Блок контроля и управления объектами железнодорожной автоматики (бку)

Блок контроля и управления объектами железнодорожной автоматики (БКУ) используется в системах контроля и управления железнодорожными стрелками и сигналами. Содержит микроконтроллер и подключенные к нему сторожевой таймер, формирователь последовательного интерфейса RS-485 гальванической изоляцией, элементы ввода/вывода с гальванической изоляцией и с элементами защиты от перенапряжений и перегрузок по току. Микроконтроллер снабжен дополнительным портом ввода, к которому подключены N-позиционный переключатель кода адреса и элемент коммутации задания режимов. Для достижения высокой помехозащищенности заключен в пластмассовый корпус, который металлизирован изнутри, а металлизация соединена с заземленным корпусом статива, на котором установлен БКУ. Расширяются функциональные возможности, работы как в режиме управляющего контроллера с обеспечением функций ввода/вывода, так и в режиме опрашиваемого устройства ввода/вывода при обеспечении работы в жестких электромагнитных условиях. Достигается повышение эффективности организации работы систем обмена данными в устройствах железнодорожной автоматики и телемеханики, связанных с обеспечением безопасности движения поездов, также - сокращение затрат. 2 з.п. ф-лы. 1 ИЛ.

Полезная модель относится к железнодорожному транспорту, к железнодорожной автоматике и телемеханике. Может также использоваться в других отраслях, например, в импульсной, измерительной технике и автоматизации различных промышленных процессов.

Известны модули удаленного сбора данных и управления ADAM-4050, ADAM-4052 серии ADAM-4000 фирмы Advantech (Тайвань), (журнал «Современные технологии автоматизации», издательство «СТА-ПРЕСС» 2, 1997 г., стр.34-37). Каждый из этих модулей содержит микроконтроллер, сторожевой таймер, формирователь интерфейса RS-485 с гальванической изоляцией, подключенный к последовательному порту микроконтроллера, оптронные ключи ввода-вывода, подключенные к портам ввода-вывода микроконтроллера и вторичный источник питания с гальванической изоляцией обеспечивающий электропитание внутренних узлов модуля. Модуль ADAM-4050 обеспечивает ввод и вывод дискретной информации без гальванической изоляции. Модуль ADAM-4052 обеспечивает только ввод дискретной информации с гальванической изоляцией.

Недостатками указанных модулей ADAM являются: невозможность выключения цепей управления в случае их неисправностей, недостаточное количество цепей ввода дискретной информации и отсутствие автоматического контроля их исправности, а также отсутствие защиты выходных цепей управления от возможных перенапряжений и перегрузок по току.

Известно также устройство удаленного ввода-вывода дискретных сигналов с гальванической изоляцией ADAM-4055 серии ADAM-4000 фирмы Advantech (Тайвань) (www.advantech.com) и устройства удаленного ввода-вывода дискретных сигналов с гальванической изоляцией 1-7044, I-7063A, I-7063B, I-7065A, I-7065B серии 1-7000 фирмы ICP DAS Co. Ltd. (Тайвань) (Руководство пользователя "1-7000 DIO Manual" 2004 г., www.icp-das.ru). Устройства содержат микроконтроллер, узлы ввода и узлы вывода дискретных сигналов с элементами гальванической изоляции в виде оптронных ключей, формирователь интерфейса связи с гальванической развязкой, источник питания. В указанных устройствах выходы узла ввода дискретных сигналов подключены к входам порта ввода микроконтроллера, а входы узла вывода - к выходам порта вывода микроконтроллера, источник питания обеспечивает электропитание внутренних узлов устройства.

Недостатками данных устройств являются узкие функциональные возможности, в частности:

- отсутствие возможности программно задавать количество каналов ввода и каналов вывода устройства (их количество жестко задано его конструкцией и составляет 8 каналов ввода и 8 каналов вывода для ADAM-4055 или 8 каналов ввода и 3 канала вывода для 1-7063), вследствие этого при решении реальных задач автоматизации часть каналов может быть не использована, что снижает коэффициент использования каналов устройства и, следовательно, повышает стоимость системы автоматизации;

- постоянный и ограниченный набор функций устройств, не позволяющий гибко перестраивать функции каналов в зависимости от решаемой задачи, например для ADAM-4055 каналы ввода рассчитаны на напряжение от 0 до 50 В, каналы вывода рассчитаны для коммутации напряжения постоянного тока до 40 В, 0.2 А, а для 1-7063 В каналы ввода рассчитаны на напряжение от 0 до 30 В, каналы вывода рассчитаны для коммутации напряжения постоянного тока до 30 В, 1.0 А;

- при использовании "сухого контакта" с каналами дискретного ввода этих устройств требуется дополнительный источник питания;

- отсутствие защиты выходных цепей каналов дискретного вывода от возможных перегрузок по току.

