1.2.2 Описание работы

1.2.2.1 Описание принципа работы эб кппу-4

Принцип работы поясняется по блок-схеме (рис. 6).

ЭБ КППУ-4 подключается к вагонной проводке через блок коммутации (БК), в котором клеммные колодки типа «WAGO» конструктивно объединены в две группы XI и Х2. Состав сигналов по группам XI и Х2 приведён в таблицах 2 и 3 соответственно.

Конструктивно ЭБ КППУ-4 выполнен в виде трех модулей:

• модуль индикации - ИТ4.036.703; -модульуправления -ИТ4.036.704;

• модуль питания - ИТ4.036.702.

Электрические связи между модулями выполнены с помощью плоских кабелей. На платах модулей установлены ответные разъемы с защелками (принудительными фиксаторами).

1.2.2.2 Описание принципа работы составных частей ЭБ КППУ-4 Модуль индикации ИТ4.036.703

Модуль индикации состоит из печатной платы с радиоэлектронными компонентами, установленной на металлической панели. На плате смонтированы кнопки управления, светодиодные индикаторы, разъем интерфейса USB. Модуль индикации представляет собой законченную сборочную единицу и крепится в корпус электронного блока с помощью 6-ти винтов. С внешней стороны на металлической панели закреплена фалыппанель с пояснительными надписями.

Внешний вид фальшпанели показан на рис. 7.

Модуль индикации является связующим элементом между системой и обслуживающим персоналом.

В левом верхнем углу модуля индикации расположен светодиод красного цвета с надписью «Уровень питания ниже нормы». Этот светодиод сигнализирует о пониженном уровне подводимого к прибору бортового напряжения. Сам прибор еще находится в работоспособном состоянии, но выполнять функции по управлению не может, т.к. при таком пониженном напряжении не срабатывают электропневмоклапаны.

Два светодиода «ЗАЩИТА» красного цвета будут гореть, если в какой либо из подводящей цепей бортового питания произошла авария.

Светодиод «Включено» сигнализирует о включении прибора.

Группа светодиодов «МРТ», «Блокировка дверей» и «Закрытие дверей» сигнализирует о выдаче или снятии соответствующих управляющих сигналов при достижений порогов скорости, если это предусмотрено конструкцией вагона. Если выдача этих сигналов не предусмотрена, светодиоды выключены.

Светодиоды «Связь СКДУ», «RX» и «ТХ» индицируют об обмене информационными пакетами между системой СКДУ вагона и КППУ-4.

Самый нижний светодиод в этой группе зеленого цвета, с соответствующим логотипом зажигается зеленым цветом, когда к разъему подключается кабель технологического компьютера.

Четыре группы светодиодов (по одной для кавдой колесной пары) имеют многофункциональное назначение:

На стоянке:

- индикация неисправности цепей осевых датчиков и цепей электропневмоклапанов (неисправности в эл. цепях клапанов индицируются мигающим горением соответствующих светодиодов, а неисправность осевого датчика индицируется постоянным горением соответствующего светодиода).

В движении при наличии сигнала торможения:

- отключение канала управления при обнаружении неисправности какого-либо элемента канала управления или превышении времени управляющего воздействия (более 5 секунд) индицируется постоянным горением красным свечением всего столбца соответствующей колёсной пары (кроме светодиодов «СД»;

На стоянке и при движении горение светодиодов группы «СД» соответствуют состоянию контактов сигнализаторов давления, установленных в пневмоцепях тормозных цилиндров колесных пар. При наличии давления - соответствующих светодиод светится.

На лицевой панели модуля индикации установлены кнопки управления. Кнопка «СБРОС» предназначена для оперативного перезапуска системы. Остальные кнопки предназначены для тестирования каналов управления и измерения времени сброса воздуха из тормозных цилиндров. Кнопки работают только во время стоянки и при наличии давления в тормозных цилиндрах, при этом измерение времени сброса сжатого воздуха из тормозных цилиндров следует производить только при наличии давления экстренного торможения в рабочих тормозных цилиндрах колёсных пар. Во время движения, не зависимо от величины скорости движения вагона, кнопки блокируются центральным процессором модуля управления.

