7.4. Принцип работы микропроцессорного контроллера

Начиная со второй половины 90-х гг прошлого века все ДК построены на базе микропроцессоров. Каждый микропроцессор представляет собой миниатюрную ЭВМ с энергозависимой памятью, в которой записывается вся программа управления ДК. Поэтому весь принцип работы основных устройств реализуется программным путем. В память также записывается конфигурация ДК, схема подключения ламп светофоров, работа с линией связи и внешними устройствами и т.п.

Команды управления, пришедшие одновременно от нескольких внешних устройств (ЦУП, ВПУ, ТВП, ДТ), разделяются в зависимости от приоритетности этих устройств.

Управляющие светофорами ДКМП отличаются более высокой надежностью. Эксплуатация ДК упрощается, т.к. изменение программы его работы не связано с перепайкой перемычек в коммутаторах блоков или заменой самих блоков.

В состав ДКМП входят (см. рисунок 49):

- вычислительный модуль;

- узел ввода-вывода;

- силовой узел;

- периферийный узел обмена информацией (если ДК работает в составе АСУД);

- узел синхронизации программ (если ДК работает в составе АСУД).

Рисунок 49 – Структурная схема контроллера микропроцессорного ДКМП

Узел синхронизации программ необходим при подключении к ДКМП таких же ДК с целью организации магистральной бесцентровой системы координированного управления.

Узел обмена информацией применяется при подключении ДКМП к централизованной системе управления движением (когда группой ДК управляют из ЦУПа). Кроме того, этот же узел используется для связи ДКМП с УЗН или аппаратурой приоритетного пропуска спецтранспорта.

Вычислительный модуль включает в себя центральный процессор (ЦП), оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) и энергонезависимое полупостояноое запоминающее устройство (ППЗУ).

ЦП выполняет логические и арифметические операции по формированию команд на переключение сигналов светофора и по обработке информации, поступающей от ДТ и других внешних устройств.

В ОЗУ хранятся данные, которые меняются в процессе обработки информации – промежуточные результаты вычислений, входная информация и т.д.

В ППЗУ хранятся постоянные или редко меняющиеся массивы информации, необходимые для управления движением на перекрестке.

Связь вычислительного модуля со всеми узлами ДКМП обеспечивается через интерфейсную магистраль – средство сопряжения ЭВМ с внешними устройствами.

Узел ввода-вывода связывает вычислительный модуль с органами управления ДК и ДТ. К этому узлу подключается инженерная панель (ИП), с которой можно осуществить ввод ОЗУ новых параметров управления, а также ручное включение режимов в соответствии с их приоритетом, заложенным в ДК.

На ИП с помощью соответствующей индикации выводится информация о режиме функционирования ДК и его исправности.

Силовой узел ДКМП передает информацию от вычислительного модуля к тиристорам и обратно, обеспечивает запоминание информации о включенных тиристорах и бесконтактное переключение ламп светофоров.

7.5. Устройство и технические характеристики контроллеров (на примере дкс-д)

В зависимости от времени выпуска ДК и элементной базы можно выделить три поколения контроллеров:

- первое поколение – конец 60-х – 1980 г (только пофазное управление, две-три фазы);

- второе поколение (АСС УД) – 1980 – 1985 гг (возможно пофазное и потактное управление. ДК на унифицированных блоках. Применение микросхем.)

АСС УД – агрегатная система средств управления дорожным движением. Включает в себя агрегатный комплекс ТСОДД, математическое обеспечение и программное обеспечение.

- третье поколение – с 1985 г (возможна работа ДК на любой программе. В ДК применяются микропроцессоры).

Контроллер ДКС-Д предназначен для работы на городских перекрестках с малой и средней сложностью организации движения и осуществляют:

- координированное управление транспортными и пешеходными светофорами в составе АСУД;

- локальное управление движением транспорта и пешеходов по жесткой временной программе, выбираемой в зависимости от времени суток, дня недели, месяца;

- оперативное задание режима «Желтое мигание» от встроенного тумблера ЖМ.

Внешний вид ДКС-Д

ДКС-Д могут работать в составе АСУ дорожным движением разных поколений, таких как АСС-УД, АСУД «Сигнал», АСУД-С, КТС-М. ДКС-Д рассчитаны на непрерывную круглосуточную работу в стационарных условиях на открытом воздухе при температуре от -40 до +50 С.

Технические характеристики ДКС-Д.

Максимальное число выходных силовых цепей для подключения групп светофорных ламп – 16. При подключении светодиодных секций сохраняются все функции контроля.

Максимальное количество направлений – 6.

Максимальное количество регулируемых фаз – 6.

Максимальный ток нагрузки, коммутируемый в любой момент времени, – 15 А.

Максимальный ток нагрузки одной силовой цепи – не более 3 А для ламповой нагрузки и не более 1,2 А для светодиодной нагрузки.

Минимальный ток нагрузки одной силовой цепи соответствует току лампы накаливания мощностью 60 Вт, для светодиодной нагрузки – 40 мА.

Контроллеры ДКС-Д обеспечивают возможность щадящего включения ламп, увеличивающего ресурс их работы в 1,5 – 2 раза.

