Admin

Микропроцессорная система управлдения и диагностики электропоездов «ФИНИСТ»

Е.А. РЫСТИНА,m сервисный инженер (диагност) ООО «Рейлкомп»,
А.Е. КАРПОВ, заведующий лабораторией
«Системы управления транспортными средствами» кафедры «Тяговый подвижной состав» РОАТ,
В.П. ОБУХОВ, канд. техн. наук, доцент, преподаватель кафедры «Электропоезда и локомотивы», РУТ (МИИТ)

Микропроцессорная система управления и диагностики (МПСУиД) предназначена для управления тяговыми двигателями, вспомогательным и другим оборудованием электропоезда.
На основании информации от пульта управления, аппаратов и датчиков МПСУиД вырабатывает управляющие воздействия на силовое оборудование и аппараты подвижного состава, обеспечивая:

• Ф требуемые режимы работы оборудования;
• Ф взаимодействие отдельных вагонов электропоезда;
• Ф взаимодействие с системами безопасности и цифровой технологической радиосвязи;
• Ф самодиагностику и диагностику узлов, аппаратов и электрических машин на основании полученной от них информации;
• Ф автоматическое управление вспомогательным оборудованием и аппаратами;
• Ф защиту от боксования и юза.

МПСУиД осуществляет работу электропоезда в трех режимах управления:
О ручном;
О полуавтоматическом;
О автоматическом.
При работе в ручном режиме МПСУиД выполняет защиту оборудования от опасных режимов.
В полуавтоматическом режиме МПСУиД производит разгон электропоезда с заданным тяговым усилием, при этом имеется возможность последующего автоматического поддержания скорости в диапазонах, определяемых тяговыми характеристиками электропоезда, а также электрического торможения с заданным тормозным усилием и возможность последующего автоматического поддержания скорости в диапазонах, определяемых тормозными характеристиками электропоезда.
В автоматическом режиме МПСУиД обеспечивает:

• ^ поддержание давления сжатого воздуха питательной магистрали;
• ^ регулирование частоты вращения вентиляторов установок охлаждения тяговых преобразователей;
• ^ автоматизированное, рациональное управление тяговыми двигателями для ведения электропоезда по сигналам локомотивной сигнализации (АЛС) с учетом профиля пути, времени хода, постоянных и временных ограничений скорости движения;
• ^ защиту от боксования и юза.

Состав системы МПСУиД электропоезда следующий. Головные вагоны типа 1 и 5 оснащены всеми компонентами МПСУиД. Моторные вагоны 2 и 4 — всеми компонентами, кроме блоков БС-РС, БУИС, БСП, Автоведение-2, Монитор, БС-СИ. Прицепные вагоны типа 3, кроме того, не имеют бесконтактных датчиков тока, преобразователей напряжения ПНКВ, делителей напряжения ДН, а также блока БПЛ RS485-Ethernet (см. таблицу).
В вагонах типа 1 основной комплект МПСУиД расположен в шкафу +115 в кабине управления, в вагонах типа 2 в специальных контейнерах +364.20 и +464.20, в вагоне типа 3 — в контейнере +564.20.
Блок управления контакторами (БУК) предназначен для включения и выключения восьми контакторов или реле, в соответствии с получаемыми командами.
Блок входных сигналов (БВС) служит для ввода в систему дискретных сигналов от цепей управления электропоездом.
Блок связи с пультом (БСП) необходим для ввода в систему дискретных сигналов от органов управления, установленных на пульте управления.
Блоки связи со средствами измерений (БС-СИ) служат для ввода в систему аналоговых сигналов (тока и напряжения) от датчиков, подключенных к электрическим цепям электропоезда.
На современном электроподвижном составе наибольшее распространение получил блок связи со средствами измерения модели БС-СИ-А4, который предназначен для измерений времени, вычисления по измеренным значениям времени и полученным по линии связи RS485 в виде последовательного цифрового кода мгновенных значений напряжения и тока, количества электрической энергии постоянного тока.
Блок обеспечивает обработку информации, поступающей от измерительной аппаратуры, и передачу обработанной информации в систему управления электропоездом.
Совместно с преобразователями напряжения ПНКВ, токовыми шунтами и делителем напряжения контактной сети блок образует комплекс, обеспечивающий учет количества израсходованной электропоездом электрической энергии.
Блок БС-СИ состоит из модуля, конструктивно собранного на печатной плате, которая монтируется внутри металлического корпуса, имеющего отверстия для крепления блока к месту установки.
Количество каналов связи RS485 – 4. Напряжение питания – 50 В. Потребляемая мощность – не более 5 Вт.
На корпусе блока расположены три разъема:

