Электронное оборудование. Аппаратура управления МСУД-001

Размещено на http://www.allbest.ru/

Электронное оборудование. Аппаратура управления МСУД-001

1. Назначение

микропроцессорный аппаратура мультиплексный

Микропроцессорная система управления и диагностики (далее по тексту «МСУД-001») предназначена для управления общеэлектровозной аппаратурой, контакторной аппаратурой цепей тяговых двигателей и цепей собственных нужд, сбора и обработки информации с органов управления и датчиков (контроллер машиниста, выключатели, блокировки реле и контакторов, датчики температуры и т.д.) электровоза 2ЭС4К, выдачи заданий преобразователям собственных нужд (ПСН) и возбуждения (ПВ), реализации режима автоведения, а также для диагностирования состояния оборудования электровоза с выполнением функций его защиты, выдачи соответствующей информации на дисплей и записи ее в съемный энергонезависимый накопитель.

2. Структура аппаратуры МСУД-001

Аппаратные средства МСУД-001 построены по модульному принципу с использованием программных принципов обработки информации и имеют открытую архитектуру, что позволяет подключать дополнительные объекты контроля и управления электровозом, а также объединять системы управления нескольких электровозов в общую систему. При этом изменяется и дополняется только программное обеспечение отдельных модулей системы.

В таблице 1 приведен состав МСУД-001 одной секции электровоза 2ЭС4К.

Отдельные блоки МСУД-001 одной секции объединены в систему дублированным последовательным мультиплексным каналом связи CAN1/CAN2 (рисунок 1).

Таблица 1

CAN (Соntroller Area Network) интерфейс (ISO 11898) обеспечивает высокую надежность, компактность и хорошие динамические характеристики, необходимые распределительным системам управления.

Принципиальная схема построения CAN-интерфейса показана на рисунке 2.

Физически шина CAN-интерфейса представляет собой витую пару проводов и общий провод. Для работы в условиях высокого уровня помех, как это имеет место на электровозе, общий провод выполнен в виде экрана витой пары. На концах шины обязательно должны размещаться согласующие резисторы R номиналом 120 Ом.

С одной стороны они расположены в БИ (R_согл.), с другой - в устройствах согласования XS2, подключаемых к внешним разъемам Х6 блоков А56 (БУО-002). Между собой блоки БИ(А78) и БС-001(А23), БС-001(А55) и БУТП-001(А56), попарно соединены при помощи кабелей 1…3, которые и образуют внутрисекционный последовательный мультиплексный канал, обеспечивающий обмен данными между всеми подключенными к нему блоками.

При необходимости подключить к системе дополнительные блоки и устройства, вместо устройства согласования XS2 подключается кабель, на другом конце которого будет это дополнительное устройство. При этом XS2 должно быть перенесено на дополнительное устройство.

Рисунок 1. Структурная схема МСУД-001 электровоза 2ЭС4К

Рисунок 2. Построение CAN-сети

Для связи аппаратуры МСУД-001 различных секций используется дублированный последовательный мультиплексный канал связи CAN3/CAN4, который проходит транзитом через все секции, в том числе подключенные по системе многих единиц (СМЕ), для чего на лобовых частях секций электровоза установлены розетки Х18 и Х19. Связь между каналами CAN1/CAN2 и CAN3/CAN4 осуществляется через микропроцессорный модуль, обеспечивающий гальваническую развязку и выполняющий программную фильтрацию передаваемой информации. В его функции также входит определение по включению питания количества включенных секций (от одной до четырех) и их адресов и формирования на центральный процессорный модуль информации о готовности системы к работе.

Для согласования каналов CAN3/CAN4 также применяются устройства согласования XS3 и XS4, подключаемые на концах линии к разъемным соединителям Х7 и Х8 блоков БУО-002 (на рисунке 1 они показаны в непосредственной близости от соответствующих разъемов). При необходимости подключения дополнительной секции или электровоза вместо устройств согласования XS3 и XS4 подключаются кабели 30 и 31 и осуществляется соединение по СМЕ, при этом устройства согласования XS3 и XS4 должны оставаться на разъемах Х7 и Х8 крайних секций состыкованного по СМЕ электровоза.

