СХЕМА КОНТРОЛЯ ДУБЛИРОВАННОГО МИКРОПРОЦЕССОРНОГО УСТРОЙСТВА

Полезная модель относится к импульсной технике, может использоваться в устройствах железнодорожной автоматики, и в частности, в микропроцессорной автоблокировке для обеспечения безопасной работы путевого приемопередатчика.
Системы автоблокировки предназначены для интервального регулирования движения поездов. В состав аппаратуры сигнальных точек автоблокировки АБ-Е1, АБ-Е2, АБ-ЧКЕ /Л.-1,2/ входят микропроцессорные путевые приемопередатчики (ППМ). ППМ выполнен по двухканальной схеме. В каждом канале имеются два одинаковых модуля центрального процессора (ЦП1 и ЦП2) и схема контроля (СК). ЦП1 и ЦП2 работают синхронно. В процессе работы ЦП1 и ЦП2 формируют сигналы и передают их на первый и второй входы СК для аппаратного сравнения. При расхождении сигналов от ЦП1 и ЦП2 СК должна обнаружить отказ и выключить неисправный канал.
Известно устройство для управления реконфигурацией резервированного вычислительного управляющего комплекса, патент №94011251/Л.-3/. Устройство контролирует работоспособность дублированной системы, которая состоит из основной и резервной ЭВМ. В состав устройства управления реконфигурацией входят: первый 3 и второй 15 счетчики, первый и второй узлы сопряжения 13-14, первый 4, второй 12 и третий 8 триггеры, генератор тактовых импульсов 9, коммутатор и др. При включении питания в первый счетчик заносится число А, во второй счетчик - число В, причем В>А. Генератор 9 формирует тактовые импульсы, которые поступают на входы первого и второго счетчиков, при этом содержимое счетчиков увеличивается на единицу. При переполнении первого или второго счетчика на его выходе формируется сигнал переноса, который поступает на вход триггера и устанавливает его в единичное состояние. Выходы основной и резервной ЭВМ через первый и второй узлы сопряжения подсоединены к входам сброса первого и второго счетчиков и первого и второго триггеров. В процессе работы основная и резервная ЭВМ периодически формируют сигналы сброса счетчиков и триггеров. Если произошел отказ ЭВМ, то счетчик переполнится, триггер переключится в
единичное состояние, коммутатор переключит управление на вторую ЭВМ. Описанное устройство имеет недостатки. При отказе генератора тактовых импульсов или при обрыве соединения выхода указанного генератора со входами первого и второго счетчиков устройство перестает обнаруживать отказы.
Известна также схема контроля автоматической локомотивной сигнализации АЛС-ЕН /Л.-4/. В схему контроля входят: диодный мост, оптрон, первый и второй транзисторы, импульсный трансформатор, диоды, резисторы, конденсаторы.
вх
Наиболее близкой по технической сущности к заявленной полезной модели является схема контроля (Патент РФ №2153765) /Л.-5/. Она принята в качестве прототипа. Схема контроля содержит: два диодных моста; два оптрона; три транзистора; элементы "И"; инверторы; элемент с гальванической развязкой по входу; элемент "И-НЕ"; конденсаторы; резисторы. Схема контроля имеет шесть входов и один выход. На первый и второй входы СК поступают сигналы с частотой контроля (U и  - инверсный). На третий вход СК поступает управляющий сигнал «Разр»- разрешение работы схемы. На четвертый и пятый входы поступают контролируемые сигналы КТ и  - инверсный. На шестой вход СК подают сигнал «Зап» при включении и перезапуске схемы.
вых
Схема контроля выполняет сравнение сигналов от двух комплектов аппаратуры. Эти сигналы поступают на входы схемы КТ и КТ в прямом и инверсном виде. Если сигналы КТ и  инверсные, то на выходе СК U формируется сигнал с частотой контроля. В противном случае, при совпадении сигналов на входах схемы КТ и , на выходе СК формируется сигнал постоянного уровня.
Схемы контроля /Л.-4,5/ имеют следующие недостатки.
вых
вых
1. В условиях изменения температуры форма импульсов сигнала с частотой контроля на входе и выходе схемы может иметь значительные отличия. При скважности входного сигнала Q=2 скважность сигнала на выходе схемы была Q≫2.