Модуль питания ИТ4.036.702

Модуль питания состоит из печатной платы с установленными радиоэлектронными компонентами.

Модуль питания относится к классу DC-DC преобразователей. Это импульсный преобразователь постоянного напряжения в сетку постоянных напряжений работающий в диапазоне входных напряжений постоянного тока ±40% от номинального. Защиту модуля питания от кратковременных перегрузок по напряжению выполняет электронная схема, включенная между входным напряжением и преобразователем. Вход источника питания защищен от переполюсовки входного напряжения.

На выходе модуль питания выдаёт набор стабилизированных напряжений:

- 5 В/1 - напряжение питания цифровой части электронного блока КППУ-4; -15/1 В - напряжение питания осевых датчиков;

-15/2 В - напряжение питания цепей диагностики ЭПК и цепей сигнализаторов давления.

-5 В/2 - напряжение питания гальванической развязки интерфейса RS-485.

Выходные цепи преобразователя напряжения оборудованы схемами защиты от перегрузок и коротких замыканий.

При снижении входного напряжения ниже -40% от номинального, модуль питания автоматически отключается.

Все выходные напряжения гальванически независимы.

Модуль управления ИТ4.036.704

Модуль управления (МУ) состоит из печатной платы с установленными радиоэлектронными компонентами. В корпусе прибора МУ установлен на 8-и стойках. Электрические соединения с модулем питания и модулем индикации выполнены через разъемы с помощью плоских кабелей. Для сопряжения с блоком коммутации, на плате установлены два разъема для подключения плоских кабелей, которые выводятся через щель за пределы корпуса ЭБ.

Общая синхронизация всех узлов МУ осуществляется от кварцевого генератора с частотой 24 МГц.

МУ состоит из следующих функциональных узлов:

• узел приема сигналов от ОД;

• узел анализа состояния цепей ОД;

• узел первичной обработки сигналов от ОД;

• узел расчета ускорения/замедления каждой колесной пары;

• узел формирования напряжений питания ОД;

• узел приема сигналов от СД;

• узел анализа состояния цепей управления ЭПК;

• узел счета времени сброса воздуха из тормозных цилиндров;

• узел формирования сигналов управления ЭПК, закрытия и блокировки дверей, управления МРТ;

• узел силовых ключей управления ЭПК;

• узел энергонезависимой памяти для хранения событий в системе управления;

• узел системного времени;

• узел звуковой сигнализации;

• узел формирования интерфейса RS-485;

• узел обмена по интерфейсу USB с технологическим компьютером;

• узел опроса бортовых кнопок и выдачи сигналов управления светодиодным индикаторами "НОРМА" и "ОТКАЗ", установленными по обоим бортам вагона.

МУ представляет собой сложное устройство, принцип работы которого поясняется по блок-схеме (рис. 8).

Узел приема сигналов от ОД

Узел осуществляет прием сигналов от ОД. Он обеспечивает гальваническую развязку цепей ОД от модуля управления.

Входная часть узла выполнена на 4-х канальной оптотранзисторной микросхеме. Сигналы от ОД в виде прямоугольных импульсов положительной полярности и длительностью 100 мкс поступают на вход микросхемы. Передача информации от ОД на узел приема в виде токовых сигналов обеспечивает помехоустойчивость канала передачи прямоугольных импульсов.

После оптопар сигналы поступают на входы триггеров Шмидта. Сформированные сигналы поступают на входы узлов первичной обработки сигналов от ОД. Эти же сигналы поступают на вход узла расчета относительного ускорения по каждой колесной паре и на вход узла анализа состояния цепей ОД.

