poster334

О.А. ПЕТРОВ, электромеханик КТСМ Прохладненской дистанции СЦБ Северо-Кавказской ДИ

Комплексы технических средств автоматического контроля технического состояния подвижного состава КТСМ-01Д и КТСМ-02 (далее КТСМ) - это сложные и многофункциональные устройства. Но, как показывает опыт эксплуатации, для выявления причин ложных срабатываний аппаратуры информации, получаемой из системы встроенной самодиагностики бывает недостаточно.

Для решения этой проблемы разработчики устройств создали программно-аппаратный комплекс (ПАК) «Осциллограф» на базе ноутбука со специальным программным обеспечением.

Во время прохода поезда аппаратура КТСМ со скоростью 38 400 бит/с выдает осциллограммы в формате RS-232, которые записывает и декодирует компьютер в составе ПАК «Осциллограф». На дисплее компьютера отображаются осциллограммы тепловых сигналов приемных капсул и сигналы датчиков прохода осей. Это значительно упрощает процесс поиска неисправностей, дает возможность комплексно проверять работоспособность аппаратуры, а в случае ложных срабатываний с большой вероятностью выявлять их причину.

При очевидных преимуществах ПАК «Осциллограф» имеет один серьезный недостаток - высокую стоимость, в силу чего оснастить ими все линейные посты КТСМ весьма проблематично. Кроме того, компьютеры в составе программно-аппаратного комплекса при непрерывной работе потребляют значительное количество электроэнергии и требуют дополнительных расходов на обслуживание. Они также могут спровоцировать потенциальных похитителей на взлом помещений с аппаратурой КТСМ.

Предлагаемый регистратор осциллограмм (рис. 1) предназначен только для записи и хранения
информации. Для ее просмотра и анализа в дистанции достаточно иметь один ПАК «Осциллограф», на котором будут расшифровываться записи осциллограмм с регистраторов, установленных на каждом посту КТСМ.

Главное требование к работе регистратора - непрерывная автоматическая запись информации во встроенную память с обеспечением простого и быстрого доступа к ней. По мере заполнения памяти устаревшие файлы должны автоматически заменяться новыми.


Регистратор выполнен на основе обычного недорогого микроконтроллера и двух или четырех микросхем флэш-памяти с последовательным доступом типа AT45DB321D-SU объемом 4 МБ каждая. Преимущество этих микросхем перед аналогичными состоит в том, что они допускают запись информации в ячейки памяти с одновременным стиранием предыдущих данных. Поскольку предварительного стирания памяти для новых данных не требуется, уменьшается время на подготовку к приему следующих осциллограмм.

При общей памяти 16 МБ регистратор может записать до 100-140 осциллограмм в зависимости от длины и скорости контролируемых поездов. Примененные микросхемы флэш-памяти имеют ресурс не менее 100 тыс. циклов запись-стирание. Примерный расчет показывает, что при интенсивности движения 50 пар поездов в сутки и среднем размере осциллограммы поезда 0,3 МБ их расчетный срок службы составит не менее 130 лет.


Схема регистратора (рис. 2) помимо микроконтроллера DD1 (АТМеда 8-16PU) и микросхем флэш-памяти DD2-DD5 имеет стабилизатор напряжения DA (LP2950CZ-3,3) на 3,3 В, 100 мА и узел согласования уровней сигнала порта, состоящий из транзисторов VT1 и VT2 (КТ 315Б) и диода VD (КД 503А). Кварцевый резонатор ZQ (12 МГц) обеспечивает стабильность скорости передачи данных. Разъем Х1 (RS-232) предназначен для подключения соединительного шнура с вилкой DB-9F или DB-25F для КТСМ-01Д или КТСМ-02 соответственно.

Разъем внутрисхемного программирования X2 (ISP) позволяет перепрограммировать микроконтроллер без снятия с платы. Файл прошивки микроконтроллера можно получить, обратившись по адресу petrow_mozdok@mail.ru.

