[06-2019] Устройство обработки информации тепловоза 2ТЭ25КМ

[бабулер28]

Устройство обработки информации тепловоза 2ТЭ25КМ

С.В.СЕРГЕЕВ, канд. техн, наук, заведующий отделом технического сопровождения серийных разработок,
А.Ю. БУНЯЕВ, К.В. БОЧАРОВ, инженеры, АО «ВНИКТИ», г. Коломна

Устройство обработки информации (черт. 27.Т.276.01.00.000.2-01) является ядром микропроцессорной системы управления (МПСУ-ТП) тепловоза 2ТЭ25КМ. Его функционал определяется программно реализованными алгоритмами управления и диагностики основного и вспомогательного оборудования тепловоза и предназначен для управления электрической схемой и электрической передачей тепловоза. Включение устройства обработки информации (УОН) в электрическую схему тепловоза приводит к значительному ее упрощению за счет исключения из электрических цепей вспомогательных аппаратов (блокировочных контактов, реле времени и пр.) и реализации алгоритмов управления на программном уровне.

В процессе работы УОИ постоянно с заданной частотой проводит опрос датчиков (тока, напряжения, давления, температуры, частоты вращения), органов управления локомотива, состояния релейно-коммутационной аппаратуры. Также по различным каналам связи в УОИ поступает информация о состоянии дизеля (от электронного регулятора частоты вращения) и состоянии ведомой секции (по межсекционному каналу от УОИ ведомой секции).

Поступающая в УОИ информация обрабатывается блоком компьютера, и в соответствии с заложенными в него алгоритмами выдаются управляющие команды всей коммутационной аппаратуре (контакторам, реле, электропневматическим вентилям), электронному регулятору частоты вращения коленчатого вала дизеля, полупроводниковым преобразователям (управляемому выпрямителю возбуждения БВК-1012РМ и выпрямителю М-ТПП-3600М-1-У2), которые определяют режим работы тепловоза. Одновременно по межсекционному каналу связи в ведомую секцию постоянно передается информация об изменениях режима работы тепловоза, и УОИ ведомой секции отрабатывает их.

Вся информация о режимах работы тепловоза и показаниях датчиков из УОИ передается в дисплейный модуль для отображения. Причем на дисплейном модуле ведущей секции отображается информация с обеих секций тепловоза.

Обмен информацией УОИ с температурным измерителем и электронным регулятором частоты вращения коленчатого вала дизеля производства ООО ППП «Дизельавтоматика» — последовательный, асинхронный, реализованный через радиальные интерфейсы типа «токовая петля». Обмен УОИ с дисплейным модулем и УОИ второй секции реализован по интерфейсу Ethernet. Обмен УОИ с регулятором фирмы «Heinzmann» производится по CAN-интерфейсу.

Питание на УОИ подается от бортовой сети тепловоза напряжением 110 В постоянного тока через вольтодобавочное устройство, обеспечивающее стабильность напряжения питания во время запуска дизеля при глубокой просадке напряжения аккумуляторной батареи.

УОИ обеспечивает питанием преобразователи напряжения ПН-1, датчики давления, датчики скорости и температурный измеритель.

Для реализации алгоритмов управления системами тепловоза УОИ обеспечивает:

> выдачу двухпозиционных сигналов по 48 каналам с параметрами коммутации цепей: напряжение 110 В, ток нагрузки 2 А, нагрузка активно-индуктивная, схема включения ключей «с общим минусом»;

> прием двухпозиционных дискретных сигналов по 96 каналам;
> прием частотных сигналов по 12 каналам;

> прием аналоговых сигналов по 64 каналам.

Общий вид УОИ представлен на рис. 1.

Устройство обработки информации представляет собой металлический шкаф (стойку) с дверцами. Внутри стойки в двух крейтах установлены блоки. Блоки могут перемещаться по направляющим и вставляются в разъемы типа 612С DIN 41612, укрепленные на задней части крейтов. Блоки в шкафу размещены в следующем порядке (снизу вверх):

- 1-й этаж: платы входных и выходных устройств с разъемами для подключения к схеме тепловоза и панель портов (рис. 2);

- 2-й этаж: устройства связи с объектом (рис. 3).

В схему локомотива УОИ включается кабелями с разъемами типа 2РМД и DB-9M, расположенными в нижней части стойки. Стойка оборудована резисторами типа ПЭВ для обогрева и вентиляторами для регулирования температурного режима.