• /XI и Х2 — для подключения к линиям связи и источникам питания МПСУиД;
• / Х3 — для подключения блока к линиям связи с преобразователями напряжения.

Принцип действия блока основан на измерении времени, приеме от средств измерений постоянного тока и напряжения по линии связи RS485 значений постоянного тока и напряжения в виде последовательного цифрового кода с последующим вычислением количества электрической энергии, сохранении полученных значений в энергонезависимой памяти с дальнейшей передачей в линию связи RS485 по запросу.
Вычисленная величина электрической энергии суммируется с накопленным значением, хранящимся в энергонезависимой памяти блока.
Количество израсходованной электрической энергии регистрируется на протяжении всего срока службы блока, возможность изменения состояния счетчика не предусмотрена. При достижении счетчиком значения 10000000 кВт·ч происходит автоматическое обнуление его показаний, после чего запись количества израсходованной электроэнергии продолжается с нулевого состояния.
Блок состоит из двух идентичных каналов. Каждый из каналов включает в себя микроконтроллер, два формирователя интерфейсов RS485, модуль гальванической развязки и источник питания.
Микроконтроллер 1 подключен к линии 1 системы МПСУиД через элемент гальванической развязки и формирователь интерфейса В5-485, а также к дополнительной линии связи системы измерения через формирователь интерфейса RS485.
Микроконтроллер 2 аналогично подключен к линии 2 и к основной линии связи системы измерения. Для обмена данными между контроллерами служит интерфейс SP1.
Каждый микроконтроллер принимает информацию от измерительной аппаратуры, подключенной к соответствующей линии связи системы измерения. Через интерфейс SP1 микроконтроллеры обмениваются данными друг с другом, в результате чего каждый из них располагает полным набором данных от всей измерительной аппаратуры. После обработки данные поступают в обе линии связи системы МПСУиД.
Измерение временных интервалов для вычисления количества израсходованной электрической энергии осуществляется микроконтроллером 2 путем деления тактовой частоты микроконтроллера его внутренними таймерами. Тактовая частота микроконтроллеров стабилизирована кварцевыми резонаторами.
Питание каждого канала блока осуществляется от независимого источника питания. Схема блока обеспечивает подачу напряжения питания на все элементы блока в случае неисправности любого из источников питания или отсутствия напряжения на одной из входных питающих линий.
Блоки связи с датчиками давления (БС-ДД, БС-ДД-Т) предназначены для преобразования напряжений с датчиков давления и датчиков температуры в последовательный код и передачи его в систему по двум парам линии связи RS485, а также для измерения сопротивления изоляции цепей управления относительно корпуса электропоезда.
Блок связи с датчиками угла поворота БС-ДПС/М-БЗС-CAN предназначен для выявления боксования в режиме тяги или юза, в режимах торможения и выбега. Подавление скольжения осуществляется подачей песка и, при необходимости, уменьшением тягово-тормозных сил электропоезда.
Монитор предназначен для вывода полной информации о состоянии цепей управления и силовой схемы электропоезда. Кроме того, в мониторе размещено программное обеспечение диагностики.
Преобразователь постоянного напряжения в код (ПНКВ) ПНКВ-3 предназначен для измерения и преобразования напряжения постоянного тока в электрических цепях электропоезда в кодовый сигнал с целью передачи его по линии связи интерфейса RS485 в блок БС-СИ и МПСУиД.
Измерение напряжений и токов в силовых цепях электропоезда осуществляется следующими ПНКВ:
Ф преобразователь 4.01.UZ21 измеряет величину напряжения в контактной сети (совместно с делителями напряжения 4.01.А24 и 4.01.А25);
Ф преобразователи 4.01.UZ20 и 4.01.UZ22 измеряют величину входного и выходного напряжения внешнего питания 3 кВ (совместно с делителями напряжения 4.01.А20 и 4.01.А22).
Конструктивно преобразователь выполнен в пластмассовом корпусе, расположенном на текстолитовой пластине, имеющей отверстия для крепления к месту установки. На корпусе расположены два винтовых контакта Х2«+» и Х3«–» для подключения первичных датчиков напряжения или тока, разъем X1 для подключения питания и выходного интерфейса.
Усилитель входного сигнала предназначен для усиления напряжения, поступающего на измерительный вход, и преобразования его в однополярное напряжение.
Напряжение с выхода усилителя поступает на вход измерительного процессора. Измеренное микроконтроллером напряжение в виде последовательного кода поступает на вход модуля индуктивной развязки.
В результате работы всей схемы индуктивной развязки сигнал на выходе соответствует сигналу, переданному микроконтроллером измерительного модуля. Кодированный сигнал поступает на микроконтроллер обработки данных. После обработки результат преобразования передается по запросу внешнего устройства в линию связи RS485 через преобразователь интерфейса.
Соединение адресных входов ПНКВ-3 в различных комбинациях позволяет обеспечить одновременную работу до 31 преобразователя в одной линии связи RS485.
Делитель напряжения (ДН-4) предназначен для преобразования входного напряжения величиной до 4 кВ в выходное напряжение с коэффициентом преобразования 53333,33 для дальнейшего его использования в системах измерения — передачи его на вход преобразователя напряжения в код (ПНКВ).
Конструктивно блок ДН-4 выполнен в пластмассовом или текстолитовом корпусе, расположенном на текстолитовой пластине, имеющей отверстия для крепления к месту установки.
На корпусе блока ДН-4 расположены три винтовых контакта. К контактам с обозначением «+4kV» и «–4kV» подключается входное напряжение до 4 кВ. К контактам «+0,075V» и «–0,075V» подключается система измерения с напряжением до 75 MB.
Блок ДН-4 состоит из прецизионных резисторов, образующих делитель напряжения.