Входы всех микросхем флэш-памяти, кроме входов выбора микросхемы CS (chipselect), соединены параллельно и подключены напрямую к выходам микроконтроллера. Они способны выдерживать уровень входных сигналов до 5 В.

Выходы данных (SO, вывод 8) объединяются через резисторы на входе транзистора VT3 (КТ315Б), который повышает амплитуды логических сигналов до 5 В. Для индикации состояния используется светодиод HL (L-934GD). С целью изменения режима работы регистратора (запись осциллограмм из КТСМ или передача записанной информации в компьютер) применена дополнительная линия «CTRL», подтянутая к источнику питания +5 В резистором R3. При соединении этой линии с общим проводом регистратор переводится в режим передачи осциллограмм в компьютер.

Детали регистратора установлены на печатной плате из одностороннего фольгированного текстолита размером 50x69 мм (рис. 3). Шаблон для травления нижнего слоя платы и расположение деталей приведены на рис. 4 и 5, а характеристики элементов - в таблице.

Плата устанавливается в корпусе обычной распределительной коробки размером 70x70x25 мм с пазами для выхода кабелей и отверстием для светодиода (см. рис. 1).

Регистратор осциллограмм подключается к источнику питания напряжением 4,5-5,5 В, который должен обеспечивать ток не менее 0,1 А, и разъему RS-232 на модуле ММК в КТСМ-01 Д или МУС в КТСМ-02.


После включения питания микроконтроллер регистратора самотестируется. Сигналом об успешном окончании процесса служат пять коротких вспышек светодиода. Затем проверяется состояние линии «CTRL», определяющей режим работы регистратора. При наличии в ней логической единицы он начинает работать только на прием осциллограмм из КТСМ. Подтверждается это пятью длинными вспышками, после которых светодиод начинает гореть постоянно (режим ожидания приема данных). Вывести регистратор из такого режима можно только отключив питание.


Во время прохода поезда регистратор принимает от КТСМ данные и записывает их во встроенную флэш-память. Светодиод при этом часто мигает.


Длина принятого файла программно ограничена 528 кВ (примерно в 1,5 раза больше, чем объем осциллограммы самого длинного поезда). Это необходимо для защиты от непреднамеренного стирания всей памяти, что возможно, например, при медленном движении или остановке поезда на посту контроля. В таком случае размер осциллограммы может оказаться гораздо длиннее обычного. После окончания приема данных, когда пауза после приема последнего байта превысит 5 с, формируются и записываются атрибуты принятого файла (порядковый номер, адрес начала файла и его длина).

Запись осциллограмм в память идет непрерывно в циклическом режиме - новые данные записываются на место самых старых.

При необходимости считывания и анализа принятых данных регистратор отключают от КТСМ и подключают непосредственно к последовательному порту или через адаптер USB-COM к порту USB персонального компьютера комплекса ПАК «Осциллограф». Используется специально доработанный кабель, в котором линия управления «CTRL» соединена с общим проводом для передачи логического «нуля» и перевода регистратора в режим обмена данными с компьютером.

Для управления регистратором используется любая терминальная программа, например, HyperTerminal, входящая в состав стандартных программ операционной системы Windows XP. Предварительно в ней создается новое подключение, настраивается номер COM-порта, к которому будет подключен регистратор, скорость соединения (38 400 бит/с) и другие параметры (8 бит данных, 1 столовый бит, четность - «нет», управление потоком -«нет»). По завершении настройки регистратор подключается к разъему, нажимается клавиша «1» на клавиатуре компьютера, после чего на дисплей выводится информация о версии и объеме памяти регистратора, а также меню управляющих команд из шести пунктов (рис. 6):

«1» - перезапуск устройства с повторной выдачей меню команд;

«2» - вывод на экран списка записанных файлов;

«S» - выгрузка файла с заданным номером;

«U» - выгрузка всех записанных файлов в обратном порядке;

«F» - форматирование (стирание содержимого и тест памяти);

«R» - запись данных в регистратор (перевод в тестовый режим записи для проверки регистратора).