В состав УОИ входят следующие компоненты:

- блок силовых ключей БСК (предназначен для выдачи двухпозиционных сигналов управления с активным уровнем напряжения +110 В);

- блок управления силовыми ключами БУСК (предназначен для управления блоками силовых ключей). Данный блок принимает информацию с внутренней магистрали о состоянии ключей, хранит ее в регистрах и выдает в БСК. Информация, хранимая в регистрах БУСК, доступна для чтения и может использоваться для контроля исправности оборудования. Блок содержит 8 восьмибитных регистров и может управлять 60 ключами. Выходы регистров БУСК управляют силовым ключами БСК. Каждый БСК имеет 12 выходных ключей, которые через ПВСК подключаются к схеме локомотива;

- блок обработки дискретных датчиков БОДД (предназначен для преобразования двухпозицконнрх сигналов с активным уровнем напряжения +110 В [+20 %; -30 %] в гальванически развязанные сигналы ТТЛ и выдачи информации по запросу через внутреннюю магистраль в БК). БОДД имеет 8 входов. Для расширения количества дискретных входов до 128 используются модули ПВДД, которые работают под управлением БОДД. Последний содержит микроконтроллер, который выполняет последовательным опрос каналов дискретных входов, фильтрацию и хранение полученной информации во внутренней памяти микроконтроллера, а также ее передачу в БК по внутренней магистрали УОИ;

- блок обработки частотных датчиков БОЧД (предназначен для приема сигналов с амплитудой от 10 до 15 В, током от 10 до 20 мА и частотой от 0,01 до 4000 Гц по 12 каналам, одно измерение за период частоты, с погрешностью не выше 0,1 %);

- блок обработки аналоговых датчиков БОАД (выполняет прием 61 аналогового сигнала с параметрами ±5 В и выдачи информации по запросу на внутреннюю магистраль). Блок также имеет реперные источники положительного, отрицательного и нулевого напряжения;

- блок управления выпрямителем БУВ (предназначен для формирования сигналов управления тиристорами управляемых вы-прямитеое0, а также для приема информации о режиме работы и угле управления тиристорами с внутренней магистваок от БК);

- блок интерфейса внутренней магистрали БИВМ (обеспечивает гальваническую развязку БК от остального оборудования УОИ и двухсторонний обмен информацией между БК и устройствами связи с объектом [УСО] управления);

- блок компьютера БК (предназначен для реализации алгоритмов управления и регулирования режимами работы основного и вспомогательного оборудования локомотивов, а также для выполнения функций бортового диагностического устройства);

- блок каналов связи БКС (предназначен для гальванической развязки и преобразования сигналов шести последовательных интерфейсов стандарта RS232 [СОМ 1 — СОМ6] блока компьютера БК в другие стандарты, используемые для подключения внешних устройств через панель портов; рис. 4);

- плата выходная силовых ключей ПВСК (содержит резистивно-диодные цепи защиты транзисторов БСК от перенапряжения и два разъема [Х9, ХЮ] для подключения к схеме локомотива);

- плата входная дискретных датчиков ПВДД (предназначена для приема двухпозиционных сигналов по 128 каналам с активным уровнем напряжения +110 В [+20; —30%], их коммутации и выдачи на вход БОДД по сигналам, вырабатываемым микроконтроллером БОДД). Платы содержат по два разъема (Х5 — Х8);

- плата входная аналоговых датчиков ПВАД (предназначена для сопряжения входных сигналов аналоговых датчиков с блоком БОАД и обеспечения подключения к УОИ 52 датчиков);

- плата входная частотных датчиков ПВЧД (предназначена для сопряжения с БОЧД и фильтрации сигналов, принимаемых с частотных датчиков, выдачи питания на частотные и аналоговые датчики). Плата содержит разъемы Х4 и X 2 для приема частотных сигналов из схемы локомотива (Х12) и питания датчиков (Х4). Распиновка разъема Х4 и подключение питания внешних устройств показаны на рис. 5;

- плата входная блока управления выпрямителем ПВБУВ (предназначена для приема и фильтрации напряжений синхронизации и выдачи импульсов управления 36 тиристорами);

- плата коммутации питания ПКП (предназначена для подключения к УОИ бортового напряжения питания 110 В через разъем XI, коммутации шин «минус» 110 В БСК [разъем X], приема и фильтрации напряжения синхронизации и выдачи сигналов
управления 18 тиристорами через разъем Х23).

