Блок электроники и коммутации БЭК2-САУТ-ЦМ/485.

 

2.1.1 Назначение

Блок предназначен для:

- питания блоков системы САУТ-ЦМ/485 напряжением 15 В и 50 В;

- организации обмена данными между блоками локомотивной аппаратуры САУТ-ЦМ/485 по последовательному каналу в стандарте RS-485;

- обработки состояния цепей управления локомотива: ХВП, ХНЗ, ЭДТ (рекуперация), ТЯГА, ЭПТ и состояния тумблера АЛС-САУТ;

- формирования управляющих команд на основании информации о скорости движения, о состоянии цепей управления локомотива, базы данных путевых параметров и параметров локомотива;

- регистрации в энергонезависимой памяти сигналов, возникающих в процессе работы системы.

Климатическое исполнение У, категории размещения 3.1 по ГОСТ 15150-69, степень защиты IP53 по ГОСТ 14254-80

 

 

2.1.2 Технические данные:

 

- количество каналов связи RS-485	1
- количество входов дискретных сигналов	6
- резонансная частота усилителя ЭПК, при полосе        пропускания (3±2), кГц	10,8 ± 0,5
- порог срабатывания сигналов "ХВП", "ХНЗ", "ЭДТ",  "ТЯГА", В	25±10
- порог срабатывания сигнала "ЭПТ", В	17,5±7,5
- предельно допустимые воздействия напряжений на входы сигналов "ХВП", "ХНЗ", "ЭДТ", "ТЯГА", "ЭПТ": положительного постоянного напряжения не более, В отрицательного постоянного напряжения не более, В импульсов отрицательной и положительной полярности: амплитуда, В длительность, мкс частота следования, Гц	165 145   350±20 10±2 50±5
- порог срабатывания сигнала "Груз", В	9,0±4,0
- порог срабатывания сигналов "ЭПКвх", "ЭПКвых", В	25±10
- диапазон входного напряжения усилителя ЭПК, В - отклонение суточного хода часов РП не более, сек	35…75 5
- Uвых. усилителя ЭПК при Rнагр.=(130±4) Ом, при нормальных климатических условиях, В при граничных значенияхтемпературы, В	48±2 48±4
- Uвых. холостого хода усилителя ЭПК, не более, В	75
- I пот.усил.ЭПК, при Uвх=(50±1) В, Rн=(130±4) Ом, не более, А	0,51
- нагрузочная способность сигналов "ОВ","ТВ","Рег" не менее, А Umax. подаваемое на выходы, В	0,6 58
- минимальное дифференциальное выходное напряжение на выходах 485А и 485В при Rнагр = 27 Ом, В	1.5
- минимальное дифференциальное входное напряжение на входах 485А и 485В, В	0.2
- входное сопротивление по входам 485А и 485В, кОм	12
- нагрузочная способность сигналов "ПИР1","ПИР2", "ПИР3", "Т", "01", "02", "ОТ2", "ОТ3" не менее, А Umax. подаваемое на выходы, В	0,8 78
- U на линии связи А в пассивном состоянии не более, В	1,00
- U на линии связи В в пассивном состоянии не менее, В	4,00
- нижнее значение рабочей температуры, ° С	минус 40
- верхнее значение рабочей температуры,° С	+50
- габаритные размеры БЭК, мм	340х263х62
- габаритные размеры БК, не более, мм	337х265х57
- масса БЭК, не более, кг	4,5
- масса БК, не более, кг	4,3.

 

 

2.1.3 Устройство и принцип действия.

Конструктивное исполнение и электрические схемы на блок БЭК2-САУТ-ЦМ/485 98Ц.03.00.00-06 представлены в альбомах № 8, 10 настоящего Руководства по эксплуатации.

Блок включает в себя шесть исполнительных реле и 5 модулей:

- модуль микропроцессора;

- модуль блока коммутации (БКм);

- усилитель ЭПК;

- преобразователь ВИП-10-5;

- преобразователь ВИП-10-15.

Назначение исполнительных реле БЭК:

К1 – реле включения кабины;

К2, К3 – реле включения исполнительных цепей системы;

К4 – реле "Перекрыши" ЭПТ;

К5 – реле "Торможения" ЭПТ;

К6 – реле отключения режима тяги.

 

Модуль микропроцессора. Структурная схема модуля представлена на рис.2.1.1

Рисунок. 2.1.1

 

Модуль микропроцессора 98Ц.03.50.00-06 включает в себя 3 AVR микроконтроллера ATMEGA32L (DD2,DD4,DD6), 3 микросхемы FLASH-памяти AT45DB081B (DD3,DD5,DD7), микросхему таймера DS1307(DD1) и преобразователя интерфейса ADM483(DA2).

