Системы сбора и управления информацией на основе серийных программируемых контроллеров

     Рис. 8. Структурная схема блока СЧД-10 

     Синтезатор  сетки частот (на основе программируемой  логической матрицы) позволяет формировать  необходимые частоты (образцы сигналов) для синхронного детектирования частот, поступающих от АКСТ-СЧМ. Десятиканальный  цифровой детектор с компаратором уровня сигнала обеспечивает одновременную  обработку сигналов от 10 АКСТ.

     Выделенные  детектором сигналы поступают на устройства усиления и гальванической развязки и индикации и далее  с выходов СЧД (оптронные ключи) в концентратор для анализа и  последующих преобразований информации.

     Работу  блока СЧД-10 обеспечивает источник питания, представляющий собой стабилизированный  однотактный преобразователь постоянного  напряжения 24—32 В в посто-янное  напряжение 12 и 5 В.

5. Программируемые индустриальные контроллеры

     Для съема информации со станционных  устройств в системе АПК-ДК используются приборы ПИК-10 и ПИК-120, выполненные  на основе программируемых индустриальных контроллеров (ПИК).

     Прибор  ПИК-10 имеет 10 аналоговых и 10 цифровых входов и предназначен для следующего:

     измерения средних значений напряжений на обмотках путевых реле;

     преобразования  переменного напряжения на цифровом входе в сигнал логической 1 и  логического 0 при его отсутствии;

     измерения сопротивления изоляции внешних  цепей;

     преобразования  в цифровой вид измеренных значений напряжения и передачи на внешний  процессор в виде 10-разрядного кода;

     передачи  измеренных значений сопротивления  изоляции в виде последовательного  цифрового кода на внешний процессор  по его запросу;

     формирования  сигнала включения внешнего модема.

     В ПИК-10.2 внешние измеряемые напряжения подаются на 10 аналоговых дифференциальных входов. Измерения начинаются, если на микроконтроллер от внешнего процессора поступает соответствующая команда.

     Аналоговые  входы микроконтроллер опрашивает, последовательно подключая каждый из них к общему аналого-цифровому  преобразователю АЦП.

     Входы переключаются релейно-транзисторным  коммутатором. Измеряемое напряжение выпрямляется прецезионным выпрямителем, фильтруется фильтром низкой частоты  ФНЧ и в виде однополярного  аналогового сигнала с напряжением, равным среднему значению входного сигнала, подается через мультиплексор на АЦП, где преобразуется в восьмибитный код.

     При измерении сопротивления изоляции +24 В подключаются к внешнему проводу  и измеряют сопротивление току утечки на «землю».

     Цепь  тока утечки (измерения): +24 В, R_B и ФНЧ и входные сопротивления аналогового преобразователя дифференциального сигнала в однополярный на внешний провод, подключенный релейно-транзисторным коммутатором аналоговых дифференциальных сигналов, сопротивление изоляции, - 24 В. Для измерения на АЦП через мультиплексор подается напряжение, выделяемое на и пропорциональное сопротивлению изоляции.

     Во  избежание влияния на измерение  сопротивления изоляции входного переменного  напряжения параллельно  подключен конденсатор, образующий совместно с и R_B низкочастотный фильтр

     Для повышения точности измерений напряжения и сопротивления изоляции по каждому  каналу полученные данные усредняются  за 256 выборок. Это позволяет измерять напряжение с точностью 2%, а сопротивление  изоляции 5%.

     Десять  цифровых входов через оптронные  преобразователи подключаются к  соответствующим входам портов контроллера.

     Если  на цифровом входе присутствует переменное напряжение, на выходе оптрона возникает  пульсирующее напряжение с амплитудой, соответствующей транзисторно-транзисторной  логике (ТТЛ). В противном случае на выходе устанавливается постоянное напряжение +5 В.

     Связь микроконтроллера с управляющим  внешним процессором устанавливается  по двум последовательным линиям R_x и R_x типа «токовая петля» или через интерфейс RS-485 с максимальной скоростью до 9600 Бод. Одновременно к одной линии связи может быть подключено до 16 приборов ПИК-10 с индивидуальными адресами.

     На  линейных пунктах необходимо контролировать большое число дискретных датчиков — реле ЭЦ. Для этой цели используются приборы ПИК-120 с 120 цифровыми входами, распределенными на 15 независимых  групп по восемь входов в каждой.

   Прибор  ПИК-120М предназначен:

• для преобразования в стандартный цифровой вид постоянного или переменного напряжения, поступающего на цифровые входы. Присутствие напряжения на конкретном входе   преобразуется   в   логическую  единицу,  отсутствие - в логический ноль в соответствующем бите байта;
• для передачи полученного в результате преобразования массива данных на внешний хост-процессор по его запросу;
• для формирования сигнала включения внешнего модема радиоканала или других средств связи.