Узел анализа состояния цепей ОД

Сформированные входные сигналы от ОД поступают на вход узла анализа состояния цепей. Узел представляет собой цифровой автомат, построенный на микросхеме ПЛИС фирмы Altera. По алгоритму считается, что цепи ОД исправны, если на вход автомата поступает сигнал логического нуля. Если на вход автомата поступает сигнал логической единицы в течении более 1,2 сек, вырабатывается сигнал аварии цепей ОД данной колесной пары. Так как длительность входных импульсов от ОД не превышает 100 мкс, эти импульсы не приводят к выработки сигналов аварии.

Сигналы состояния цепей ОД поступают на вход узла формирования сигналов управления и при сигнале аварии ОД блокируют канал управления электропневмоклапанами по данной колесной паре.

Узел первичной обработки сигналов от ОД

Узел представляет собой 4-х канальное устройство. Сигналы на вход узла поступают от узла приема сигналов от ОД. Узел первичной обработки сигналов реализован в виде цифрового автомата.

Алгоритм обработки входных сигналов обеспечивает подавление помех, неизбежно появляющихся в линиях связи между ОД, как источниками информации, и модулем управления. В алгоритме использованы специальные математические методы фильтрации и сглаживания характеристик длительностей входных импульсов.

Узел расчета ускорения/замедления по каждой колёсной паре

Узел расчета ускорения/замедления представляет собой цифровой автомат. Входными данными для расчёта ускорения/замедления колёсных пар являются импульсы от ОД.

Эта информация передаётся на вход алгоритма по ускорению для принятия решения по выработке управляющих воздействий на ЭПК каждой колесной пары.

Узел формирования напряжений питания ОД

ОДМ-3 или ОДМ-2М, устанавливаемые на вагон, двухканальные. Оба канала равноправные. Два канала используются для целей повышения живучести системы.

Выбор каналов осуществляется центральным процессором на основании информации, полученной от узла анализа цепей ОД. Если в течении более 1,2 секунды от ОД поступает сигнал неисправности, центральный процессор осуществляет переключение ОД на второй канал.

Переключение каналов производится путем подачи напряжения питания на соответствующий канал ОД. Определение «первый» или «второй» канал ОД является чисто условным.

Центральный процессор производит переключение на второй канал ОД в случае отказа первого канала, при этом выдается световая сигнализация о выходе из строя одного из каналов ОД на лицевую панель ЭБ, где красным свечением загорается соответствующий светодиод из числа светодиодов «Отказ ОДМ» из группы светодиодов «Колёсные пары». Если оба канала ОД выйдут из строя, то через 5 секунд канал управления данной колесной пары будет отключен, что отобразится на лицевой панели ЭБ одновременным постоянным свечением красным светом всей группы светодиодов соответствующей колёсной пары из числа светодиодов «Колёсные пары».

Узел приема сигналов от сигнализаторов давления

Он принимает информацию о состоянии выключателей сигнализаторов наличия давления в тормозных цилиндрах. Эта информация через оптоэлектронную развязку поступает в центральный процессор и на узел формирования сигналов управления ЭПК.

Узел анализа состояния цепей управления ЭПК

Напряжение опроса состояния цепей ЭПК подается от модуля питания прибора.

Состояние цепей управления ЭПК через оптоэлектронную развязку поступает на вход узла формирования сигналов управления ЭПК. Анализ производится по каждой цепи управления для впускных и сбрасывающих клапанов. Если значение сигнала находится на уровне логического нуля, цепь управления и ЭПК исправны. Если электрическая цепь или катушка клапана в обрыве, значение сигнала переходит в состояние логической единицы, сигнализируя об аварии. Этот сигнал, поступив в узел формирования сигналов управления ЭПК, в случае аварии блокирует канал управления колесной пары да же при наличии управляющего воздействия со стороны центрального процессора.

Узел счета времени сброса воздуха из тормозных цилиндров

Узел счета времени сброса воздуха из тормозных цилиндров представляет собой цифровой автомат, построенный на базе микросхемы ПЛИС фирмы Altera.