Микроконтроллер DD6 работает по программе регистратора kassrps.fla. Программируется через разъем X2 по шине SPI программатором STK300. Частота работы задается кварцевым резонатором BQ2 7,3728 МГц.

Микроконтроллеры DD2, DD4 работают по одинаковой программе cpu4.bin. Программируются по шине SPI через DD6. Частота работы задается DD6. Отличие в функционировании определяется подключением 12 контакта к цепи PROG3 у 1-го полукомплекта (DD2), и к цепи GND у 2-го полукомплекта (DD4). Кроме того, через группу контактов (30..33) DD2 также по шине SPI можно запрограммировать и микроконтроллер DD6.

Каждому микроконтроллеру соответствует своя микросхема FLASH-памяти, обмен с которыми ведется по шине SPI.

Таймер представляет собой микросхему реального времени с литиевым элементом питания GB1 и кварцевым резонатором BQ1 с частотой 32768 Гц. Обмен с микроконтроллером производится по двухпроводной шине по интерфейсу I2C. При отключенном питании ход таймера поддерживается от GB1.

Питание FLASH-памяти осуществляется от напряжения +3.3В, получаемого с линейного стабилизатора LP2985AIM5 (DA3). Питание микроконтроллеров и таймера осуществляется от напряжения +5В, получаемого либо с линейного стабилизатора DA1, либо от внешнего разъема Х1. Для преобразования уровней на шинах SPI между микроконтроллерами и FLASH – памятью служат согласующие цепи (VD1,R23,R24; VD2,R25,R26; VD3,R27,R28).

Обмен со всеми микроконтроллерами осуществляется по интерфейсу RS-485 на скорости 115200 Бод. Выход микросхемы DA2 подключен к входам UART микроконтроллеров через инвертор на транзисторе VT2. Вход микросхемы подключен к выходам UART через инвертор на VT1. Вход разрешения передачи подключен напрямую к выходам микроконтроллеров.

Соответствующие входы и выходы UART микроконтроллеров объединены между собой. Для нормального функционирования необходимо, чтобы в режиме молчания выходы UART находились в высокоимпедансном состоянии, что достигается программным способом.

Модуль БКМ 98Ц.03.30.00-04. Структурная схема модуля БКМ представлена на рисунке 2.1.2.

Схема БКМ построена по двухканальному принципу. Полукомплект включает в себя:

- однокристальный микроконтроллер;

- формирователь входного дискретного сигнала.

- схему контроля.

Общими для двух каналов являются:

- приемопередатчики RS485;

- схемы выдачи релейных команд;

- источник питания.

В модуле БКМ 98Ц.03.30.00-04 используется микроконтроллер фирмы Atmel Atmega8. Тактовая частота работы микроконтроллера задаётся кварцевым резонатором BQ1 с частотой 7.3728 МГц и конденсаторами C2,C3. Перепрограммирование микроконтроллера производится через разъем X1.

Формирователи входных дискретных сигналов "ЭПТ", "Тяга", "Рекуп", дублированы и выполнены по одинаковой схеме с гальванической развязкой от цепей локомотива. Наз­вание входного сигнала, название цепи, элементы формирователя и соответствующие выводы мультиплексоров DD2, DD6 приведены в таблице 2.1.1.

Входные цепи “Твк” и “EPK”, дублированы и выполнены по одинаковой схеме с гальванической развязкой от цепей локомотива. Наз­вание входного сигнала, название цепи, элементы формирователя и соответствующие выводы мультиплексоров DD2, DD6 приведены в таблице 2.1.1.   

Входная цепь “Alg” дублирована и выполнена с гальванической развязкой от цепей локомотива. Наз­вание входного сигнала, название цепи, элементы формирователя и соответствующие выводы мультиплексоров DD2, DD6 приведены в таблице 2.1.1.  