Для связи системы МСУД-001 с другими системами на блоке БУТП-001 установлены разъемы Х7…Х10. К каждому разъему подключен независимый гальванически развязанный последовательный интерфейс типа CAN (CAN5…CAN8). Связь между каналами CAN1/CAN2 и любым из CAN5…CAN8 осуществляется через микропроцессорные модули, выполняющие программную фильтрацию передаваемой информации, обеспечивающие гальваническую развязку и согласование скорости обмена информацией между системами. В функции этих модулей так же, как и в предыдущем случае, входит определение по включению питания количества подключенных к МСУД-001 систем.

На электровозе 2ЭС4К внешними системами по отношению к МСУД-001 являются:

- система безопасности КЛУБ-У, САУТ-ЦМ/485, подключаемые через блок «ШЛЮЗ-САN» к разъемному соединителюХ9 блока БУТП-001 (А17) - CAN7. Система пневматического торможения «УКТОЛ-Г» с краном машиниста 130 подключается к МСУД через блоки «БС-КЛУБ» и «CAN-ШЛЮЗ»;

- блок управления преобразователя собственных нужд (ПСН), подключаемый к разъемному соединителю Х8 блока БУТП-001 (А27) - CAN6;

- в перспективе к разъемным соединителям Х7 (CAN5) и Х10 (CAN8) могут быть подключены другие системы, например, теплового контроля оборудования (БТК).

3. Основные технические характеристики МСУД-001

Основные технические характеристики МСУД-001 приведены в таблице 2.

Таблица 2

Аппаратные средства МСУД-001 функционируют при воздействии следующих внешних климатических факторов:

температура окружающей среды для аппаратуры, расположенной в кузове электровоза от минус 50 єС до плюс 60 єС, для блоков расположенных в кабинах машиниста от минус 40 єС до плюс 60 єС. При этом диапазон температур хранения блоков, устанавливаемых в кабинах машиниста от минус 50 єС до плюс 60 єС;

скорость возрастания температуры окружающего воздуха при запуске электровоза в работу до 1 град/мин;

скорость спада температуры окружающего воздуха после окончания работы электровоза до 2 град/мин;

относительная влажность воздуха до 100% при температуре 20 єС;

возможность выпадения инея;

тип атмосферы II по ГОСТ15150-69;

наличие пыли с конденсацией до 20 кг/куб.м;

максимальная высота над уровнем моря до 1300 м.

В части воздействия внешних механических факторов аппаратные средства МСУД-001 соответствуют группе М25 по ГОСТ 17516.1-90Е:

синусоидальная вибрация в диапазоне частот от 0,5 до 100 Гц с максимальной амплитудой ускорения 1g в любом из трех взаимно перпендикулярных направлений;

одиночные удары в одном горизонтальном направлении с пиковым ударным ускорением 3g и длительностью ударного ускорения от 2 до 20 мс.

4. Функции, реализуемые МСУД-001 на электровозе 2ЭС4К

Все функции системы управления электровозом 2ЭС4К, требующие логической последовательности, такие как управление токоприемниками, быстродействующим выключателем, контакторами тягового и вспомогательного привода и другими устройствами, осуществляется МСУД-001 по командам, получаемым от машиниста с учетом сигналов датчиков, предусмотренных схемой электровоза.

МСУД-001 в режимах тяги и электрического торможения выполняет следующие функции:

ручной и автоматический (с регулированием уставки пускового тока) набор и сброс позиций;

управление реостатными и линейными контакторами;

управление контакторами цепей ослабления возбуждения тяговых двигателей;

автоматическое поддержание заданной скорости движения поезда;

контроль последовательности включения реостатных и линейных контакторов;

защита от перегрузки тяговых двигателей;

защита от повышения, понижения и исчезновения напряжения в контактной сети;

защита от боксования и юза колесных пар;

прием команд с пульта машиниста на набор и сброс позиций;

управление ПСН и ПВ:

а) формирование сигналов подачи/снятия напряжения на электродвигатели компрессора и вентиляторов;

б) формирование сигналов задания величины и частоты напряжения питания вентиляторов в зависимости от нагрузки тяговых двигателей;

в) формирование сигналов подачи/снятия напряжения на преобразователи питания обмоток возбуждения тяговых двигателей в

режимах тяги и торможения;

г) формирование сигналов задания величины напряжения питания преобразователей питания обмоток возбуждения тяговых двигателей в режимах тяги и торможения;

д) формирование сигналов задания работы вспомогательных цепей в штатном/аварийных режимах (выбор режима резервирования);

е) формирование сигналов подачи/снятия напряжения питания цепей санитарно-гигиенического оборудования и кондиционера.

учет и хранение в памяти расхода электроэнергии на тягу и рекуперацию (без проведения метрологической экспертизы и без сертифицирования методов и средств измерения);

автоматическое управление режимами рекуперативного и реостатного торможения;

плавный вход в режим рекуперации;

режим предварительного подтормаживания с усилием не более 98 кН (10 тс) (независимо от числа секций);

регулирование заданного значения тока якоря;

ограничение значений тока якоря I_я и тока возбуждения I_в по максимальным величинам. Максимально реализуемая тормозная сила по условиям выдавливания вагонов должна быть ограничена величиной 500 кН (50 тс) независимо от числа секций;

ограничение величины напряжения на тяговых двигателях на уровне не более 4,1 кВ (в рекуперации);

ограничение тока якоря по условиям коммутации тяговых двигателей заданным соотношением тока якоря и возбуждения (уточняется при испытаниях);

индикация соответствующей позиции;

индикация позиции ослабления возбуждения;

индикация боксования или юза;

индикация превышения напряжения контактной сети;

индикация пониженного напряжения контактной сети;

индикация перегрузки тяговых двигателей;

индикация состояния ПСН, вентиляторов и компрессоров;

вывод аудиоинформации машинисту.

5. Алгоритм управления МСУД-001

Алгоритм управления МСУД-001 подразделяется на алгоритм функционирования БУТП-001 и БУО-002.

Обобщенный алгоритм функционирования БУТП-001

Алгоритм функционирования БУТП-001 приведен в соответствии с рисунком 3. После включения питания производится самодиагностика аппаратной части блока БУТП-001 (блок 2). Далее осуществляется ввод данных по системному интерфейсу (CAN1 или CAN2) от блока БУО-002 и дискретной информации по SPI-каналу от БВ-005 (блоки 3-4). В блоке 5 вводятся данные с датчиков системы. В случае ведущей секции осуществляется проверка включения выключателей ТОКОПРИЕМНИК 1, ТОКОПРИЕМНИК 2 на блоке выключателей S20, выключателя БВ, установки реверсивного переключателя в положение ВПЕРЕД/НАЗАД, рукоятки главного вала контроллера машиниста в зону ТЯГА или ТОРМОЖЕНИЕ и на основании проведенного анализа формируются команды на включение соответствующих вентилей на ведущей и ведомых секциях (блоки 6-7).

Если контроллер машиниста находится в нулевом положении, то производится начальная установка для ведущей и ведомых секций и передача по межсекционному каналу CAN3/CAN4 команд для ведомых секций и по внутрисекционному каналу CAN1/CAN2 сообщений для БУО-002 (блоки 8-11, 48). На ведущей секции в блоках 13-15 в зависимости от режима работы определяются задания тока и скорости для режима АВТОРЕГУЛИРОВАНИЯ или АВТОВЕДЕНИЯ. Далее в блоке 16 проверяется необходимость отключения БВ для защиты тяговых двигателей от перегрузок и токов короткого замыкания в режимах тяги, рекуперативного и реостатного торможения, пускотормозных резисторов от перегрузки в режиме тяги и реостатного торможения, от исчезновения напряжения в контактной сети, от недопустимого напряжения в контактной сети, от неправильного включения коммутационной аппаратуры силовой схемы электровоза.

В блоке 17 на основании данных от датчиков температуры и тока определяется частота вращения вентиляторов тяговых двигателей для передачи МПСУ ПСН. При возникновении боксования в режиме тяги или юза в режиме электрического торможения в блоке 19 осуществляется защита регулированием тока возбуждения и подсыпкой песка.