Принцип действия делителя напряжения заключается в следующем. Входное напряжение до 4 кВ преобразуется блоком ДН-4 в выходное напряжение с коэффициентом преобразования 53333,33 для дальнейшего его использования в системах измерения.
Источники электропитания локомотивной электронной аппаратуры (ИП-ЛЭ) преобразуют нестабилизированное постоянное входное напряжение в постоянное стабилизированное напряжение.
Блок контроля температуры букс (БКТБ) предназначен для:
/ измерения величины сопротивления температурного датчика;
Ф вычисления температуры датчика по его сопротивлению;
Ф выявления отказов датчиков температуры;
/ передачи данных с вычисленной температурой по двум линиям связи RS485.
Блок БПЛ RS485-CAN предназначен для конвертирования данных между двумя гальванически развязанными линиями RS485 и двумя гальванически развязанными линиями CAN.
Блок БПЛ RS484-Ethernet служит для преобразования двух гальванически развязанных линии RS485 в две гальванически развязанные линии Ethernet и наоборот.

Блок БПЛ RS484-RS484 необходим для пересылки данных двух гальванически развязанных линии RS485 в две гальванически развязанные линии RS485 и наоборот.
Блок ЦБУ предназначен для:
Ф организации обмена данными между отдельными блоками системы МПСУиД в вагоне по четырем последовательным каналам передачи данных стандарта RS485;
Ф организации обмена данными между отдельными вагонами по четырем линиям стандарта Ethernet;
Ф подключения к МПСУиД внешнего оборудования через выделенные для этих целей линии стандарта Ethernet;
Ф определения количества и ориентации вагонов в сцепе;
Ф питания блоков управления контакторами (БУК) с возможностью автоматического отключения питания их каналов при необходимости;
Ф выдачи управляющих команд на исполнительные блоки на основании полученной по линиям связи информации в соответствии с заложенным алгоритмом;
Ф записи в энергонезависимую память полученной и выдаваемой по линиям связи информации.
Необходимо отметить, что блок ЦБУ представляет конструктивно-завершенное изделие, выполненное в металлическом корпусе, имеющем резьбовые отверстия для крепления к кронштейнам, а также элементы для крепления блока на DIN-рейку. На корпусе блока расположены разъемы:
♦ X1 — для двух линий связи RS485;
♦ Х2 — для двух линий связи RS485;
♦ Х3 — для входных и выходных цепей питания;
♦ Х4 ... Х9 — для линий Ethernet.
Схема ЦБУ состоит из следующих основных функциональных узлов:

• ^ узла подключения микроконтроллеров к линиям связи;
• ^ узла линии связи RS485;
• ^ узла коммутатора поездной линии;
• ^ узла питания и сброса микроконтроллеров;
• ^ узла управления линиями питания контакторов.

Три канала блока выполнены на основе микроконтроллеров, имеющих внутреннюю память программ.
Микроконтроллеры подключены так, чтобы при выходе из строя одного контроллера блок мог продолжать работу.
Для обмена между блоком ЦБУ и остальными блоками системы МПСУиД используются две сдвоенные линии связи RS485. Каждая из линий связи подключена в блоке ЦБУ к своему узлу. Всего в блоке ЦБУ четыре идентичных узла управления линиями связи:

• два узла управления линиями связи RS485 со скоростью 250 Кбит/с (линии 1 и 2);
• два узла управления линиями связи RS485 со скоростью 57,6 Кбит/с (линии 3 и 4).

Для обмена между разными блоками ЦБУ (установленными в разных вагонах или секциях) используются Ethernet линии, которые управляются коммутаторами поездной линии.
Для возможности передачи данных из линии связи RS485 в линию Ethernet или наоборот используются дополнительные связи между узлами управления линиями связи и узлами коммутатора поездной линии.
Мультиплексор служит для поочередного подключения микроконтроллеров 1 — 3 и микроконтроллера поездной линии. Мультиплексор 1 и 3 узлов управления линией управляется микроконтроллером 1, мультиплексор 2 и 4 узлов управления линией управляется микроконтроллером 2.

Для электрической изоляции цепей контроллеров и линий связи RS485 для повышения помехозащищенности используется гальваническая развязка. Приемопередатчик RS485 преобразует данные из последовательного порта микроконтроллера в линию RS485. Питание приемопередатчиков 1 и 3 узлов управления линией производится от первого источника питания, 2 и 4 узлов — от второго источника питания.
Переключатель RS485 МПСУиД предназначен для подключения к МПСУиД персонального компьютера с программным изделием «анализатор-программатор МСУЛ» для:

• > диагностики и программирования блоков, входящих в состав МПСУиД при сервисном обслуживании;
• > для просмотра линий связи МСУ во время опытных поездок.

Переключатель RS485 МПСУиД имеет четыре положения:

• ЛС 57.6-1;
• ЛС 76.6-2;
• ЛС 250-1;
• ЛС 250-2.

Положение переключателя RS485 МПСУиД не влияет на работу МПСУиД и электропоезда во время производственной эксплуатации.
Блок связи с радиостанцией (БС-РС) предназначен для передачи в канал поездной радиосвязи информации от МПСУиД.
Датчик угла поворота универсальный (ДПС-У) служит для преобразования угла поворота оси колесной пары в пропорциональное количество импульсов, используемых в измерительных системах, контролирующих направление движения, пройденный путь, скорость и ускорение электропоезда.
Блок связи с радиостанцией БС-РС спроектирован для передачи голосовых пожарных сигналов в локомотивную радиостанцию по линии связи.
Блок Автоведение-2 необходим для расчета данных, необходимых для режимов автоматизированного ведения поезда и передачи этих данных в систему управления.
Блок управления источником света (БУИС) служит для управления световой индикацией органов управления электропоездом по команде МПСУиД.

Датчики температуры ДТ предназначены для измерения температуры буксового узла и последующей передачи информации в блок БС-ДД-Т.
Датчики тока подключены к электрическим цепям электропоезда и снимают информацию о величине напряжения и тока для последующей передачи в блок БС-СИ.
(Окончание следует)

__________________
Телеграм-канал ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНИК