2.4.3 Модуль управления камерой мук

Капсула состоит из основания, снабженного четырьмя амортизаторами, узла крепления и юстировки ИК-приемника (болометра) и модуля управления. На внешней стороне узла крепления болометра расположен датчик температуры болометра. Модуль управления камерой (МУК) представляет собой электронный блок, размещенный в стальном корпусе Прием тепловых сигналов от элементов подвижного состава и управление камерой осуществляется модулем управления, структурная схема которого приведена на Рис. 16 и листе 5 графического материала.

Рис. 16 Структурная схема модуля управления камерой МУК

Тепловое излучение от элементов подвижного состава преобразуется болометром в электрический сигнал, который поступает на вход предварительного усилителя выполненного на двух операционных усилителях.

Питание болометра и предварительного усилителя осуществляется от преобразователя напряжения (ПН) напряжением ±12В.

С выхода предварительного усилителя сигнал, через схему смещения уровня преобразующую биполярный сигнал в однополярный, поступает на вход нормирующего усилителя.

Далее сигнал поступает на вход 10-разрядного аналого-цифрового преобразователя (АЦП), встроенного в микроконтроллер. Микроконтроллер может производить регулировку коэффициента усиления нормирующего усилителя, изменяя сопротивление цифрового потенциометра. Ошибка преобразования АЦП составляет два младших разряда, поэтому результат преобразования полезного сигнала округляется до 8-ми разрядов (в режиме измерения шумов теплового тракта используются все десять разрядов).

Питание микроконтроллера осуществляется от стабилизатора напряжения, на вход которого поступает напряжение питания камеры, а на выходе стабилизируется по уровню +5В. Данный стабилизатор имеет встроенную схему контроля напряжения и при отклонении его от нормы выдает сигнал «ERR», который передается на вход «RES» и запрещает работу контроллера. Индуктивно-емкостной фильтр снижает наведенные импульсные помехи от цифровой части схемы в цепи питания АЦП +5В(А).

3. ОРГАНИЗАЦИЯ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ НА ЦЕНТРАЛЬНЫЙ ПОСТ

Новые возможности обеспечения безопасности движения поездов и совершенствования технического обслуживания средств контроля появились при создании систем централизации типа АСК ПС. С 1992г сначала на Свердловской железной дороге, а затем и на других дорогах свыше 80 процентов современных средств контроля включено в АСК ПС. Централизация позволяет не только своевременно выявлять отказы и сбои в работе самих средств контроля линейных станций, но и следить за развитием неисправностей ответственных узлов подвижного состава на участке безостановочного движения между пунктами технического обслуживания (ПТО) вагонов – то есть реализовать на практике функцию мониторинга. Предприятием «Инфотэкс» за последние годы существенно переработан пользовательский интерфейс АСК ПС. Остановимся подробнее на новых функциональных возможностях КТСМ в связке с АСК ПС. В меню АРМ ЦПК имеются: список пунктов контроля с температурами настройки средств контроля и наличием вспомогательных напольных камер; журнал загрузки программного обеспечения АРМ ЛПК; расширенный режим поиска подвижных единиц по заданному условию (тип и число подвижных единиц; число осей; уровни сигналов более заданного значения; выборка показаний с тревожной сигнализацией разного уровня; обнаруженные в поезде неисправности вагонов и локомотивов, в том числе с неисправными тормозами, нагревом шкивов, с приработкой подшипника, отцепки подвижных единиц). В режиме слежения имеется также возможность приведений уровней тепловых сигналов от средств контроля различного типа к нормированному значению КТСМ-01Д. Современные средства контроля технического состояния ходовых частей подвижного состава на базе КТСМ, объединенных в систему централизации АСК ПС, позволяют обеспечить высокий устойчивый уровень безопасности движения поездов при эксплуатации локомотивов пассажирских и грузовых вагонов. Но для этого необходимо использовать все потенциальные возможности программно-аппаратных средств контроля, апробированных в условиях эксплуатации на железных дорогах.

1. Требование к оборудованию линейных пунктов

Автоматизированная система контроля подвижного состава АСК ПС предназначена для автоматизации процесса сбора, передачи и обработки показаний аппаратуры контроля перегретых букс типа КТСМ-01, КТСМ-01Д, КТСМ-02 с целью обеспечения централизованного контроля технического состояния поездов на участках движения.

По своему функциональному назначению технические средства АСК ПС подразделяются на:

1) технические средства линейных пунктов контроля (ЛПК);

2) оборудование центрального поста контроля (ЦПК).