При отключении пары двигателей, БПТР, БВ или секции фиксируется аварийный режим работы и в случае электрического торможения разбирается схема с дальнейшим переходом в тяговый режим (блоки 21, 22, 26). При возникновении нештатной ситуации работа в режиме тяги осуществляется в соответствии с диаграммами включения контакторов для аварийных режимов (блок 45, 46). В штатном режиме при нахождении главной рукоятки контроллера машиниста в положении “ПТ” БУТП-001 собирает схему торможения. При дальнейшем передвижении рукоятки в зоне ТОРМОЖЕНИЕ в зависимости от положения тумблера S37 реализуется либо режим реостатного торможения, либо режим рекуперации (блоки 37-44).

В режиме тяги при собранной схеме (блоки 27-30) анализируется способ возбуждения тяговых двигателей (блок 31). Как при последовательном, так и при независимом возбуждении в режиме ручного управления набор и сброс позиций производится машинистом. В режиме автоматики при обоих способах возбуждения управление силовой схемой электровоза возлагается на БУТП-001. Все ветви алгоритма заканчиваются выдачей сообщений по внутрисекционному каналу CAN1 или CAN2 для БУО-002 и БИ и межсекционному для других секций, а также по SPI-каналу для БВВ-006 (блок 48).

Рисунок 3. Обобщенный алгоритм функционирования БУТП-001

Обобщенный алгоритм функционирования блока управления оборудованием БУО-002

Обобщенный алгоритм функционирования блока управления оборудованием БУО-002 приведен в соответствии с рисунком 4.

Рабочая программа, реализующая данный алгоритм, является циклической с фиксированным временем выполнения одного прохода. Исходя из технических решений, заложенных в БУО-002 и возложенными на него функциями управления, интервал повторения одного прохода принят равным 10 мс. Источником тактовых сигналов требуемой частоты является внутренний таймер контроллера, настроенный на требуемый интервал времени.

Запуск рабочей программы осуществляется по прерыванию от внутреннего таймера, настроенного на период 10 мс (блок 1). После пуска программы выполняется ввод/вывод данных сформированных в предыдущем проходе. Осуществляется ввод сигналов с АЦП, ввод импульсных сигналов, ввод дискретных сигналов с блока входных сигналов (БВ-005) и данных из последовательных каналов связи CAN и RS-485, вывод управляющих воздействий на блок дискретных выходных сигналов (БДВ-006), формирование массивов рабочей информации и передача их по последовательным каналам связи CAN и RS-485 (блок 2).

После получения необходимой информации определяется режим работы секции электровоза (блок 3): если работает от сети депо, то выполняется подключение вспомогательных машин и устройств к сети питания депо (блок 4). Иначе, если электровоз работает в автономном режиме, определяется составность электровоза и является секция ведущей или ведомой (блок 5). При получении информации от БУТП-001 о поднятии токоприёмников производится управление вентилями защита. Затем, если токоприёмники не подняты (блок 7), то программа переходит в режим ожидания следующего прерывания от внутреннего таймера (блок 21).

После поднятия токоприёмников (блок 7) происходит последовательно управление главным компрессором (блок 8), клапанами продувки и маслоотделителем (блок 13), реле для системы САУТ (блок 14), клапанами песочниц (блок 15), тифоном (блок 16), клапаном замещения и свистком срыва электрического торможения (блок 17), сигналом запрета гребнесмазывания (блок 18) и электроблокировочным клапаном (блок 19).

Также происходит последовательно управление устройствами подключёнными к ПСН: выдача сигналов управления на вентиляторы (блок 9), управление каналом питания устройств микроклимата (блок 10), подключение преобразователей возбуждения (блок 11).

Осуществляется алгоритм резервирования ПСН в аварийных режимах, при выходе из строя оборудования, подключённого к ПСН (блок 20).

После ввода/вывода данных и формирования управляющих сигналов программа переходит в режим ожидания прерывания от внутреннего таймера, настроенного на период 10 мс (блок 21).

Рисунок 4. Обобщенный алгоритм функционирования блока управления оборудованием БУО-002

Размещено на Allbest.ru