Список выведенных по команде «2» файлов имеет четыре колонки:

порядковый номер файла в памяти регистратора (file от 0 ДО 199);

номер поезда (train_num), который считывается из первых байтов осциллограммы и совпадает с номером поезда в АРМ ЛПК;

время его прохода (time), которое записывается в конце осциллограммы на КТСМ-01Д. На КТСМ-02 этой функции нет, поэтому выводится значение «99:99»;

длина файла (size) в байтах.


Управление процессом передачи записанных осциллограмм в компьютер происходит с помощью кнопок «U» и «S» компьютера ПАК «Осциллограф».

После нажатия кнопки «U» на экран выводится сообщение о том, что через 15 с начнется выдача всех файлов. За это время необходимо закрыть программу управления регистратором, поскольку COM-порт не может использоваться двумя программами одновременно. После этого необходимо запустить программу приема данных «OSCILL.EXE» из состава программ ПАК «Осциллограф». Все записанные регистратором файлы осциллограмм будут выданы в обратном порядке, начиная с последних принятых. Затем регистратор перейдет в режим управления от компьютера.

Поскольку скорость передачи ограничена, перезапись всех файлов занимает длительное время. Если требуется быстро выгрузить одну осциллограмму конкретного поезда, используется команда управления «S». После нажатия соответствующей клавиши выбирается номер файла из первой колонки списка файлов. Предварительно из программы АРМ ЛПК запрашивается номер выбранного поезда. Затем определяется порядковый номер файла в памяти регистратора (первая колонка), соответствующий номеру поезда в АРМ ЛПК, указанному во второй колонке.

После нажатия клавиши «S» и ввода трехзначного (или од-но-двузначного плюс клавиша «Enter») порядкового номера на экране отображается сообщение о том, что через 15 с начнется выдача выбранного файла. Далее выполняются те же действия, что и при реализации команды «U». После передачи выбранного файла регистратор возвращается в режим управления от компьютера.

Регистратор осциллограмм требует минимум трудозатрат на обслуживание. Проверку исправности встроенной флэш-памяти при подозрении на сбои в процессе записи информации или после определенного времени наработки можно выполнить с помощью встроенного алгоритма путем выбора из меню команды «F». После выбора этого режима во все ячейки памяти поочередно записываются сначала «1», а затем «0» с последующим считыванием. Результат проверки каждого из секторов памяти последовательно выводится на экран в виде точки (если проверка не выявила неисправности) или буквы «X» (при обнаружении ошибки). По завершении процесса выводится общий результат - «ОК» или количество неисправных секторов флэш-памяти.

Команда «R» позволяет проверить регистратор на корректность записи данных без подключения к КТСМ. После ее активизации на дисплей выводится надпись «Start record», а любые полученные из компьютера по COM-порту данные записываются в память регистратора по тому же алгоритму, как и при установке непосредственно на КТСМ. Для выхода из режима записи необходимо отключить питание регистратора, например, отключив и снова подключив его к разъему.

Соблюдение условий кибербезопасности (полное исключение возможного влияния на работу аппаратуры контроля) обеспечивается подключением регистратора к КТСМ только в режиме «прием». При этом полностью исключается передача команд и каких-либо сигналов в аппаратуру. Запись непосредственно в микросхемы памяти (а не на USB-флэш, карты памяти или др.) не допускает занесения «вирусов» при передаче данных от регистратора в персональный компьютер и обратно.

Опыт применения в дистанции представленных регистраторов показал их высокую надежность и эффективность. Записи реальных осциллограмм позволяют с высокой достоверностью выявлять помехи и шумы приемно-усилительных трактов, отслеживать влияние солнечной засветки, служат объективными доказательствами для подтверждения ложности или достоверности событий срабатывания КТСМ.

По мнению автора, такую схему с дополнительной функцией контроля напряжения питания в осциллограмме - аналог «черного ящика» - целесообразно иметь в конструкции КТСМ. Тем более что такая доработка не потребует больших материальных затрат.

СЦБот

Эта тема была перенесена из раздела Журнал "Автоматика, связь, информатика".

Перенес: Admin