ДКС-Д обеспечивают возможность работы ламп при пониженном напряжении питания (режим «полнакала») в вечернее и ночное время суток по команде из ЦУПа.

ДКС-Д обеспечивают контроль на перегорание красных ламп.

Также ДКС-Д обеспечивают контроль на включение до шести групп зеленых ламп.

ДКС-Д обеспечивают контроль перегрузки и короткого замыкания по каждой силовой цепи и при их обнаружении – отключение данной силовой цепи с возможностью сохранения режима переключения фаз либо режима «ЖМ» в случае перегорания с коротким замыканием последней контролируемой красной лампы в группе.

ДКС-Д обеспечивают гибкую схему организации движения в следующих сочетаниях:

• максимальное количество транспортных направлений – 5, шестое направление – «стрелка»;

• транспортных направлений – 4, пешеходных – 2;

• любое количестве транспортных, пешеходных направлений и «стрелок» с учетом распределения их по пяти транспортным направлениям.

Привязка силовой цепи (тиристора) к цвету осуществляется предварительным программированием специальной микросхемы с помощью стационарной ПЭВМ и может быть частично изменена на месте эксплуатации с помощью пульта инженерного (ПИ).

Число вызывных фаз от ТВП – не более 2.

Контроллеры ДКС-Д обеспечивают следующие основные временные параметры:

- интервал изменения длительности основных тактов – от 1 до 120 с;

- интервал изменения длительности промежуточных тактов – от 3 до 20 с;

- длительность одновременного включения красного и желтого сигналов светофоров перед включением зеленого сигнала – 3 с;

- длительность мигания зеленого сигнала светофоров непосредственно перед его выключением – 3 с;

- интервал изменения длительности минимального времени зеленого сигнала светофоров по любому направлению транспорта – от 3 до 60 с;

- дискретность изменения временных установок – 1 с;

- погрешность отсчета интервалов времени – не более 0,003 %.

При отработке «Зеленого мигания» и «Желтого мигания» ДКС-Д обеспечивают следующие параметры мигающих сигналов:

• число миганий в минуту – 60;

• длительность включенного состояния ламп светофоров в течение одного мигания – 0,5 с.

Дорожные контроллеры ДКС-Д обеспечивают работу в локальном режиме по одной из временных программ, задаваемых внутренним таймером реального времени в зависимости от времени суток, дня недели, месяца. Одна из программ – «Желтое мигание». Максимальное количество временных программ – 8. В течение всего срока службы ДКС-Д обеспечивается сохранение показаний таймера при кратковременном отключении сетевого напряжения.

К ДКС-Д возможно подключение пульта инженерного, с помощью которого осуществляется контроль состояния контроллера, ручное управление его работой, установка таймера реального времени и ряд сервисных функций, обеспечивающих возможность запуска ДКС-Д на перекрестке и дальнейшего обеспечения и проверки его работоспособности.

Устройство ДКС-Д.

ДКС-Д содержит основные составные части, приведенные на рисунке 50 для ДКС-Д, ДКС-Д16, а также соединительные элементы. Модели ДКС-Д отличаются друг от друга модификацией используемого блока ДКС-Д (наличием или отсутствием в нем платы Ц и модификацией панели ПЛ и платы Р16), а также типом соединительных элементов (под винт или под пружину), типом подключаемой нагрузки (лампы или светодиоды) и размерами компоновочного шкафа, в котором располагаются все составные части контроллера.

Рисунок 50 – Состав ДКС-Д

Конструктивно ДКС-Д выполнены в виде навесного металлического шкафа, имеющего дверь, закрываемую на секретные замки. На задней стенке шкафа имеются вентиляционные отверстия, защищенные от попадания воды, на днище – отверстия для ввода кабелей. Внутри шкафа в его верхней части установлен по направляющим блок ДКС-Д, в нижней части на кронштейне расположены розетка и предохранитель для подключения к сети внешних потребителей и ответная часть разъема для стыковки с блоком.

С лицевой стороны блока слева находится панель ПЛ, справа – силовой узел. Блок имеет мезонинную архитектуру расположения основных составных частей: к панели ПЛ, позади нее, укреплена плата Р16, к тыльной стороне блока укреплена плата ДКС-Д. Указанные части соединяются между собой разъемными жгутами. С тыльной стороны платы ДКС-Д блок защищен экраном. Структура построения ДКС-Д приведена на рисунке 51.

Силовой узел предназначен для ввода, распределения и подачи вручную сетевого напряжения, кроме того, он содержит плату УСМ и источник питания ИП-ДКС-Д. Плата УСМ обеспечивает отключение сетевого напряжения (отключение светофоров) по сигналу «ОС конфл.» при возникновении конфликтной ситуации. Источник питания ИП-ДКС-Д формирует напряжение +5 В для питания остальных узлов, а также формирует признак перехода синусоиды через ноль «Синхр.1» и «Синхр.2». На лицевой панели силового узла расположен автоматический выключатель «СЕТЬ», тумблер для включения источника питания «СЕТЬ ИП», предохранитель «СЕТЬ 2А» и индикатор напряжения «+5 В».