2. Схема контроля не проверяет динамический характер сигналов, которые поступают на входы схемы КТ и . Схема контроля не обнаруживает отказы, когда на входы КТ и  поступают сигналы «константа 0» и «константа 1».
вх
Отмеченные недостатки устранены в заявленной полезной модели схемы контроля путевого приемопередатчика микропроцессорной системы автоблокировки. Структурная схема заявленной полезной модели показана на фиг.1. Схема контроля имеет четыре входа и один выход. На первый вход СК поступают сигналы с частотой контроля (U). На второй и третий входы СК поступают контролируемые сигналы КТ1 и КТ2. На четвертый вход СК подают
вых
сигнал «Зал» при включении и перезапуске схемы. Если сигналы КТ1 и КТ2 совпадают, то на выходе U формируется сигнал с частотой контроля. В противном случае, при расхождении сигналов КТ1 и КТ2, на указанном выходе отсутствуют сигналы с частотой контроля.
Условные обозначения элементов схемы контроля, см фиг.1:
2, 6, 9, 18, 21, 25, 31, 34, 37 - конденсаторы,
3, 5, 7, 11, 16, 17, 22, 26, 28, 30, 32, 35, 38 - резисторы,
4, 8, 27, 29, 33, 36 - транзисторы,
1, 10 - инверторы;
12, 13, 14, 15, 19, 20, 39, 40 - диоды;
23, 24 - оптроны.
Сущность заявляемой полезной модели состоит в следующем. Схема контроля проверяет совпадение и динамический характер сигналов, которые поступают на входы КТ1 и КТ2. В схему контроля добавлены: диодный каскад, ключевая транзисторная схема и усилитель. В диодный каскад входят: диоды 19-20, конденсаторы 18, 21 и резистор 22. Диодный каскад подсоединен к входу КТ1. Если на вход КТ1 поступает частотный сигнал, то на выходе диодного каскада формируется отрицательный потенциал. Отрицательный потенциал поступает на эмиттеры транзисторов 27 и 29. На коллекторе транзистора 29 формируется сигнал с частотой контроля. Этот сигнал поступает на вход усилителя. Усилитель реализован на транзисторах 33,36. Транзисторный усилитель формирует сигнал с частотой контроля на выходе схемы. Технический результат заявляемой полезной модели заключается в улучшении эксплуатационных характеристик работы схемы контроля.
СК имеет четыре входа и один выход. К первому входу СК Пвх подсоединены: вход первого инвертора 1 и первый вывод второго конденсатора 6. Выход первого инвертора 1 соединен с первым выводом первого конденсатора 2. Вторые выводы первого 2 и второго б конденсаторов подключены, соответственно, к базам первого 4 и второго 8 транзисторов. Базы первого 4 и второго 8 транзисторов, соответственно, через первый 3 и третий 7 резисторы подключены к земле. Эмиттеры первого 4 и второго 8 транзисторов объединены и подсоединены к первому выводу второго резистора 5. Второй вывод второго резистора 5 подключен к первому выводу третьего конденсатора 9. Коллекторы первого 4 и второго 8 транзисторов подсоединены к катодам светодиодов соответственно, второго 24 и первого 23 оптронов. Аноды светодиодов первого 23 и второго 24 оптронов подключены к земле.
На второй вход СК поступает сигнал КТ1. Второй вход СК подключен к второму инвертору 10. Выход второго инвертора 10 подсоединен к первому выводу пятого конденсатора 18 и к объединенным выводам катода первого 12 и анода третьего 14 диодов.
Аноды первого 12 и второго 13 диодов объединены и подключены к первому выводу пятого резистора 16 и аноду фотодиода второго оптрона 24. Катоды третьего 14 и четвертого 15 диодов объединены и подсоединены к первому выводу шестого резистора 17 и катоду фотодиода первого оптрона 23. Анод фотодиода первого оптрона 23 объединен с катодом фотодиода второго оптрона 24 и подключен к первому выводу четвертого конденсатора 25 и объединенным вторым выводам пятого 16 и шестого 17 резисторов. Второй вывод пятого конденсатора 18 подсоединен к аноду пятого диода 19 и катоду шестого диода 20. Катод пятого диода 19 подключен к земле. Анод шестого диода 20 подсоединен к объединенным первым выводам шестого конденсатора 21 и восьмого резистора 22. Второй вывод шестого конденсатора 21 подключен к земле.
