ПРИБОР ДИАГНОСТИЧЕСКИЙ ПД2-САУТ

Полезная модель относится к радиотехнике, в частности к диагностическим приборам систем безопасности локомотивов.
Прибор диагностический ПД2-САУТ предназначен для ремонтно-технического персонала пунктов технического обслуживания локомотивов (ПТОЛ) для предрейсовой диагностики локомотивной аппаратуры САУТ-ЦМ/485 и комплекса БЛОК и предполагает эксплуатацию, как в цеховых условиях, так и при обслуживании локомотивов на железнодорожных путях вне производственных помещений при различных погодных и сезонных условиях.
Известно стационарное устройство диагностики для технического обслуживания локомотивных устройств безопасности (пат. №2550242, МПК B61L 25/00, з. 12.02.2014), содержит локомотивное устройство безопасности, включающее контролируемую ячейку имитатора электронной карты и спутниковой навигационной системы, персональный компьютер, блок связи, осциллограф, частотомер и мультиметр. Блок связи, включающий в себя ячейку анализа, проверки, программирования и имитации, линию связи CAN-BUS, контролируемые ячейки ШЛЮЗ и регистрации сигналов CAN, линию связи RS-485, контролируемые ячейки приема сигналов точечного канала САУТ, входных дискретных сигналов, коммутации дискретных сигналов, вычислителя сигналов САУТ, линию связи CAN, контролируемые ячейки регистрации сигналов АЛС, приема сигналов АЛС, коммутации дискретных сигналов, ячейки электронной карты и спутниковой навигационной системы, ячейки ШЛЮЗ, центральный обработчик, линию связи CAN-TECH, контролируемые ячейки приема входных дискретных сигналов, ячейки формирования выходных дискретных сигналов, источник питания, ячейки коммутации аналоговых сигналов, ячейки управления коммутацией аналоговых сигналов, ячейки контроля приема дискретных сигналов, ячейки контроля усилителя электропневматического клапана, усилитель электропневматического капана, ячейки нагрузки, ячейки проверочной, ячейки безопасного сравнения, ячейки мастера фильтров, ячейки фильтрации сигналов, контролируемые ячейки регистрации сигналов АЛС и приема сигналов АЛС.
Недостатком данного устройства является стационарность выполнения, ограниченные функциональные возможности.
Известна система для дистанционного контроля локомотивных устройств безопасности на основе цифровых сетей радиосвязи (патент РФ №2579401, МПК B61L 25/00, Н04В 7/26, з. 13.02.2015), содержащая установленные в диспетчерском центре последовательно соединенные блок контроля локомотивных радиостанций, блок памяти и блок обработки и анализа данных, вход/выход которого подключен к выходу/входу аппаратно-программного устройства автоматизированного рабочего места поездного диспетчера, а выход - к первому входу блока оповещения, блок идентификации, выход которого подключен к соответствующим входам блока памяти и блока контроля локомотивных радиостанций, при этом выходы радиосервера подключены соответственно к входам блока памяти, блока идентификации и блока контроля локомотивных радиостанций, другой выход которого соединен со вторым входом блока оповещения и входом радиосервера, входы/выходы аппаратно-программного устройства автоматизированного рабочего места поездного диспетчера, радиосервера, пульта дежурного по станции и базовых радиостанций каждой железнодорожной станции подключены к сети передачи данных, установленное на каждом локомотиве локомотивное устройство безопасности входами/ выходами соединено через блок согласования с выходами/входами локомотивной радиостанции, другой вход/выход которой соединен с выходом/ входом пульта машиниста, локомотивные радиостанции каждого поезда связаны по каналу радиосвязи с базовыми радиостанциями, причем радиосервер, базовые радиостанции и локомотивные радиостанции выполнены с возможностью организации радиосвязи на основе стандарта DMR.
Недостатком данного устройства заключается в том, что оно диагностирует только одну систему БЛОК.
Известно устройство блоки проверки универсальные БПрУ-САУТ (www.kip-guide.ru/docs/40689-09.pdf), предназначенное для формирования электрических сигналов, используемых для проверки исправности систем автоматического управления торможением поездов САУТ-Ц и САУТ-ЦМ/485 и содержащее процессорную плату, видеокарту, плату питания, плату сопряжения (для имитации работы периферийных устройств САУТ и АЛС), клавиатуру, монитор для отображения информации о характеристиках проверяемых блоков, ходе программирования блоков, входных и выходных сигналов, имитируемых параметрах путевых устройств САУт и сигналов АЛС, допустимой и фактической скорости движения, показаниях датчиков давления, тормозной коэффициент.
Недостатком данного устройства является отсутствие функций диагностики безопасного локомотивного объединенного комплекса (БЛОК), комплексного устройства локомотивной безопасности (КЛУБ-У), комплексной системы автоматического управления торможением поездов (САУТ-К), увеличенная масса и габариты, подключение к ПК только через СОМ-порт, устаревшая элементная база.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству и выбранным в качестве прототипа является устройство ПД-САУТ (https://studfiles.net/preview/6318670/), предназначенное для ремонтно-технического персонала пунктов технического обслуживания локомотивов (ПТОЛ) для предрейсовой диагностики локомотивной аппаратуры САУТ-ЦМ/485 и КИО-САУТ и содержащее перепрограммируемый микроконтроллер, контроллер интерфейса RS485, формирователь сигнала путевого генератора САУТ, клавиатуру, жидкокристаллический дисплей для отображения информации о характеристиках проверяемых блоков, ходе программирования блоков, входных и выходных сигналов проверяемой аппаратуры, имитируемых параметров путевых устройств САУТ, допустимой и фактической скорости движдения, показаниях датчиков давления, тормозном коэффициенте.
Недостатком данного устройства является отсутствие функций диагностики локомотивных систем безопасности БЛОК, КЛУБ-У и САУТ-К.
Технической задачей заявляемой полезной модели является выполнение функций известных устройств с расширением функций для диагностики и программирования новых систем локомотивной безопасности САУТ-К, БЛОК и КЛУБ-У.
Технический результат достигается за счет архитектуры открытого программного обеспечения: операционной системы реального времени FreeRTOS, файловой системы FatFs и оконного менеджера STemWin.
Поставленная задача решается за счет того, что прибор диагностический ПД2-САУТ, предназначенный для предрейсовой диагностики локомотивной аппаратуры, содержащий перепрограммируемый микроконтроллер, контроллер интерфейса RS485, формирователь сигнала путевого генератора САУТ, клавиатуру,
содержит контроллер интерфейса CAN1 и контроллер интерфейса CAN2, формирователь сигнала АЛСН, микросхему SDRAM объемом 32 Мб, микросхему объемом 32 Мб, разъем USB-A для подключения внешних носителей FLASH и разъем microUSB для подключения к ПК, сенсорный дисплей, усилитель звука и излучатель звука, приемопередатчик Wi-Fi.
Прибор диагностический ПД2-САУТ конструктивно выполнен с меньшими габаритами и весом, с целью улучшения условий труда обслуживающего персонала ПТОЛ.
Контроллер интерфейса CAN1 и контроллер интерфейса CAN2, формирователь сигнала АЛСН, микросхему SDRAM объемом 32 Мб предназначены для диагностики и программирования новых устройств систем локомотивной безопасности САУТ-К, БЛОК и КЛУБ-У.
Микросхема SDRAM объемом 32 Мб позволит обеспечить расширение оперативной памяти микроконтроллера.
Использование микросхемы объемом 32 Мб позволяет осуществлять хранение статических массивов и изображений, освобождая области программ во внутреннем FLASH.
Разъем USB-A для подключения внешних носителей FLASH позволяет осуществлять копирование данных на/с внутренней карты памяти uSD, а также загрузку программного обеспечения.
Разъем microUSB обеспечивает подключение к ПК.
Приемопередатчик Wi-Fi, предназначен для дистанционного беспроводного копирования накопленных файлов РПС на сервер и копирования файлов программ и баз данных с сервера на внутреннюю карту памяти uSD.
Заявляемый прибор диагностический ПД2-САУТ содержит перепрограммируемый микроконтроллер МК, контроллер интерфейса RS485 К1, контроллер интерфейса CAN1 К2 и контроллер интерфейса CAN2 К3, выходы которых сведены в универсальный разъем, формирователь сигнала Кпрвч путевого генератора САУТ ФС1 и формирователь сигнала Кпрнч автоматической локомотивной сигнализации непрерывного типа (АЛСН) ФС2, микросхему SDRAM объемом 32 Мб для расширения оперативной памяти микроконтроллера МК, микросхему МС объемом 32 Мб для хранения статических массивов и изображений, с целью освобождения области программ во внутреннем FLASH, разъем USB-A для подключения внешних носителей FLASH, с целью копирования данных на/с внутренней карты памяти uSD, а также для загрузки программного обеспечения, и разъем microUSB для подключения к ПК, сенсорный дисплей СД, усилитель звука УЗ и излучатель звука ИЗ, приемопередатчик Wi-Fi ПП, предназначенный для дистанционного беспроводного копирования накопленных файлов РПС на сервер и копирования файлов программ и баз данных с сервера на внутреннюю карту памяти uSD, клавиатуру КЛ со следующими соединениями: МК соединен с формирователями ФС1 и ФС2, с контроллером К1 соединен шиной ШД1 по интерфейсу UART, с контроллерами К2 и К3 соединен шиной ШД2 и ШД3 по интерфейсу CAN, с микросхемой SDRAM соединен шиной ШД4 по интерфейсу MFC, с микросхемой МС соединен шиной ШД5 по интерфейсу QUADSPI, с разъемами USB-A и microUSB соединен шинами ШД6 и ШД7 по интерфейсу USB, с сенсорным дисплеем СД соединен гибким шлейфом ГШ, с внутренней картой памяти uSD, вставленной в разъем microSD, соединен шиной ШД8 по интерфейсу SDIO, а также соединен с усилителем звука УЗ, который подает звуковой сигнал на излучатель звука ИЗ, с приемопередатчиком ПП соединен шиной ШД9 по интерфейсу UART/SPI, и с клавиатурой КЛ подсоединен шиной ШД10 по интерфейсу GPIO, выходы контроллеров К1, К2 и К3 сведены в универсальный разъем.
На чертеже представлена структурная электрическая схема коммутатора, которая состоит из:
1 - перепрограммируемый микроконтроллер (МК);
2 - контроллер интерфейса RS485 (К1);
3 - контроллер интерфейса CAN1 (К2);
4 - контроллер интерфейса CAN2 (К3);
5 - универсальный разъем для подключения кабеля связи с аппаратурой САУТ-ЦМ/485, комплексом БЛОК по линиям RS485 и CAN, а также аналоговые диагностические линии;
6 - формирователь сигнала Кпрвч путевого генератора САУТ (ФС1);
7 - формирователь сигнала Кпрнч АЛСН (ФС2);
8 - микросхема объемом 32 Мб для расширения оперативной памяти микроконтроллера МК (SDRAM);
9 - микросхема объемом 32 Мб для хранения статических массивов и изображений (МС);
10 - разъем для подключения внешних носителей FLASH (USB-A);
11 - разъем для подключения к ПК (microUSB);
12 - сенсорный дисплей (СД);
13 - внутренняя карта памяти (uSD);
14 - разъем (microSD);
15 - усилитель звука (УЗ);
16 - излучатель звука (ИЗ);
17 - приемопередатчик Wi-Fi (ПП);
18 - клавиатура (КЛ);
ШД1 - шина данных по формату RS485 (интерфейс);
ШД2 - шина данных по формату CAN (интерфейс);
ШД3-шина данных по формату CAN (интерфейс);
ШД4 - шина данных по формату MFC (интерфейс);
ШД3-шина данных по формату QUADSPI (интерфейс);
ШД6 - шина данных по формату USB (интерфейс);
ШД7 - шина данных по формату USB (интерфейс);
IIIД8 - шина данных по формату SDIO (интерфейс);
ШД9 - шина данных по формату UART/SPI (интерфейс);
ШД10 - шина данных по формату GPIO (интерфейс);
ГШ - гибкий шлейф;
Составные части прибора диагностического ПД2-САУТ могут быть выполнены на следующих ЭРЭ и ИМС:
- МК: на ИМС STM32F767II см. https://www.st.com/resource/en/datasheet/DM00273119.pdf;
- К1: на ИМС ADM2436BRWZ см. https://www.chipdip.ru/product/adm2486brwz;
- К2 и К3: на ИМС TJA1052IT см. https://www.nxp.com/docs/en/data-sheet/TJA1052I.pdf;
- ФС1 и ФС2: на ИМС ADUM1400BRW см. https://www.chipdip.ru/product/aduml400brwz, операционного усилителя OP482GS см. https://www.chipdip.ru/product/op482gs, четырехканального коммутатора ADG411BR см. https://www.alldatasheet.com/datasheet-pdf/pdf748655/AD/ADG41 IBR.html и элементов выходного усилителя сигнала;
- SDRAM: на ИМС MT48LC32M16A2P-75IT см. https://m.mouser.com/ProductDetail/Alliance-Memory/MT48LC32M16A2P-75-ITC?qs=eWD%2FfnR7iKj3JPbbTBpUyg%3D%3D;
- МС: на ИМС MX25L51245GZ2I10G см. https://www.digikey.com/product-detail/en/macronix/MX25L51245GZ2I-10G/MX25L51245GZ2I-10G-ND/7796739;
- СД: на резистивной панели TFT LCD модели WF50BTIAGDNT0 см. https://www.compel.ru/infosheet/WINSTAR/WF50BTIAGDNT0;
- УЗ: на ИМС MAX9768BETG см. https://datasheets.maximintegrated.com/en/ds/MAX9768.pdf;
- ИЗ: на элементе LD-BZEL-M1313 см. https://www.tme.eu/ru/details/ld-bzel-m 1313/dinamiki/loudity/.
Прибор диагностический ПД2-САУТ выполняет следующие функции:
- предрейсовая диагностика локомотивной аппаратуры САУТ-ЦМ/485 и комплекса БЛОК;
- программирование блоков, входящих в состав систем автоматического управления торможением поездов САУТ-ЦМ/485 и ячеек САУТ комплекса БЛОК;
- программирование электронной карты (ЭК) в аппаратуру БЛОК и КЛУБ-У;
- считывание накопленных РПС локомотивной аппаратуры САУТ-ЦМ/485 и комплекса БЛОК на внутренний носитель прибора, с возможностью последующего переноса накопленных файлов РПС, для анализа, в другие устройства через соединение по интерфейсу USB;
- считывание идентификационной информации блоков САУТ-ЦМ/485 и комплекса БЛОК;
- ручной ввод и корректировка постоянных параметров (карточки локомотива);
- проверка амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) антенны и контроль декодирования относительной фазовой модуляции (ОФМ);
- автоматическую проверку приставки ПЭКМ/485 на обеспечение разрядки давления в уравнительном резервуаре в режиме торможения;
- динамическая индикация состояния входных и выходных сигналов САУТ-ЦМ/485 и комплекса БЛОК.
Кроме того прибор диагностический выполнен конструктивно с меньшими габаритами и весом, с целью улучшения условий труда обслуживающего персонала ПТОЛ.
Прибор диагностический ПД2-САУТ работает следующим образом. При включении питания, производится настройка внутренних контроллеров шин МК:
- ШД4 (FMC) для подключения внешней SDRAM;
- ГШ для подключения сенсорного экрана;
- ШД5 (QUADSPI) для подключения мс.NOR FLASH МС;
- USB - шина данных ШД6;
- USB - шина данных ТТТД7;
- SDIO - шина данных ШД8;
- SPI/UART - шина IIIД9 для управления приемопередатчиком ПП;
- ШД10 для подключения клавиатуры;
- ШД1 - RS485 - скорость приема-передачи, формат данных;
- ШД2 и ШД3-скорость приема-передачи, тайминги протокола CAN, режим работы, параметры фильтрации сообщений.
С этого момента прибор готов к выполнению команд, принимаемых с сенсорного экрана. Программное обеспечение ПД2 построено в виде приложений, которые отображаются на экране в виде графических значков с наименованиями, отражающими назначение этих приложений:
- «Программатор» - выполняется обновление программного обеспечения устройств САУТ-ЦМ/485, САУТ-К, КИО-САУТ и ячеек САУТ комплекса БЛОК;
- «РПС» - выполняется чтение накопленных данных регистратором параметров РП и стирание памяти РП;
- «БД САУТ» - выполняется запись, чтение и проверку записанной базы данных путевых параметров в САУТ-ЦМ/485, САУТ-К, КИО-САУТ и ячеек САУТ комплекса БЛОК;
- «Электронная карта» - выполняется запись электронной карты в оборудование комплекса БЛОК и КЛУБ-У;
- «Проверка ПУ/ПТК» - выполняется измерение амплитудно-частотной характеристики антенны и исправность декодера относительной фазовой модуляции блоков ПУ или ПТК;
- «USB device» - выполняется коммутация внутренней microSD к персональному компьютеру через шину ШД8 и шину ШД7 и далее через интерфейс USB. Указанная конфигурация внутренних узлов контроллера осуществляется программно.
Обновление программного обеспечения блоков САУТ-ЦМ/485, САУТ-К и ячеек САУТ комплекса БЛОК, чтение РПС, запись и проверку записанной базы данных путевых параметров.
Эти функции выполняются с помощью обмена данными, с указанными устройствами, по линии RS485. Для обмена в линии RS485 используется универсальный асинхронный приемопередатчик UART1, из состава периферийных устройств контроллера МК. К линии RS485 выводы прием-передача UART1, подключаются через контроллер К1. Контроллер К1 осуществляет гальваническую развязку указанных выводов контроллера МК с линией RS485, с целью снижения влияния помех, а также осуществляет физическое согласование на уровне сигналов. Установка параметров настройки UART производится программно, при инициализации ПД2. Обмен в линии RS485 осуществляется на скоростях 57600 и 115200 бод. С некоторыми устройствами, такими как РП и МП, а также БС-СН, из состава САУТ-ЦМ/485, САУТ-К и КИО-САУТ, ПД2 поддерживает скорости до 460800 бод в операциях чтения РПС и записи баз данных путевых параметров.
Запись электронных карт в устройства комплексов КЛУБ-У и БЛОК.
Запись электронных карт в устройства комплексов КЛУБ-У и БЛОК осуществляются с использованием функций внутреннего приемопередатчика CAN1, контроллера МП. Для обеспечения физического согласования выходов CAN1 с линией CAN комплекса БЛОК и КЛУБ-У, между контроллером МК и линией установлен контроллер К2, который также осуществляет гальваническую развязку с целью снижения влияния помех на выводы приемопередатчика CAN1 контроллера МП. Настройка приемопередатчика CAN осуществляются программно, при инициализации ПД2-САУТ, но могут изменяться при подключении к линии с целью подстройки под текущую скорость линии CAN, обслуживаемого оборудования. Поддерживается три скорости в линии CAN: 25, 100, 125 бод.
Проверка ПУ-САУТ или ячейки ПТК комплекса БЛОК.
Проверка ПУ-САУТ или ячейки ПТК комплекса БЛОК производится с помощью задания команд и считывания информации через интерфейс RS485 из указанных устройств, а также формирования сигнала на контрольном витке антенны САУТ с целью считывания сигнала с антенны испытуемым устройством. Модулятор ФС1 формирует на своем выходе импульсный сигнал Кпр. ВЧ прямоугольной формы типа «меандр», имитирующий сигнал путевого генератора САУТ. Модулятор работает в нескольких режимах:
- При считывании амплитудно-частотной характеристики антенны, производится формирование прямоугольного сигнала в диапазоне частот от 15,5 кГц до 33,5 кГц с амплитудой, соответствующей току в шлейфе путевого устройства 0,5 А. Значение измеренной амплитуды на выходе приемников испытуемого устройства, считывается по линии RS485;
- Проверка декодеров сигнала относительной фазовой модуляции, устройств ПУ-САУТ или ячейки ПТК комплекса БЛОК, осуществляется при формировании модулятором ФС1 на контрольном витке антенны сигнала с несущей частотой 19,6 кГц, модулированный кодом ОФМ, соответствующим номеру перегона 555, с амплитудой, эквивалентной току в шлейфе 0,5 А;
- В режиме фиксированных частот формируются частоты: 19,6 кГц, 27 кГц и 31 кГц.
Формирование сигналов, имитирующих сигналы АЛСН
Формирование сигналов, имитирующих сигналы АЛСН, осуществляется низкочастотным формирователем сигналов ФС2. ФС2 формирует сигнал, подаваемый на контрольный виток приемной катушки КП-РС. Могут быть заданы следующие параметры:
- код одного из сигналов светофора З, Ж, КЖ и Б, К;
- коэффициент путевого трансмиттера 5 или 7;
- частота рельсовой цепи АЛСН 25 Гц, 50 Гц, 75 Гц;
- амплитуда тестового сигнала КпрНЧ (среднеквадратическое значение) от 0 до 5 В;
для АЛСН-ЕН могут быть заданы - кодовая комбинация (КК) и синхрогруппа (СГ). Форма и амплитуда сигнала, подаваемого на вход ФС2, задается таймером, входящим в состав контроллера МК, работающем в режиме ШИМ. В формирователе ФС2 сигнал усиливается и преобразуется в двухполярный.