Кроме того, отсутствие возможности самодиагностики состояния линий связи, посредством которых соединяются цифровые датчики и исполнительные элементы с входами и выходами устройства, снижает эксплуатационную надежность системы, в которой оно используется.

Известно также «Устройство удаленного ввода-вывода дискретных сигналов с гальванической изоляцией» (патент РФ 2356088 G06F 15/17, приор. 11.03.2008,), Изобретение относится к импульсной, измерительной технике и автоматизации различных промышленных процессов, в том числе, и на железнодорожном транспорте. В устройстве узлы ввода и вывода дискретных сигналов поканально объединены в узлы ввода-вывода дискретных сигналов, в качестве элемента гальванической изоляции используют импульсный трансформатор, включенный в схему преобразователя постоянного напряжения в постоянное. Выход этого преобразователя служит входом/выходом устройства, а напряжение, пропорциональное току потребления преобразователя, через фильтр нижних частот поступает на вход аналого-цифрового преобразователя микроконтроллера и на его порт ввода. Технический результат изобретения заключается в расширении функциональных возможностей, повышении эксплуатационной надежности устройства, упрощении его использования и в снижении стоимости систем, в составе которых оно используется.

Однако указанное устройство обладает недостаточными помехозащищенностью, что не может обеспечить безопасную работу в усиленных электромагнитных полях, а также функциональными возможностями.

Наиболее близкими по технической сущности и достигаемому эффекту к заявляемой полезной модели является «Устройство для удаленного контроля и управления объектами железнодорожной автоматики» (свидетельство на полезную модель RU 17312, 17.07.2000 г., МПК B61L 27/04).

Устройство состоит из узла ввода дискретных сигналов, имеющего несколько каналов, и узла вывода дискретных сигналов, имеющего несколько каналов, использующих элементы гальванической изоляции в виде оптронных ключей и подключенных к портам микроконтроллера, формирователя интерфейса связи с гальванической изоляцией, подключенного к последовательному порту микроконтроллера, источника питания, который обеспечивает электропитание внутренних узлов устройства.

Недостатком указанного устройства являются низкая помехозащищенность, что не обеспечивает безопасную работу в жестких электромагнитных условиях, а также узкие функциональные возможности, в частности:

- отсутствие возможности программно задавать количество каналов ввода и каналов вывода устройства - их количество жестко задано его конструкцией, вследствие этого при решении реальных задач автоматизации часть каналов может быть не использована, что снижает коэффициент использования каналов устройства и, следовательно, повышает стоимость системы автоматизации;

- постоянный и ограниченный набор функций устройства, не позволяющий гибко перестраивать функции каналов в зависимости от решаемой задачи, поэтому при решении задач автоматизации, в которых используются разнообразные каналы ввода-вывода вывода, коэффициент использования каналов устройства еще больше сокращается и, как следствие, еще больше повышается стоимость системы автоматизации;

Кроме того, отсутствие возможности самодиагностики состояния линий связи, посредством которых соединяются цифровые датчики и исполнительные элементы с входами и выходами устройства, снижает эксплуатационную надежность системы, в которой оно используется.

Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является расширение функциональных возможностей, работы как в режиме управляющего контроллера с обеспечением функций ввода/вывода, так и в режиме опрашиваемого устройства ввода/вывода при обеспечении работы в жестких электромагнитных условиях, а также в снижении стоимости систем, в состав которых входит данный блок.

Технический результат, который может быть получен при использовании полезной модели, заключается в повышении эффективности организации систем обмена данными в устройствах железнодорожной автоматики и телемеханики, связанных с обеспечением безопасности движения поездов и сокращении затрат.