На третий вход СК поступает сигнал КТ2. Третий вход СК подключен к первому выводу четвертого резистора 11 и объединенным выводам катода второго диода 13 и анода четвертого диода 15. Второй вывод четвертого конденсатора 25 подсоединен к первому выводу седьмого резистора 26 и базе третьего транзистора 27. Коллектор третьего транзистора 27 и база четвертого транзистора 29 подсоединены к земле. Вторые выводы четвертого 11 и седьмого 26 резисторов подключены к источнику питания +5В. Эмиттер третьего транзистора 27 подключен к второму выводу восьмого резистора 22 и через девятый резистор 28 объединен с эмиттером четвертого транзистора 29. Коллектор четвертого транзистора 29 подсоединен к объединенным первым выводам десятого, одиннадцатого и двенадцатого резисторов 30, 32, 35, седьмого и восьмого конденсаторов 31,34.
вых
вх
Объединенные вторые выводы седьмого конденсатора 31 и одиннадцатого резистора 32 подсоединены к базе пятого транзистора 33. Эмиттер пятого транзистора 33 и второй вывод десятого резистора 30 подключены к источнику питания +5 В. Объединенные вторые выводы восьмого конденсатора 34 и двенадцатого резистора 35 подсоединены к базе шестого транзистора 36. Эмиттер шестого транзистора 36 подключен к земле. Коллекторы пятого 33 и шестого 36 транзисторов объединены и подсоединены к выходу схемы контроля U, а также к первому выводу девятого конденсатора 37. Второй вывод девятого конденсатора 37 подключен к аноду восьмого диода 40 и через тринадцатый резистор 38 подключен к катоду седьмого диода 39. Катод восьмого диода 40 подсоединен к земле. Анод седьмого диода 39 подключен к первому выводу третьего конденсатора 9. Второй вывод третьего конденсатора 9 подсоединен к четвертому входу «Зап» схемы контроля. На четвертый вход «Зап» схемы контроля подается импульс положительной полярности при включении и перезапуске схемы. Сигнал «Зап» передают на вход СК после того, как поступили сигналы на все остальные входы U, KT1 и КТ2.
вых
Если на входы КТ1 и КТ2 поступают синхронные динамические сигналы, то на выходе СК U формируется сигнал с частотой контроля. В противном случае на выходе СК формируется сигнал постоянного уровня.
вх
Схема контроля работает следующим образом. На первый вход СК U поступает сигнал с частотой контроля 89,9 кГц., на второй и третий входы - контролируемые сигналы КТ1 и КТ2 с частотой до 3000 Гц, на четвертый вход «Зал» - импульс положительной полярности.
Сигнал КТ1 через первый инвертор 10 поступает на первый вывод диодного моста. Диодный мост образован соединением первого, второго, третьего и четвертого диодов 12-15. К второму выводу диодного моста подключен сигнал КТ2. Если сигналы КТ1 и КТ2 совпадают, то на третьих и четвертых выводах диодного моста создается постоянная разность потенциалов. При этом положительный потенциал приложен к катоду фотодиода первого оптрона 23. Близкий к нулю потенциал приложен к аноду фотодиода второго оптрона 24.
вых
На третий конденсатор 9 поступает положительный импульс сигнала "Зап". После окончания импульса на обкладке третьего конденсатора 9 создается отрицательный потенциал. В дальнейшем, в процессе работы схемы контроля, отрицательный потенциал на обкладке третьего конденсатора 9 создается путем выпрямления сигнала с частотой контроля U, который формируется на выходе СК. Сигнал с выхода СК выпрямляется в диодном каскаде, который образован соединением седьмого 39 и восьмого 40 диодов.
вх
вх
На первый вход СК U поступает сигнал с частотой контроля. Этот сигнал поступает на базу транзистора 8, а через инвертор 1 и конденсатор 2 - на базу транзистора 4. На эмиттеры первого и второго транзисторов 4 и 8 через резистор 5 поступает отрицательный потенциал с конденсатора 9. Таким образом, первый и второй транзисторы 4 и 8 открываются в противофазе с частотой сигнала на входе схемы контроля U.