 

 

 

Таблица 2.1.1

Сигнал	Цепь	Формирователь на элементах для блока БТУ	Вывод
ЭПТ	IN1	АС1(R1, R5, R3, R7, VD1.1, VD2, С1, R9, VT1, DA1.1) АС1(R2, R6, R4, R8, VD1.2, VD3, C2, R10, VT2, DA1.2)	Х1(1) Х1(2)
Тvk	IN2	АD1(R1, R5, R3, R7, VD1.1, VD2, С1, R9, VT1, DA1.1) АD1(R2, R6, R4, R8, VD1.2, VD3, C2, R10, VT2, DA1.2)	Х2(1) Х2(2)
Тяга	IN3	АС3(R1, R5, R3, R7, VD1.1, VD2, С1, R9, VT1, DA1.1) АС3(R2, R6, R4, R8, VD1.2, VD3, C2, R10, VT2, DA1.2)	Х3(1) Х3(2)
Рекуп	IN4	АС4(R1, R5, R3, R7, VD1.1, VD2, С1, R9, VT1, DA1.1) АС4(R2, R6, R4, R8, VD1.2, VD3, C2, R10, VT2, DA1.2)	Х4(1) Х4(2)
ХВП	IN5	АС5(R1, R5, R3, R7, VD1.1, VD2, С1, R9, VT1, DA1.1)	Х5(1) Х5(2)
ХНЗ	IN6	АС5(R2, R6, R4, R8, VD1.2, VD3, C2, R10, VT2, DA1.2)	Х6(1) Х6(2)
EPK	IN7	АD2(R1, R5, R3, R7, VD1.1, VD2, С1, R9, VT1, DA1.1) AD2(R2, R6, R4, R8, VD1.2, VD3, C2, R10, VT2, DA1.2)	Х7(1) Х7(2)
Alg	Alg	AE1(R1, R2, R5, R7, VD1.1, DA1.1) AE1 (R3, R4, R6, R8, VD1.2, DA1.2)	PD5(1) PD5(2)

 

Преобразователь интерфейса RS-485 выполнен на микросхеме DD4 ADM483ЕAR с инвертором DD3. При передаче сигналы с выходов передатчиков микроконтроллеров поступают на входы элемента DD3 (на котором выполнена схема ИЛИ, для выполнения связи двух полукомплектов с общим формирователем линии RS485), с выхода которого суммарный сигнал передатчика подается на вход передатчика преобразователя интерфейса DD4. При приеме сигнал с выхода приемника преобразователя интерфейса инвертируется элементом DD3 и поступает на входы приемников микроконтроллеров. Сигналы выбора режима "передача" с выходов микроконтроллеров поступают на входы элемента DD3, с выхода которого суммарный сигнал подается на входы RE и DE преобразователя интерфейса DD4. Лог. «1» на этих входах преобразователя переводит его в режим передачи, лог. «0» - в режим приема, данным методом обеспечивается передача информации с двух полукомплектов в одну физическую линию связи. Скорость передачи по линии связи со стандартом RS-485 определяется автоматически при подключении к линии связи.

Для обмена информацией между полукомплектами использована SPI шина, что позволяет производить программирование, используя линию связи.

Для повышения помехоустойчивости микроконтроллеров входы RST защищены RC-цепями, выполненными на элементах R2 и C1 для канала 1, R5 и C6 для канала 2. Для возможности программирования по линии связи, используется цепь RST (PD7 1(2) полукомплекта – RST 2(1) полукомплекта).

Формирователи релейных команд выполнены с гальванической развязкой по одинаковой схеме и обеспечивают выдачу команд с током нагрузки до 2.5 А при напряжении 50 В.

Название выходной релейной команды, имя цепи, используемые в формирователях элементы, приведены в таблице 2.1.2.

Таблица 2.1.2

Сигнал	Цепь	Элементы	Вывод
ПВ	OUT1(K1)	AA1(R1, R3, R5, VD1, VT1, DA1.1)	PB3
ТВ	OUT2(K2)	AA1(R2, R4, R6, VD2, VT2, DA1.2)	PB4
Рег.	OUT3(K3)	AВ1(R1, R3, R5, R7, VD1, VT1, DA1.1)	PB6
П	OUT4(К4)	AВ1(R2, R4, R6, R8, VD2, VT2, DA1.2)	PC3
Т	OUT5(К5)	AB2(R1, R3, R5, R7, VD1, VT1, DA1.1)	PС4
ОТ	OUT6(К6)	AB2(R2, R4, R6, R8, VD2, VT2, DA1.2)	PС5

 

Для контроля работы двух полукомплектов выполнена схема контроля, с использованием преобразования импульсов в аналоговый сигнал (ШИМ модуляция) при пропадании импульсов или их несоответствие по полукомплектам приведет к расхождению их аналоговых величин, что повлечет за собой снятие сигнала контроля.

В блоке БКМ выполнена защита силовых цепей от короткого замыкания с помощью самовосстанавливающихся вставок плавких (таблица 2.1.3).