Панель ПЛ выполнена в четырех модификациях.

С лицевой стороны панели ПЛ и ПЛ-02 расположены:

• индикаторы единичные «Р» и «Н», которые включаются соответственно при работе и неисправности;

• предохранители («5 А» для ПЛ и «2 А» для ПЛ-02), обеспечивающие защиту выходных силовых цепей от перегрузок и короткого замыкания;

• тумблер ЖМ для включения режима ЖМ;

• розетка «ПИ RS485» для подключения пульта инженерного ПИ по стыку RS485.

Рисунок 51 – Структурная схема ДКС-Д

С лицевой стороны панелей ПЛ-01 и ПЛ-03 расположены:

- индикаторы единичные «Р», «Н» и «ЛС», которые включаются соответственно при работе, неисправности и обмене по линии связи с ЦУП;

- предохранители, обеспечивающие защиту выходных силовых цепей от перегрузок и короткого замыкания;

- тумблер ЖМ для включения режима ЖМ;

- розетка «ПИ RS485» для подключения пульта инженерного ПИ по стыку RS485 и розетка «ИЦ» для подключения имитатора центра ИЦ.

С монтажной стороны панели любой модификации слева на стойках размещены:

- розетка А3-XS3 «FU1-FU16» для связи панели с платой ДКС-Д по цепям «1F» – «16F»;

- вилка А1-ХР1 «Л1-Л8» для связи платы Р16 с платой ДКС-Д по цепям «Л1» – «Л8».

Плата ДКС-Д выполняет функции узла управления и контроля, обеспечивающего программно-аппаратным путем реализацию заданных алгоритмов взаимодействия ДКС-Д с внешними устройствами и задач управления светофорной сигнализацией, а также контроль работоспособности.

Плата Р16 содержит токосъемные резисторы для контроля перегорания ламп нагрузки (модификация Р16) или светодиодных секций (модификация Р16-01).

Принципиальное построение модификаций ДКС-Д приводится на электрической схеме.

Сетевое напряжение подается на вилку XP1 силового узла, откуда поступает на тумблер «СЕТЬ ИП» для питания источника ИП-ДКС-Д и на автоматический выключатель «СЕТЬ».

Тумблером G1 «СЕТЬ» сетевое напряжение подается через розетку XS2 силового узла на вилку А3-XP2 панели ПЛ (ПЛ-02), откуда общий провод сетевого напряжения подается на плату Р16 (Р16-01) и плату ДКС-Д.

Тумблером S1 «СЕТЬ ИП» сетевое напряжение через вставку плавкую FU1 «СЕТЬ 2 А» подается на розетку XS1 силового узла, к которой подключена вилка XP1 источника ИП-ДКС-Д. С вилки XP1 источника ИП-ДКС-Д снимается напряжение «+5 В», которое через розетку XS1 силового узла поступает для включения индикатора «+5 В».

Формируемые источником ИП-ДКС-Д напряжения питания через розетку XS1 источника подаются на вилку А3-XP1 панели ПЛ (ПЛ-02), откуда через розетку А3-ХS1 панели ПЛ (ПЛ-02) поступает на вилку XP3 платы ДКС-Д напряжение «+5 В», а на розетку XS5 панели ПЛ (ПЛ-02) – напряжение «+ 5 В ПИ» для питания пульта ПИ. На эту же розетку с вилки ХР2 платы ДКС-Д через розетку А3-ХS4 панели приходят цепи «А» и «B» для обмена по стыку RS485.

На вилку XP3 платы ДКС-Д от источника ИП-ДКС-Д передаются через розетку XS1 источника, вилку А3-XP1 и розетку А3-XS1 панели сигналы «Синхр.1» и «Синхр.2».

С вилки А4-ХР1 платы ДКС-Д через розетку А3-XS3 и вилку А3-XP2 панели ПЛ (ПЛ-02) транслируются на розетку XS32 силового узла сигналы «ОС конфл.» и «+5 В», поступающие на плату УСМ для отключения питания при возникновении конфликтной ситуации.

Связь между платой ДКС-Д и платой Р16 (Р16-01) осуществляется по цепям «Л1» – «Л8» через розетку А4-XS1 платы ДКС-Д и вилку А1-XP1 платы Р16 (Р16-01).

Связь между платой ДКС-Д и панелью ПЛ (ПЛ-02) по цепям «FU1» – «U16» осуществляется через вилку А4-XP1 платы ДКС-Д и розетку А3-XS3 панели ПЛ (ПЛ-02).

Силовые цепи и цепи связи с ТВП платы ДКС-Д выведены на розетку А4-XS2 платы ДКС-Д.

Напряжение питания «+5 В Ц» и «0 В Ц» поступает на розетку XS7 платы Ц (от источника ИП-ДКС-Д через розетку XS1 источника и вилки А3-XP1, А3-ХР5 панели ПЛ-01 и ПЛ-03).

Цепи обмена информацией по стыку RS485 выведены на розетку XS1 платы Ц и через вилку А3-XP3 панели ПЛ-01 и ПЛ-03 подсоединяются к розетке XS5 панели.