Поставленная задача решается за счет того, что в блоке контроля и управления объектами железнодорожной автоматики (БКУ), содержащем микроконтроллер и подключенные к нему сторожевой таймер, формирователь последовательного интерфейса RS-485 с гальванической изоляцией, элементы ввода/вывода с гальванической изоляцией и с элементами защиты от перенапряжений и перегрузок по току, размещенные в корпусе, - микроконтроллер снабжен дополнительным портом ввода, к которому подключены N-позиционный переключатель кода адреса и элемент коммутации задания режимов.

Кроме того корпус выполнен пластмассовым, металлизированным изнутри, при этом металлизированное покрытие соединено с заземленным корпусом статива, на котором блок установлен.

Таким образом, решение поставленной задачи достигается за счет построения систем на основе связи по интерфейсу RS-485 двух устройств, одно из которых с помощью элемента коммутации задания режимов включается в режим управляющего контроллера, а другое, также с помощью элемента коммутации задания режимов, включается в режим опрашиваемого устройства, что позволяет им обмениваться данными о состоянии своих входов и выходов. Задание защитных кодов адреса позволяет повысить контролируемость передаваемых данных. Заземление металлизированного пластмассового корпуса обеспечивает высокую защиту от электромагнитных помех.

Сущность полезной модели поясняется чертежом. На фиг.1 представлена структурная схема БКУ.

Блок контроля и управления объектами железнодорожной автоматики содержит:

- микроконтроллер 1 с портами ввода 2 и вывода 3;

- сторожевой таймер 4;

- интерфейс RS-485 с гальванической изоляцией 5;

- элементы ввода дискретных сигналов контроля 6;

- элементы вывода дискретных сигналов управления 7;

- пластмассовый корпус 8 с внутренней металлизацией 9 и заземлением 10;

- N-позиционный переключатель кода адреса 11;

- элемент коммутации 12.

Описание работы БКУ.

Блок контроля и управления объектами железнодорожной автоматики с помощью элемента коммутации 12 включает микроконтроллер 1 в один из двух режимов - управляющего контроллера или опрашиваемого устройства.

В режиме управляющего контроллера он циклически опрашивает входные сигналы элементов ввода 6 через порт ввода 2 и формирует сообщение через интерфейс RS-485-5 на опрос блока, включенного в режим опрашиваемого устройства. При получении от опрашиваемого блока ответного сообщения, он формирует сигналы в порт вывода 3, соответствующие состоянию входов опрашиваемого блока, и передает их на выход через элементы вывода 7.

В режиме опрашиваемого устройства блок циклически опрашивает состояние своих входов через элементы ввода 6 и порт ввода 2, ожидает запроса от управляющего контроллера через интерфейс RS-485-5.

При получении запроса он формирует сигналы в порт вывода 3, соответствующие входам блока, включенного в режим управляющего контроллера и передает ответное сообщение управляющему контроллеру о состоянии своих входов через элементы вывода 7.

Таким образом, при обмене между блоками выходы одного блока соответствуют входам другого блока.

Информация о защитном коде адреса используется для повышения защищенности данных передаваемых по интерфейсу RS-485-5.

Использование пластмассового корпуса 8 защищает от статического электричества, а заземление 10 металлизации 9 внутреннего покрытия корпуса 8 защищает от электромагнитных воздействий, что позволяет использовать блоки в жестких электромагнитных условиях.

N-позиционный переключатель кода адреса 11 позволяет задавать двоичные адреса БКУ через порт ввода 2.

Практическое использование предлагаемой полезной модели может быть реализовано для передачи блокировочных сигналов между станциями перегона, оборудованного системой полуавтоматической блокировки, а именно, «Устройством для полуавтоматического регулирования движением поездов с цифровым каналом», что обеспечивает возможность использования цифровых каналов связи вместо физической линии связи.

1. Блок контроля и управления объектами железнодорожной автоматики (БКУ), содержащий микроконтроллер и подключенные к нему сторожевой таймер, формирователь последовательного интерфейса RS-485 с гальванической изоляцией, элементы ввода/вывода с гальванической изоляцией и с элементами защиты от перенапряжений и перегрузок по току, размещенные в корпусе, отличающийся тем, что микроконтроллер снабжен дополнительным портом ввода, к которому подключены N-позиционный переключатель кода адреса и элемент коммутации задания режимов.

2. Блок контроля и управления объектами железнодорожной автоматики (БКУ) по п.1, отличающийся тем, что корпус выполнен пластмассовым с металлизированным покрытием изнутри, при этом металлизированное покрытие соединено с заземленным корпусом статива, на котором установлен блок.