   Система АПК ДК работает с дискретными  сигналами, снимаемыми с пульта управления, и аналоговыми сигналами, снимаемыми с путевых реле. По этой причине  шкафы с контроллерами, реализующие  сбор дискретной информации, целесообразно  разместить в помещении, где расположен пульт дежурного по станции.

   На  рис 9 изображена функциональная схема прибора ПИК-120М.  В состав прибора ПИК -120М входят: плата микроконтроллера;  корпус с одним разъёмом СН2-10ШБ и пятью блочными разъёмами РП14/30.   

Рис. 9. Функциональная схема прибора ПИК-120М. 

На сто  двадцать цифровых дифференциальных входов оптронного преобразователя могут  поступать  постоянные напряжения в  диапазоне -36В ÷+36В или переменные напряжения амплитудой 36В  и частотой 50Гц. Эти напряжения через ограничительные резисторы прикладываются к оппозитно включённым светодиодам входных оптронов.

   Эмиттерные  выводы фототранзисторов оптронов каждой группы через последовательно соединённые с ними диоды также объединены в одну цепь.  Далее, цепи поступают на выходы порта микроконтроллера. Устанавливая высокий уровень напряжения на каком-либо проводе, можно блокировать выходы соответствующей  группы оптронов.

   Коллекторы  фототранзисторов одноимённых групп  оптронов нагружены на общий резистор, образуя схему "ИЛИ" (в каждой из восьми сборок по 15 коллекторов). Для фототранзисторов первых оптронов в группах это цепь "OUT1", для вторых "OUT2",..., для восьмых "OUT8". Эти цепи "OUT1"..."OUT8" соединены с восемью входами преобразователя уровня, формирующего на своих выходах напряжения с уровнями ТТЛ. Если на каком-либо цифровом входе активной группы оптронов есть напряжение, то на соответствующем выходе преобразователя присутствует низкий уровень напряжение. В противном случае на выходе формируется постоянное напряжение +5В. 

   В каждый момент времени активной может  быть только одна группа оптронов. На выходе преобразователя формируются напряжения, соответствующие этой группе оптронов, и подаются на восемь входов порта микроконтроллера для дальнейшего преобразования этого ряда сигналов в один байт.

   Независимо  от посылок ХОСТ-процессора прибор ПИК-120М непрерывно ведёт обработку  сигналов, поступающих на цифровые  входы.

   Электропитание  микроконтроллера и других активных и пассивных компонентов  ПИК-120М  осуществляется от стабилизатора напряжения +5В. На вход стабилизатора подаётся нестабильное напряжения +10В от внешнего выпрямителя. Связь микроконтроллера с управляющим ХОСТ-процессором осуществляется по двум последовательным линиям  типа "токовая петля". Выходы микроконтроллера и линия связи соединены через развязывающие оптронные преобразователи.

   Одновременно  к линии связи может быть подключено 16 приборов ПИК-120М. Для исключения воздействия  наводок, все светодиоды оптронов зашунтированы  резисторами сопротивлением 10 кОм. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

   Заключение:

   В данной работе рассмотрен процесс автоматизации  сбора информации о перевозочном процессе на железнодорожном транспорте; классификация систем управления поездной работой. Подробно описан принцип работы автоматизированных систем диспетчерского контроля и, в частности, системы АПК-ДК – автоматизированной системы на базе программируемых контроллеров. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

   Список  используемых обозначений:

   АКСТ - автоматы контроля сигнальных точек

   АЛС – автоматическая локомотивная сигнализация

   АСДК – автоматизированная система диспетчерского контроля

   АСОУП – автоматизированная система оперативного управления перевозками

   АЦП – аналого-цифровой преобразователь

   БУ – блок-участок

   ГЛС -  генератор линейных сигналов

   ДК -  система диспетчерского контроля

   ДСН – двойного снижения напряжения (линия)

   ДЦ – система диспетчерского управления

   ЖАТ – железднодорожная автоматика

   КДК – контроллер диспетчерского контроля

   МАЛ -  модуль линейный  аналоговый

   ПК – приемный канал

   СЦБ – сигнализация, централизация и блокировка

   ТТЛ – транзисторно-транзисторная логика

   ФНЧ  - фильтр низких частот

   ЭЦ -  электрическая централизация 
 
 
 
 
 
 
 

   Список литературы:

1. Е.Р. Крамаренко, Системы сбора информации на железнодорожном  транспорте (курс лекций)
2. С.Кузнецов, В. Половинкин, Система «Движение»: стационарная аппаратура, центральный пост и единая система радиосвязи (журнал СТА№4 за 2000 год – Современные технологии в автоматизации)
3. Л.А. Кондратьева, О.Н. Ромашкова, Системы регулирования движения на железнодорожном транспорте
4. www.scbist.com – железнодорожный форум
5. www.nilksa.ru – научно-исследовательская лаборатория «Компьютерные системы автоматики»