СТЕНД ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ И ИЗУЧЕНИЯ МИКРОПРОЦЕССОРНОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОВОЗОМ Российский патент 2010 года по МПК G05B23/02 

Предлагаемый стенд позволяет проводить диагностирование микропроцессорных систем управления (МСУЭ) электровозов переменного тока, работающих в реальном времени и синхронизированных частотой напряжения питающей сети. В диагностируемую систему подаются тестовые сигналы, включая рабочие, и по функциям отклика автоматически с помощью ЭВМ делается вывод о работоспособности системы и ее пригодности для дальнейшей эксплуатации. Особое внимание уделено построению имитаторов тестовых сигналов.

Применение современной ЭВМ позволяет использовать в качестве имитаторов типовые изделия и размещать их в корпусе ЭВМ или отдельно.

Стенд для диагностики и изучения МСУЭ обеспечивает два уровня проверки и настройки:

- первый - диагностика МСУЭ в целом с выдачей документа о результатах проверки и сохранением в базе данных полученных результатов;

- второй - диагностика отдельных блоков МСУЭ с выдачей информации о необходимости регулировки или замены отдельных узлов, элементов и сохранением в базе данных полученных результатов.

Программным обеспечением стенда предусмотрена самодиагностика стенда с выдачей результатов на дисплей ЭВМ.

Известны специальные стенды, проверочные машины с применением универсальных измерительных комплексов, которые используются для контроля блоков управления выпрямительно-инверторными преобразователями (БУВИП). Регистрацию проверок осуществляют с помощью измерительных приборов, цифровой печати, фотографирования и т.д. с одновременной локализацией неисправностей вплоть до элемента [Горбань В.Н., Донской А.Л., Шабалин Н.Г. Электронное оборудование электровозов ВЛ80^Р. Ремонт и техническое обслуживание. - М.: Транспорт, 1984. - 184 с.]. Применение таких устройств для проверки микропроцессорных систем существенно усложняет процесс диагностирования и занимает много времени.

Современные комплексы для контроля и диагностики имеют в своем составе ПЭВМ [пат. 2257604, Российская Федерация, МПК G02B 23/02, H04B 17/00. Автоматизированный комплекс контроля и диагностики (варианты). / Палькеев Е.П., Страхов А.Ф., Шевченко В.Ф.; заявитель и патентообладатель ОАО «Головное производственно-техническое предприятие «Гранит». - №2003111456/09; заявл. 22.04.03; опубл. 27.07.05. Бюл.№2. - 2 с.: ил.1.]. Применение стандартной ПЭВМ не позволяет выдавать тестовые сигналы на проверяемую аппаратуру и анализировать результаты воздействия, поэтому недостатком предлагаемой системы является сложная аппаратная конструкция промежуточных устройств между ПЭВМ и проверяемой аппаратурой, предусматривающая установку в ПЭВМ блока сопряжения со специальной интерфейсной шиной, с которой связаны различные тестовые и анализирующие блоки, что приводит к удорожанию комплекса, снижению помехоустойчивости системы, повышению количества сбоев.

Наиболее близким к заявляемому устройству по технической сущности является программно-аппаратный стенд для диагностики цифровых и микропроцессорных блоков [пат. 2324967, Российская Федерация, МПК G05B 23/02, G06F 7/00. Программно-аппаратный стенд для диагностики цифровых и микропроцессорных блоков. / Лясковский А.П., Петров В.В., Скачков М.М.; заявитель и патентообладатель ФГУП «Научно-производственное предприятие «Сигнал». - №2006136648/09; заявл. 16.10.06; опубл. 20.05.08. Бюл.№2. - 2 с.], который и принят за прототип.

Недостатком прототипа является то, что блок дискретного ввода-вывода содержит подключенную к системной шине ISA компьютера схему сопряжения с шиной ISA по магистралям данных и управления, к ней подключена схема дешифрации адреса блока дискретного ввода-вывода, предназначенная для выбора порта схемы внешнего параллельного интерфейса, через который осуществляется обмен информацией между компьютером и диагностируемым блоком. При этом к схеме дешифрации подсоединены схема внешнего параллельного интерфейса и схема коммутации сигналов. Такое построение стенда позволяет проверять только дискретные сигналы, что существенно ограничивает его возможности. Применение дискретного блока ввода-вывода и внешнего переходного устройства не исключает возможности сбоев в работе стенда.

В предлагаемом стенде эти недостатки устраняются благодаря тому, что в качестве ПЭВМ используется промышленная ЭВМ типа ROBO-2000, имеющая до 20 свободных слотов. На основе анализа выбраны специальные типовые адаптеры, которые вставляются в слоты и позволяют имитировать практически все необходимые сигналы для диагностирования. Адаптеры при установке в слоты автоматически подключаются к системной шине ЭВМ и управляются от нее непосредственно как неотъемлемая часть ЭВМ. Каждый слот имеет свой код, поэтому не требуется никаких промежуточных согласователей системной шины с адаптерами. Применение такой ЭВМ для стенда позволяет существенно упростить программное обеспечение и составить его из отдельных блоков, каждый из которых определяет определенную функцию.

Все функциональные возможности программы отражаются в окнах с тем, чтобы оператор мог свободно выбирать режим или функцию, отслеживая их результат исполнения на экране монитора. Установка дополнительных измерительных приборов не предусматривается. Управление имитаторами, расшифровка функций отклика диагностируемой системы и ее отдельных блоков, замеры отдельных параметров осуществляются программным путем с выдачей протокола проверки на печать и сохранением результатов диагностирования в памяти ЭВМ для последующего анализа.

Программа, обеспечивая двухуровневую проверку, позволяет решать весь комплекс вопросов, связанных как с диагностированием системы в целом, так и ее отдельных частей с выдачей протоколов и сохранением результатов диагностирования.

