной шины. Схема ячейки позволяет производить ограничение интервала интегрирования подачей сигнала "Строб" от ячейки МКЗ. Для синхронизации работы микропроцессора в схеме ячейки используется внешний сигнал Ft частотой 25,6 кГц, поступающий из ячейки
ВФС.
Выбор ячейки, выбор канала и считывание информации осуществляется подачей соответствующих внешних сигналов SА0 — SА9, АЕN на входы программируемой матрицы через шинный преобразователь.
Адрес ячейки формируется подключением соответствующих цепей АВР4 - АВР9 к шине 0 В шкафа.
2.5.10 Ячейка ввода аналоговых сигналов и фазовой синхронизации ВФС
предназначена для формирования по потенциальным условиям начальных углов α0,α0зад,γр,а также формирования сигналов синхронизации процедур ввода/вывода и обработки информации микропроцессорным контроллером. Ячейка ВФС состоит из двух функциональных групп: #1 - входной формирователь и #2 - узел фазовой синхронизации. Входной формирователь #1 предназначен для формирования по потенциальным условиям начальных углов α0,α0зад,γр и состоит из следующих функциональных узлов;
- формирователи длительности сигналов α0,α0зад и γр;
- мультиплексор;
- фазовый компаратор;
- преобразователи фазы сигналов α0,α0зад,(γр)в двоичный код;
- ограничитель угла α0зад ;
- интерфейс.
Формирователи длительности сигналов α0 и α0зад и γр выделяют по потенциальным условиям углы α0 и α0зад в режиме тяги и γр в режиме рекуперации. Мультиплексор предназначен для выдачи в режиме тяги на преобразователь в двоичный код сигнала α0, а в режиме рекуперации сигнала γр. Фазовый компаратор выделяет больший по фазе сигнал между α0ср формирующимся ячейкой МКЗ и α0зад , формирующимся по потенциальным условиям. Узел ограничителя сигнала αрег выполняет преобразование по следующему алгоритму: в режиме тяги αрег огр = α0зад, если αрег, меньше α0зад; αрег огр = αрег, если αрег больше α0зад; в режиме рекуперации αрег огр = αрег. Интерфейс предназначен для выдачи на системную шину данных двоичных кодов углов α0,α0зад и γр, а также сигналов «тяга/рекуперация» (ТУР) и «знак по /периода» (П/П).
Функциональная группа #2 - узел фазовой синхронизации состоит из следующих функциональных узлов:
- полосовой фильтр и детектор нуля;
- синхронный умножитель частоты;
- формирователь сигналов «СИ», «СУ», «Ft» и «знак полупериода»;
- формирователь сигнала «блокировка».
Полосовой фильтр и детектор нуля предназначены для выделения первой гармоники 50 Гц напряжения контактной сети и определения момента перехода его через ноль. Узел синхронного умножения частоты формирует на выходе сигнал частотой 25,6 кГц, синхронный с напряжением контактной сети, из которого 1 путем деления формируются сигналы Ft, П/П, СУ и СИ. Формирователь сигнала "блокировка" производит контроль длительности отсутствия сигнала сети. При отсутствии сигнала в течении 0,2 с происходит выдача сигнала "блокировка" на входной формирователь и ячейки УВЗ УВ4, при этом, синхронный умножитель частоты плавно переходит на свободную частоту.
2.5.11 Ячейки усилителей выходных УВЗ и УВ4
предназначены для усиления импульсов управления ВУП и ВИП, формируемых ячейкой МКЗ.
Ячейки представляют собой каждая набор импульсных усилителей, предназначенных для управления тиристорными силовыми устройствами электровоза:
- двумя выпрямительно-инверторными восьмиплечевыми преобразователями ВИП 5600, питающими якорные цепи тяговых электродвигателей, двух тележек электровоза (ячейки УВЗ);
- выпрямительной двухплечевой (с общей средней точкой) установкой возбуждения ВУВ-24, питающей обмотки возбуждения всех шести тяговых электродвигателей двух тележек, соединяемых в режиме рекуперации последовательно (ячейки УВЗ);