На вход автомата поступает следующая информация:

• наличие давления в тормозном цилиндре (от сигнализатора давления);

• наличие сигнала управления сбрасывающим клапаном;

• сигнал разрешения счета.

Алгоритм работы автомата следующий. Если в тормозном цилиндре есть воздух и обнаружен сигнал управления сбрасывающим клапаном, а так же есть сигнал разрешения, начинается счет времени сброса воздуха из тормозного цилиндра. Счет времени завершается, когда от сигнализатора давления получен сигнал отсутствия давления. Это означает, что был полный сброс воздуха из тормозного цилиндра. При этом счет останавливается и устанавливается признак готовности измерения. Если до прихода сигнала от сигнализатора давления о полном сбросе воздуха был снят сигнал управления сбрасывающим клапаном, счетчик времени сброса воздуха обнуляется и сбрасывается признак готовности измерения. Установленный признак готовности измерения предотвращает повторный запуск счета времени сброса воздуха до тех пор, пока результаты измерения не будут прочитаны процессором. Чтение результата измерения процессором автоматически обнуляет счетчик времени и сбрасывает признак готовности измерения. После этого автомат готов к измерению времени нового сброса воздуха.

Дискретность счета времени сброса воздуха из тормозных цилиндров составляет 1 миллисекунду. Максимальное время счета составляет 2 секунды.

Узел формирования сигналов управления

Узел формирование сигналов управления представляет собой 4-х канальный цифровой автомат. На вход автомата по каждому каналу поступает информация:

• от центрального процессора сигналы управления ЭПК при обнаружении повышенного проскальзывания колесной пары или превышения порога по замедлению колесной пары;

• от узла анализа цепей ОД;

• от узла состояния цепей управления ЭПК;

• от узла сигнализаторов давления.

На основании этой информации принимается решение о выдаче реальных сигналов управления на ЭПК.

Если обнаружен отказ по эл. цепям ОД или ЭПК, канал управления автоматически блокируется до восстановления нормального состояния эл. цепей.

В движении при отсутствии сигналов наличия давления от всех сигнализаторов давления, управление на ЭПК не выдается. При этом наличие сигнала хотя бы от одного сигнализатора давления о наличии давления в тормозном цилиндре, разрешает выдачу управления по всем каналам.

На стоянке, отсутствие давления в тормозном цилиндре (нет сигнала от сигнализатора давления), блокирует выдачу управляющего сигнала ЭПК по соответствующему каналу.

В автомате реализован алгоритм счёта продолжительности времени однократного воздействия на ЭПК по сбросу воздуха. По нормам МСЖД в целях обеспечения безопасности движения такое воздействие не должно превышать 5 секунд. Если продолжительность воздействия превышает этот норматив, а колесная пара имеет при этом непрекращающееся повышенное проскальзывание, автомат снимает сигналы управления с клапанов и блокирует канал управления колесной пары. При этом выдаётся на панель управления ЭБ соответствующая световая индикация. После восстановления угловой скорости колесной пары, автомат переходит в исходное состояние и готов к выполнению очередной команды управления, а горевшая на лицевой панели ЭБ световая индикация гаснет.

Узел силовых ключей управления ЭПК

Узел силовых ключей осуществляет непосредственно управление катушками ЭПК. Этот узел реализован на паре полевых транзисторах типа BRF9630 и ERF630.

Узел имеет гальваническую развязку между низковольтными цепями выработки управляющих воздействий и исполнительными высоковольтными ключами.

Транзисторы защищены диодами от токов самоиндукции. Для защиты транзисторов от токов короткого замыкания в каждом канале управления установлены самовосстанавливающиеся предохранители.

Узел встроенного регистратора (энергонезависимой памяти)

Узел встроенного регистратора предназначен для хранения паспортных данных КППУ-4, а также хранения данных о наработке прибора в часах и общем пробеге вагона в км. Емкость памяти обеспечивает накопление без перезаписи информации до 1.0 года. Если количество информации будет превышать лимит памяти, старые записи будут перезаписываться новыми.