Реализация предложения показана на конкретном примере, где приведена блочная схема стенда для диагностики и изучения МСУЭ.

На чертеже показаны микропроцессорная система управления (МСУЭ) 1 со стороны разъемов, промышленная ЭВМ 2 с адаптерами. PCI адаптер 7 типа PIO-D144 двунаправленного дискретного ввода-вывода на 144 канала TTL уровня управляет четырьмя группами стандартных силовых реле 5, установленных на выносных платах типа DB-24 PRD/24/DIN, установленными на DIN рейку. Включение реле в соответствии с алгоритмом от блока 7 (+24 В) позволяет подать напряжение (+50 В) от источника питания 3 через контакты реле на разъемы входных сигналов цепей управления электровозом 4. Эти же сигналы через первый делитель напряжения с оптической развязкой поступают через PCI адаптер 7 в ЭВМ для проверки алгоритма срабатывания реле в соответствии с программой. Через PCI адаптер 7 вводятся в ЭВМ и выходные сигналы цепей управления с разъемов 8 МСУЭ через второй делитель 6 с оптической развязкой.

Сымитированные сигналы действительных токов якорей возбуждения и напряжения на тяговых двигателях поступают от ЭВМ через PCI адаптер 11 типа PIO-DA16 на 16-аналоговых выводов через усилители-согласователи 10 на разъемы 9 для организации реальной по времени работы МСУЭ.

Реальные сигналы действительных частот вращения тяговых двигателей подаются от ЭВМ через PCI адаптер 14 типа PCI-TMCI-12 на 12 каналов таймера счетчика через ключи на МОП транзисторах 13 на разъемы 12 входных сигналов частоты вращения двигателей.

Через PCI адаптер 17 типа PSI-7200 высокочастотного дискретного ввода-вывода на 32 канала в ЭВМ вводятся с разъемов 15 через ограничители амплитуды 16 выходные импульсы плеч ВИП и ВУВ и через этот же адаптер в ЭВМ поступают сигналы синхронизации с разъема 18.

Двунаправленный преобразователь 19 служит для прямого преобразования интерфейсов USB в интерфейс RS485 и обратно.

Высокоскоростной обмен информации по интерфейсу RS432 происходит без промежуточных преобразователей.

Микропроцессорная система управления электровозом при диагностировании работает в реальном времени и синхронизируется частотой питающей сети. С учетом этого и составлена программа диагностирования. ЭВМ успевает полностью выполнить программу диагностирования, зафиксировать необходимые параметры работы МСУЭ, сравнить их с допустимыми, запомнить их и распечатать протокол диагностирования.

Таким образом, применение промышленной ЭВМ с набором PCI адаптеров позволяет существенно сократить затраты на изготовление промежуточных нетиповых блоков и повысить надежность диагностирования.

Предлагаемый стенд для диагностирования и изучения МСУЭ был изготовлен в макетном варианте, затем изготовлен опытный образец, который был испытан в депо Боготол при диагностике опытных образцов МСУЭ. После всесторонних испытаний стенд передан в депо Абакан Красноярской ж.д. для диагностики опытной партии микропроцессорных систем управления электровозами.

Изобретение относится к электротехнике, разделу электрооборудование транспортных средств с электротягой и предназначено преимущественно для диагностирования микропроцессорных систем управления электроподвижным составом железных дорог переменного тока. Стенд универсален для проверки систем управления как на новых сериях электровозов и электропоездов, так и на эксплуатирующихся. Сущность изобретения состоит в том, что в стенде применена промышленная ЭВМ, имеющая до 20 свободных слотов, в которые вставляются типовые адаптеры из набора и позволяют имитировать практически все необходимые сигналы для диагностирования. Адаптеры при установке в слоты автоматически подключаются к системной шине ЭВМ и управляются от нее непосредственно как неотъемлемая часть ЭВМ. Технический результат - расширение возможности стенда формировать и считывать для анализа не только дискретные, но и аналоговые, и импульсные сигналы, удешевление и упрощение конструкции согласующих элементов и повышение качества сигналов при диагностировании как при передаче, так и при приеме. 1 ил.

Стенд для диагностики и изучения микропроцессорной системы управления электровозом содержит промышленный компьютер, дисплей, программное обеспечение, отличающийся тем, что вместо блока сопряжения для связи системной шины ISA ЭВМ с дискретным блоком ввода-вывода в свободные слоты промышленного компьютера вставлены аппаратно-соединенные с системной шиной PCI адаптеры из типового набора, причем первый многоканальный адаптер дискретного ввода-вывода соединен с типовыми выносными платами реле, управляемыми по алгоритму от ЭВМ, контакты которых соединены с одной стороны с внешним источником питания, а с другой стороны - с разъемами входных дискретных сигналов МСУЭ и по цепи обратной связи соединены со входами второго многоканального адаптера дискретного ввода-вывода через первые делители с оптической развязкой; оставшиеся входы второго адаптера соединены с разъемами выходных дискретных сигналов МСУЭ через второй делитель с оптической развязкой; адаптер с аналоговыми выходными каналами соединен с разъемами ввода аналоговых сигналов в МСУЭ через усилители-согласователи; адаптер таймера счетчика соединен с разъемами ввода импульсных сигналов в МСУЭ через транзисторные ключи; часть входов адаптера высокоскоростного ввода соединена с разъемами вывода импульсных сигналов с МСУЭ через многоканальный компаратор, оставшаяся часть входов адаптера высокоскоростного ввода соединена с разъемами вывода сигналов синхронизации МСУЭ; разъемы USB ЭВМ соединены через преобразователь интерфейсов с разъемами RS485 МСУЭ; разъемы RS432 ЭВМ и МСУЭ соединены шлейфом без промежуточных элементов.