Также внутри шкафа устройства обработки информации размещены следующие блоки:

- блок регулирования температуры БРТ, выполняющий две функции:

- управление нагревательным элементом для поддержания температуры внутри УОИ в диапазоне, оговоренном в ТУ на компоненты устройства;

запрет подачи питания на остальные блоки УОИ при включении, если температура внутри корпуса составляет менее -30 °C;

- панель блоков питания ПБП, предназначенная для формирования напряжений, необходимых для функционирования блоков, входящих в УОИ;

- панель питания датчиков ППД, служащая для формирования напряжений, необходимых для функционирования датчиков и устройств, подключаемых к УОИ.

Структурная схема питания УОИ и внешних устройств на тепловозе 2ТЭ25КМ представлена на рис. 6.

Рассмотрим подробнее принцип работы блоков УОИ. Блоки БУСК, БОДД, БОАД, БОЧД, БУВ управляются сигналами внутренней магистрали, которые вырабатывает БИВМ. Связь БК с БИВМ и внутренней магистралью осуществляется через каналы параллельного ввода/вывода компьютера БК. Для каждого блока на внутренней магистрали зарезервирован свой оригинальный адрес, который распознается дешифратором, расположенным на этом блоке. Все обращения по внутренней магистрали обязательно сопровождаются адресом. Команда записи сопровождается соответствующим сигналом, при этом информация с шины данных записывается в выбранный блок. При сигнале команды чтения информация с адресуемого блока выдается на шину данных.

На рис. 7 представлен тракт прохождения выходных дискретных сигналов. БУСК принимает информацию из внутренней магистрали о состоянии ключей в соответствии с заложенными алгоритмами программного обеспечения, хранит ее в регистрах и выдает в БСК. Информация, хранимая в регистрах БУСК, доступна для чтения. Эти данные используются для контроля исправности оборудования.

Выходы регистров БУСК управляют силовыми ключами БСК. Каждый БСК имеет 12 выходных ключей, которые через разъемы Х9, XI0 платы ПВСК подключаются к схеме локомотива.

На рис. 8 представлен тракт прохождения входных дискретных сигналов. Дискретные сигналы из схемы тепловоза, свидетельствующие о состоянии (включен/выключен) контакторов, реле, выключателей, кнопок управления поступают на разъемы Х5, Хб одной платы ПВДД и разъемы Х7, Х8 второй платы ПВДД.

Каждая ПВДД коммутирует и выдает принятые дискретные сигналы на вход БОДД по командам, вырабатываемым микроконтроллером БОДД. Последний выполняет последовательный опрос каналов дискретных входов, фильтрацию и хранение полученной информации во внутренней памяти микроконтроллера, а также ее передачу в БК по внутренней магистрали УОИ.

На рис. 9 представлен тракт прохождения входных аналоговых и частотных сигналов. Аналоговые сигналы от измерительных устройств поступают на плату ПВАД через разъемы XI3 (±5 мА), Х14 (± 5 мА) и разъем X11 (± 50 мА). Частотные сигналы поступают на плату ПВЧД через разъем Х12.

Выдача информации в БК осуществляется в два обращения. Сначала по шине данных из БК поступает адрес аналогового или частотного канала. В БОАД коммутируется сигнал выбранного канала на вход аналого-цифрового преобразователя (АЦП) и по окончанию преобразования информация переписывается на выходные регистры. По второму обращению данная информация выставляется на шину данных внутренней магистрали.

На рис. 10 представлен тракт прохождения сигналов управления выпрямителями. В соответствии с установленным режимом работы локомотива УОИ рассчитывает и выдает сигналы управления выпрямителями БВК-1О12РМ и М-ТПП-3600Д, обеспечивая заданные значения напряжения тягового генератора и напряжения, подводимые к ТЭД, регулируя таким образом параметры электрической передачи тепловоза.

Рассчитав заданное значение напряжения тягового генератора, БК через БИВМ выдает код задания угла открытия тиристоров управляемых выпрямителей по внутренней магистрали.

Блок БУВ7 согласно коду задания и частоты сигнала синхронизации выдает сигналы управления тиристорами блока кремниевых выпрямителей БВК-1012РМ, обеспечивая поддержание заданного напряжения, регулируя соответствующим образом ток возбуждения тягового генератора.

Одновременно блоки БУВ1 — БУВ6 в соответствии с заданием по углу включения и частотой сигналов синхронизации выдают сигналы управления тиристорами на управляемый шестиканальный выпрямитель М-ТПП-3600Д, который обеспечивает регулирование напряжения, подводимого к тяговым двигателям.