Узел системного времени

Узел системного времени реализован на микросхеме DS1305EN Dallas. Питание часов осуществляется от Литиевая батарея CR2032, установленной на плате МУ в специальном держателе. В узле ведется автоматический счет текущей календарной даты и времени.

Установки даты и времени производится от технологического компьютера с установленным программным обеспечением по интерфейсной линии связи USB.

Узел звуковой сигнализации

На плате модуля управления установлен генератор звуковых сигналов. Звуковая сигнализация выдается при включении прибора в виде трехкратного сигнала. Это означает, что внутренняя инициализация прошла нормально и ЭБ готов к работе.

При проведении проверки работоспособности ЭПК от кнопок на лицевой панели ЭБ, звуковая сигнализация используется для информирования о длительности времени сброса воздуха. Если время сброса воздуха из тормозного цилиндра превышает нормативное значение (более 400 мсек.), то по окончании процесса измерения выдаётся звуковой сигнал состоящий из длинных и коротких гудков. При этом каждые дополнительные 100 мсек времени сброса воздуха индицируются отдельным длительным звуковым сигналом, а каждые дополнительные (сверх 100 х п) двадцать мсек индицируются коротким гудком.. Таким образом время сброса воздуха определяется как сумма 400 + (100 хп) + (20 хп) мсек.

Узел формирования интерфейса RS-485

Узел предназначен для формирования электрических сигналов стандарта RS-485.

Интерфейс предназначен для осуществления обмена информацией между КППУ-4 и системой СКДУ вагона. Обмен данными осуществляется в соответствии с транспортным протоколом ЕПВС.

Узел опроса бортовых кнопок и управления бортовыми индикаторами

По обоим бортам вагона установлены кнопки запуска автоматического тестирования работы электропневмоклапанов и светодиодные индикаторы общего состояния системы противоюзной защиты "НОРМА" или "ОТКАЗ".

Управление светодиодными индикаторами осуществляется центральным процессором, расположенным на плате модуля управления. Выходные цепи управления светодиодными индикаторами оборудованы самовосстанавливающимися предохранителями. Они защищают выходные транзисторы от повреждений при неполадках во внешних электрических цепях вагона.

После запуска системы и проведения цикла диагностики, на бортовые светодиодные индикаторы выдается интегральная информация об общем состоянии системы противоюзной защиты. Если все цепи и узлы системы исправны, зажигается индикатор зеленого цвета. Если в системе обнаружена какая либо неисправность - зажигается индикатор красного цвета. Для уточнения характера неисправности, необходимо подняться в вагон и по индикации на лицевой панели электронного блока или с использованием технологического компьютера уточнить вид неисправности.

Бортовые светодиодные индикаторы включены только на стоянке. С началом движения они гаснут. С помощью бортовых кнопок проводится цикл автоматической проверки работоспособности ЭПК. Цикл проверки следующий:

• после однократного нажатия кнопки гаснет светодиод общего состояния системы ("НОРМА" или "ОТКАЗ");

• после временной задержки выдается команда на сброс воздуха из тормозного цилиндра первой колесной пары;

• индикатор наличия воздуха в тормозном цилиндре первой колесной пары должен погаснуть и по наполнению тормозного цилиндра- вновь зажечься;

• производится замер времени сброса воздуха;

• если время сброса воздуха не превышает норматива, должен на 1 секунду загореться светодиод зеленого цвета "НОРМА" и погаснуть;

• если время сброса превышает норматив - загорится на 1 секунду светодиод красного цвета "ОТКАЗ" и погаснет;

• далее после временной задержки производится проверка времени сброса воздуха из тормозного цилиндра второй колесной пары и т.д.;

• после окончания проверки всех колесных пар и после временной задержки на бортовые индикаторы вновь выводится информация об общем состоянии системы.

Бортовые кнопки при начале движения блокируются.