С коллекторов первого и второго транзисторов 4 и 8 сигналы с частотой контроля поступают на катоды светодиодов во втором 24 и первом 23 оптронах. Импульсы контрольной частоты имеют отрицательную полярность. Когда открыт второй транзистор 8, тогда ток протекает через фотодиод первого оптрона 23. В этом случае на четвертый конденсатор 25 поступает положительный потенциал. Если открыт первый транзистор 4, то ток протекает через фотодиод второго оптрона 24. При этом на четвертый конденсатор 25 поступает потенциал, близкий к нулю.
Ко второму входу СК КТ1 подключен диодный выпрямительный каскад, в который входят пятый 19 и шестой 20 диоды. Этот каскад выпрямляет сигнал КТ1 и создает отрицательный потенциал на эмиттерах третьего 27 и четвертого 29 транзисторов.
вых
Когда на четвертый конденсатор 25 поступает положительный потенциал, то третий транзистор 27 открыт, потенциал его эмиттера равен нулю. При этом четвертый транзистор 29 закрыт. В противном случае, если на шестой конденсатор 25 поступает потенциал, близкий к нулю, то третий транзистор 27 закрыт. В этом случае на эмиттер четвертого транзистора 29 поступает отрицательный потенциал. База транзистора 29 подсоединена к земле. Четвертый транзистор 29 открывается. Таким образом, на коллекторе четвертого транзистора 29 формируется сигнал с частотой контроля. Указанный сигнал поступает в усилитель, который реализован двухтактным транзисторным каскадом из пятого 33 и шестого 36 транзисторов. В транзисторный усилитель входят также конденсаторы 31, 34 и резисторы 32, 35. Пятый и шестой транзисторы 33 и 36 поочередно открываются, на их коллекторах формируется импульсы сигнала с частотой контроля и амплитудой 5В. К объединенным коллекторам пятого и шестого транзисторов 33 и 36 подсоединен выход схемы контроля U. На указанном выходе СК формируется сигнал с частотой контроля.
Допустим, что произошел отказ в одном из каналов ППМ. Контролируемые сигналы на втором и третьем входах схемы контроля КТ1 и КТ2 не совпали. В этом случае на втором и третьем выводах диодного моста не будет разности потенциалов. Фотодиоды в первом и втором оптронах 23, 24 работают, как источники сигнала с частотой контроля и амплитудой, близкой к нулю. При этом третий транзистор 27 открыт, четвертый транзистор 29 закрыт. На выходе СК формируется сигнал постоянного уровня. В этом случае третий конденсатор 9 разряжается. На эмиттеры первого и второго транзисторов 4 и 8 перестает поступать отрицательный потенциал. Если сигналы КТ1 и КТ2 на входе схемы контроля вновь совпадут, то первый и второй оптроны 23, 24 не будут открываться. СК переходит в защитное состояние. Для восстановления работы СК необходимо подать сигнал «Зал» на четвертый вход.
Если на вход КТ1 поступает сигнал постоянного уровня, то конденсатор 21 разряжается. На эмиттеры третьего и четвертого транзисторов 27 и 29 перестает поступать отрицательный потенциал. На выходе схемы пропадает сигнал с частотой контроля. СК фиксирует отказ канала.
Источники информации, принятые во внимание при составлении описания полезной модели:
1. Системы железнодорожной автоматики и телемеханики. Учеб. для вузов./Кравцов А.Ю и др.: Под ред. Кравцова А.Ю. - М.: Транспорт -1996 - С.102-131. /Л.-1/
2. Лисенков В.М., Беляков И.В., Грушка В.А, Ковалев И.П., Неклюдов Ю.Н. Принципы построения и методы технической реализации микропроцессорной системы АБ-Е2 // Автоматика, связь, информатика.-1998. - №1. - С.8-10. /Л.-2/
3. Исаков В.В., Корчагин В.Г., Кравцов Л.Я. Устройство для управления реконфигурацией резервированного вычислительного управляющего комплекса, патент №94011251, МКИ G 06 F 11/20, опубликовано 20.02.96, Бюл. №5./Л.-3/
4. Лисенков В.М. Статистическая теория безопасности движения поездов. М.: ВИНИТИ РАН-1999 - С. 295 ./Л.-4/
5. Беляков И.В., Ковалев И.П., Суханова Н.В., Филин А.А. Схема контроля. Патент RU №2153765 МПК 7 Н 03 К 19/007, опубл. 27.07.2000, Бюл. №21. /Л.-5/