Таблица 2.1.3

Наименование цепи	Предохранитель
Напряжение +50В приставки крана машиниста	FU1
Напряжение +50В электромагнита САУТ в скоростемере	FU2
Напряжение +50В источника питания САУТ;	FU3
Напряжение -50В источника питания САУТ;	FU4
"H – РБ2" АЛСН (контакты реле К3.4);	FU5
Отключения тяги (контакты реле К2.3, К6.1);	FU6
Вход усилителя ЭПК в БЭ-САУТ;	FU7

 

Усилитель ЭПК является управляемым источником питания и предназначен для получения гальванически развязанного от первичной сети напряжения питания. При пропадании или изменении частоты и амплитуды управляющего меандра напряжение усилителя ЭПК должно сниматься.

 

Усилитель ЭПК имеет защиту от короткого замыкания по силовому выходу с последующим восстановлением работоспособности после снятия короткого замыкания.

Технические характеристики.

Параметры по силовому входу:

- Входное напряжение, В …………………………………….. (36 - 80);

- Предельное входное постоянное напряжение, В ……………….120;

- Предельная входная импульсная энергия, В х сек..………….. 0,07;

                             длительность импульса, мкс …………………120;

                                       напряжение, В ….……………600; 

Параметры по силовому выходу:

- Выходное напряжение (при Р=25Вт, Rн=100 Ом), В …….…48±5%;

- Пульсации выходного напряжения в пределах разброса ……. ±5%;

Параметры по управляющему входу:

- Амплитуда меандра, В …………………………………+15-минус15;

- Минимальная амплитуда меандра, В …………………+ 10-минус10;

- Частота управляющего меандра, кГц ………………………… 9 - 13;

- Напряжение питания, В ………………………..…………….15±10%;

- Сопротивление гальванической развязки

между любым входом-выходом, МОм …………………………. 100;

- Прочность изоляции между любым

входом-выходом, В …………………………………………… 1500.                                    

 

  Устройство и принцип работы.

 Питающее напряжение поступает на контакты 3,19 соединителя Х1. Входной фильтр выполненный на элементах L1, C7, C8 задерживает выбросы входного напряжения и гасит высокочастотные помехи от преобразователя.

Преобразователь выполнен по однотактной схеме с обратным включением диода. Трансформатор Т2 намотан на Мо-пермалое. В качестве силового ключа используется полевой транзистор VT1. Цепочка VD4, VD6, C12, R5 служит для снижения перенапряжения и потерь в силовом ключе. Управление полевым транзистором осуществляется от микросхемы D1, включенной по типовой схеме включения. Рабочая частота преобразования 80±20 кГц задается с помощью резистора R6*.

Выходное напряжение формируется на вторичной обмотке силового трансформатора с помощью элементов VD8 и С13. Нагрузка подключается к выводам 12, 14, 28, 30 соединителя Х1.

Элементы R15-R20, VD9, C14, AV2 предназначены для организации обратной связи по напряжению. Выходное напряжение источника регулируется подбором резистора R20*.

Элементы R10*, R13, R14 предназначены для организации обратной связи по току. Резистором R10* осуществляется регулировка максимального тока через ключ.

 

Питание микросхемы управления D1 формируется от управляющего входа источника. Между контактами 3 и 5 (21) соединителя Х1 подается напряжение 15 В, а на контакт 19 поступает контрольный сигнал. Транзисторная сборка AV1 вместе с элементами С1, C2, R1-R4 усиливают сигнал и подают на резонансный контур, настроенный на частоту 10,8 кГц. Подбор резонансной частоты осуществляется с помощью дополнительных обмоток трансформатора Т1 и конденсаторами С3 и С4*. Вторичное напряжение с трансформатора выпрямляется элементами VD1, VD2 и сглаживается С5, С6, VD3.

Тепловыделяющие элементы источника установлены на радиаторы.

Схема сравнения.

При исправном функционировании САУТ-ЦМ схема сравнения формирует управляющий меандр частотой 10,8 кГц с уровнем напряжения (+15..минус 15)В. Схема сравнения использует асинхронный метод допускового контроля дискретных значений двух полукомплектов аппаратуры САУТ-ЦМ. Цикл контроля 0,3 сек. При этом усилитель ЭПК обеспечивает питание электропневматического клапана ЭПК напряжением 48 ± 5%. При отказах в аппаратуре САУТ-ЦМ схема сравнения прекращает формировать управляющий меандр. При этом усилитель ЭПК снимает напряжение с клапана ЭПК.