В общем случае комплекс технических средств АСК ПС представляет собой распределенную структуру специализированных аппаратно-программных комплексов, объединенных единой сетью передачи данных (СПД).

В состав оборудования линейного пункта контроля входит:

1) концентратор информации КИ-6М;

2) автоматизированное рабочее место оператора линейного пункта контроля АРМ ЛПК с подсистемой речевого оповещения и сигнализации ПРОС-1

Концентратор информации КИ-6М предназначен для приема информации от КТСМ и других концентраторов и передачи ее по каналам связи через другие КИ в автоматизированное рабочее место оператора центрального поста контроля. Если связь между станциями осуществляется по физическим линиям на расстояние более 40 км, то концентратор информации может использоваться в качестве регенератора сигналов, путем размещения его на промежуточной станции.

В качестве каналов информационной связи АСК ПС могут использоваться типовые выделенные каналы тональной частоты или физические пары (сигнальные жилы) магистрального кабеля.Концентраторы информации КИ-6М могут размещаться совместно с периферийными контроллерами или в местах сосредоточения каналов связи (комнаты связи, ЛАЗы). В каждом конкретном случае выбор места размещения КИ производится из соображений минимизации числа линий связи между концентратором информации, периферийными контроллерами и окончаниями каналов связи.

Концентратор информации можно размещать на любых горизонтальных поверхностях (столах, полках, стативах). Один концентратор информации может обеспечивать работу по шести каналам связи. Обычно два из них используются для связи с соседними КИ или выделенными каналами, а оставшиеся четыре для связи с КТСМ. Если на одной станции имеется более четырех периферийных контроллеров, то для связи с ними потребуется более одного концентратора информации. Если концентратор информации используется в качестве регенератора сигналов, то его целесообразнее размещать в комнате связи или линейно – аппаратном зале (ЛАЗе).

1. Требование к каналам и линиям связи

Связь между устройствами, входящими в состав АСК ПС, осуществляется по выделенным двухточечным каналам связи тональной частоты или физическим линиям с использованием следующих методов передачи сигналов:

1) канал тональной частоты;

2) токовая петля 20 мА;

3) стык С2.

Связь между устройствами методом канал тональной частоты может производиться с использованием аппаратуры связи с 2-х или 4-х проводным окончанием, а также по 2-х проводным кабельным линиям связи.

Канал тональной частоты, организованный с использованием аппаратуры связи, должен удовлетворять следующим требованиям:

1) комплексное сопротивление со стороны приема и передачи на частоте 1000 Гц должно составлять 600 Ом ±10%;

2) уровень сигнала по приему из канала связи должен составлять не менее минус 30 дБ и не более +10 дБ при изменении уровня сигнала по передаче

от минус 25 дБ до 0 дБ соответственно;

3) относительный уровень шумов по приему из канала связи должен составлять не более минус 10 дБ;

4) количество участков переприема, без учета переприемов через концентраторы информации, не более 4-х;

5) полоса пропускания от 300 до 2700 Гц.

Канал тональной частоты, организованный по 2-х проводной кабельной линии связи, должен удовлетворять следующим требованиям:

1) затухание в линии связи на частоте 1000 Гц не более 30 дБ;

2) относительный уровень шумов по приему из линии связи должен составлять не более минус 10 дБ;

3) неравномерность частотной характеристики в полосе частот от 800 до 2500 Гц не более ±4 дБ;

4) сопротивление изоляции кабеля не менее 5 МОм.

Подключение технических средств АСК ПС методом канал тональной частоты к наружным кабельным линиям связи должно осуществляться через вводно-изолирующие щитки типа ЩВИ.

Связь между устройствами методом токовая петля 20 мА производится по физическим 4-х проводным линиям связи, удовлетворяющим следующим требованиям:

1) сопротивление шлейфа линии связи постоянному току не более 500 Ом;

2) емкость шлейфа для скорости обмена 9600 бит/с не более 0,1 мкФ;

3) сопротивление изоляции не менее 5 МОм.

Подключение технических средств АСК ПС методом токовая петля 20 мА к наружным кабельным линиям связи должно осуществляться через вводные щитки типа ЩВИ.

Связь между устройствами методом стык С2 производится по 3-х проводному ленточному кабелю длиной не более 15м, при этом корпуса сопрягаемых устройств должны быть подключены к общему контуру защитного заземления.

2. Требование к оборудованию центрального поста контроля

Оборудование центрального поста включает в себя один или несколько концентраторов информации, сервер баз данных, АРМы ЦПК, с установленным соответствующим программным обеспечением (ПО). Концентратор информации, размещенный на центральном посту обеспечивает прием информации со станций и передачу ее на сервер для дальнейшей обработки и хранения. Программное обеспечение АРМа ЦПК обеспечивает ввод, обработку и регистрацию на энергонезависимом носителе полученной информации. Программное обеспечение позволяет оператору просматривать информацию в удобном виде, вносить дополнительные сведения о номерах вагонов, видах дефектов, выводить информацию на печать, обращаться к информации, хранящейся в архиве. ПО АРМа ЦПК позволяет также производить дистанционную диагностику технических средств АСК ПС.

Оборудование центрального поста размещается в специально отведенном помещении диспетчерского центра управления перевозками. Центральные и локальные концентраторы, сервер баз данных размещаются в специальных шкафах. АРМы ЦПК размещаются на рабочем месте вагонного оператора.

3. Построение сети передачи данных

Сеть передачи данных (СПД) строится в зависимости от расположения средств контроля по участку железной дороги и от организации каналов связи. Для примера возьмем линейный участок железной дороги без ответвлений. Выделение каналов связи на каждой станции. Существуют две топологии сети:

- шинная;

- кольцевая.

При шинной топологии все устройства в сети (концентраторы информации КИ) подключаются параллельно канал связи по основному каналу. Для устойчивой работы в случае потери связи по основному каналу предусмотрен резервный. Для осуществления информационного взаимодействия между центральным постом и линейными устройствами, каждому концентратору присваивается уникальный код, а на центральном посту в программе построения сети передачи данных буква латинского алфавита (а….z). При опросе линейных концентраторов, центральный концентратор (ЦКИ) отводит для каждого специальное время, т.е. опрос производится последовательно от «a до z», соответственно время доставки информационных пакетов одинаковое для каждого устройства. Максимально возможное количество концентраторов в канале – 26; при условии наличия резервного канала связи. При нормальном функционировании сети передачи данных передача информационных потоков производится по основному каналу, а в случае потери связи линейный концентратор автоматически начинает передавать информацию по резервному каналу. Пример построения сети по шинной топологии изображен на Рис. 17.

Построение СПД по кольцевой топологии также требует наличия двух каналов связи – прямого и обратного. В кольцевой топологии информационные пакеты передаются от узла к узлу по основному маршруту. В случае «разрыва» кольца (потеря связи, нарушение работы канала связи) поток информации идет как по основному маршруту так и по резервному. При построении сети, коды для линейных КИ не присваиваются, устанавливается только маршруты (основной и резервный) в ПО «Конструктор СПД». Пример построения сети по кольцевой топологии изображен на Рис. 18.

Рис. 17 Пример построения сети по шинной топологии

Рис. 18 Пример построения сети по кольцевой топологии

К недостаткам кольцевой топологии можно отнести:

- разное время доставки информационных пакетов до ЦКИ;

- сложность подключения линейных устройств и конфигурация каналов связи.

В основном на сети железных дорог используется шинная топология сети передачи данных. Схема организации передачи данных на центральный пост изображена на листе 6 графического материала.

4. Расчет информационных потоков в сети передачи данных

Информационные потоки в СПД рассчитываются на основе информационной нагрузки от периферийных контроллеров, включенных в СПД. В настоящее время широко распространены три типа периферийных контроллеров: устройство сбора данных от станционных устройств СЦБ (в дальнейшем: телесигнализация ТС), устройство сбора данных от аппаратуры «ДИСК», «ПОНАБ» и комплекс технических средств «КТСМ-01» (в дальнейшем: АСК ПС).

Информационная нагрузка от устройства АСК ПС определяется из объема данных на один поезд и частоты следования поездов. Данные на один поезд состоят из следующих пакетов: пакет на заход поезда 8 символов, пакет на вагон с дефектами (9..25 символов), пакет на «хвост» поезда (26 символов). Каждый пакет обрамляется служебными символами (9 символов) и полем «маршрут» (3..10 символов). Для упрощения расчетов принимаем среднюю длину пакета равную 45 символам. В среднем на один контроллер формирует три пакета. Минимальный период следования поездов 6 мин.

Информационная нагрузка от устройства ТС определяется из объема данных на одно изменение состояния контролируемых устройств и средней частоты изменений. Длина данных в пакете составляет 18 символов. С учетом маршрута и служебных символов полная длина пакета – 37 символов. Средняя частота изменения состояния устройств для станции в 20 стрелок составляет 10 за 1 минуту (данные получены опытным путем на Свердловском отделении Свердловской ж.д.).

Пропускную способность СПД централизованного типа с ячеистой топологией определяется в самом «узком» месте при отсутствии или неисправном обходном канале. Это место – канал между первым и вторым концентратором, считая от сервера СПД. Обычно скорость и формат обмена 1200 бит/с. 1 стартовый бит, 8 бит данных, нечетный паритет, 2 стоп-бита, что составляет:

1200/(1+8+1+2)=100 символов в секунду

На каждый информационный кадр передается ответный кадр длиной 4 символа. Время переключения прием/передача составляет 0,02 с. Таким образом на передачу одного информационного кадра ТС требуется:

(37+4)*/100+0.02=0,43 с

На передачу одного информационного кадра от устройств АСК ПС требуется:

(45+4)*/100+0.02=0,51с

Рассмотрим случай включения в СПД только устройств АСК ПС. На передачу данных об одном поезде требуется затратить времени 0,51*3=1,53 с. С учетом интервала движения 6 мин получается, что максимальное допустимое число контроллеров в СПД:

6*60/1,51=235

Полученное значение говорит о том, что информационная нагрузка АСК ПС мала и рассчитывать допустимое число контроллеров надо по времени доставки. В ячеистой топологии пакеты передаются из узла в узел, и общее время доставки составляется из числа переприемов. Если принять максимальное время доставки сообщения 10 с, то число переприемов, т.е. число концентраторов в цепочке:

10/0,51=19

Рассмотрим случай включения в СПД устройств телесигнализации и АСК ПС. Вычислим максимальное число станций в СПД, при условии, что на каждой станции один контроллер СЦБ и два устройства типа ДИСК, ПОНАБ или КТСМ. Тогда в среднем каждые 3 минуты от одной станции будет поступать 3 пакета от диска и 6*3=18 пакетов от СЦБ. Максимально допустимое число станций в одной цепочке получается:

3*60/(3*0,51+18*0,43)=19

Приведенные расчеты по информационной нагрузке справедливы как для кольцевой топологии, так и для шинной.

5. Оборудование центрального поста контроля

Для сбора, обработки и хранения данных полученных от линейных устройств прямое назначение оборудования центрального поста автоматизированной системы контроля подвижного состава. На листе 6 графического материала представлена часть сети СПД с различными вариантами подключения линейных устройств и оборудование центрального поста контроля.

Для приема первичных данных от линейных устройств служит центральный концентратор информации или их группа, в зависимости от количества участков и оборудования линейных пунктов. Также ЦКИ обеспечивает передачу информации на сервер.

Для дальнейшей обработки информации, т.е. конвертирование полученных дейтаграмм от ЦКИ, архивирование данных осуществляет сервер. На сервере установлены следующее программное обеспечение:

- «Конвертор ЦКИ», выполняет конвертирование дейтаграмм от ЦКИ;

- «Архиватор АСК ПС», выполняет архивирование полученных данных;

- «Конвертор АСОУП», выполняет конвертирование данных от автоматизированной системы управления перевозок для дальнейшей привязки графикового номера поезда к данным АСК ПС;

- «Клиент СТДП», выполняет передачу данных от АСОУП;

- «Администратор СПД», программа для слежения за работой сети СПД;

- «АРМ ЦПК», автоматизированное рабочее место оператора центрального поста контроля (вагонного оператора);

- «Репликатор БД», выполняет репликацию (копирование) данных АСК ПС для удаленных клиентов (операторы ВЧДЭ, диспетчерский аппарат);

- «Конструктор СПД», программа для построения и редактирования сети СПД;

- «Редактор АРМ ЦПК», программа для редактирования и настройки участков, отображаемых на АРМе ЦПК.

Обмен данных между сервером, АРМ ЦПК функционирует совместно с системой управления базами данных СУБД PervasiveSQL-9.

Сервер, ЦКИ, АРМы ЦПК подключены к локальной сети передачи данных (ЛВС).

Количество автоматизированных рабочих мест для вагонного оператора рассчитывается исходя из количества эксплуатируемых на дороге линейных устройств и потока поездов.

Для обеспечения бесперебойной работы оборудования, подключение выполнено от гарантированной электросети с использованием источников бесперебойного электропитания, мощностью до 1 кВт.