Микропроцессорное устройство приема команд и выдачи импульсов телеуправления (Модуль ТУ-1)

(51) 06 11/00 (2006.01) МИНИСТЕРСТВО ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ каждого контролируемого пункта. Модуль ТУ-1 предназначен для использования в системах диспетчерской централизации на железнодорожном транспорте. Устройство также может быть использовано в системах контроля и управления в различных областях хозяйственной деятельности. Основой устройства является многопортовый программируемый микроконтроллер торговой маркис внутренней энергонезависимой памятью. Функционирование модуля ТУ-1 осуществляется под управлением программного обеспечения,записанного в память микроконтроллера 1684. Конструктивно модуль ТУ выполнен в виде трех печатных плат,на которых расположены электронные элементы схемы. Все платы модуля ТУ-1 помещается отдельный железный корпус. Отличительными качествами является то, что в модуле ТУ-1 в качестве управляющих электронных ключей используется мощные составные транзисторы ТК 829 А, рабочее состояние которых контролируется диагностической программой при выполнении команды, и во время периодического опроса состояния модуля ТУ-1. Модуль ТУ-1 подключается к компьютеру по стандартному интерфейсу -485.(72) Ткаченко Владимир Иванович Усков Владимир Семенович Трофимов Евгений Иванович(73) Акционерное общество Национальная компания азастан темр жолы(54) МИКРОПРОЦЕССОРНОЕ УСТРОЙСТВО ПРИЕМА КОМАНД И ВЫДАЧИ ИМПУЛЬСОВ ТЕЛЕУПРАВЛЕНИЯ (МОДУЛЬ ТУ-1)(автоматизированные системы контроля и управления). Техническим результатом изобретения является микропроцессорное устройство для управления 8-ю двухпозиционными объектами посредством приема команд от компьютера и выдачи импульсов постоянного тока в подключенные к устройству управляемые объекты. Микропроцессорное устройство приема команд и выдачи импульсов телеуправления - модуль ТУ-1 является составной частью системы телеуправления двухпозиционными объектами. Система состоит из управляющей персональной электронновычислительной машины - ПЭВМ и модулей ТУ-1,количество которых определяется проектом для(автоматизированные системы контроля и управления). Микропроцессорное устройство приема команд и выдачи импульсов телеуправления(в дальнейшем - модуль ТУ-1) предназначено для использования в системах диспетчерской централизации на железнодорожном транспорте,также может быть использовано в системах контроля и управления в различных областях хозяйственной деятельности. Модуль ТУ-1 является составной частью системы телеуправления двухпозиционными объектами. Система состоит из ведущей персональной электронно-вычислительной машины(в дальнейшем - ПЭВМ) и ведомых модулей ТУ-1,количество которых определяется проектом для каждого контролируемого линейного пункта. Техническим результатом изобретения является микропроцессорное устройство для приема команд от ПЭВМ и выдачи импульсов телеуправления. Модуль ТУ-1 позволяет подключить 8 управляемых объектов. Параметры сигнала на выходах ТУ-1 импульсное напряжение постоянного тока длительностью от 64 мсек. и выше. Модуль ТУ-1 имеет возможность выдавать управляющие импульсы одновременно для двух подключенных объектов. Ранее авторами было представлено Микропроцессорное устройство приема сигналов телесигнализации (модуль ТС), на который был получен инновационный патент 27521 (дата опубл. 15.10.2013, бюл. 10). Модуль ТС и модуль ТУ-1 входят в группу микропроцессорных устройств с компьютерным управлением из состава оборудования Микропроцессорной автоматизированной системы диспетчерской централизации - МП АСДЦ, разработанной филиалом АО НК КТЖ Центром Линейных Разработок - Актобе. Основой модуля ТС и модуля ТУ-1 является многопортовый программируемый микроконтроллер 1684 торговой маркис внутренней энергонезависимой памятью,связь обоих модулей с управляющим компьютером осуществляется по интерфейсу -485/422, но при этом, модуль ТС и модуль ТУ-1 имеют различное функциональное назначение. Модуль ТС осуществляет сбор информации о состоянии контролируемых объектов,модуль ТУ-1 осуществляет управление выбранными объектами. Функционирование модуля ТУ-1 осуществляется под управлением разработанного авторами программного обеспечения, записанного впамять микроконтроллера 1684. В качестве управляющих электронных ключей используется мощные составные транзисторы КТ 829 А. Модуль ТУ-1 подключается к ПВЭМ по стандартному интерфейсу связи-485. Аппаратной реализацией интерфейса -485 является микросхема(драйвер) МАХ 485,установленная в модуле ТУ-1, и адаптер -485,который установлен в управляющей ПЭВМ. Использование драйвера МАХ 485 позволяет 2 подключить к одному порту адаптера управляющего компьютера максимально 32 модуля ТУ-1. Максимальная длина линии связи составляет 1200 м. Применение интерфейса -485 позволяет использовать модули ТУ-1 через стандартные конверторные устройства в оптоволоконных и других видах сетей. Перечень фигур, приведенный ниже, поясняет описание функционирования и конструкцию модуля ТУ-1. На фиг.1 представлена структурная схема модуля ТУ-1, на которой показаны основные элементы в блочном виде и их взаимосвязи. На фиг.2 представлен алгоритм работы программы, записанной в память микроконтроллера модуля ТУ-1, который определяет порядок и последовательность функционирования модуля ТУ-1 (лист 1, 2). На фиг.3 (листы 1, 2) представлена принципиальная электрическая схема модуля ТУ-1,по которой выполнен опытный образец модуля ТУ-1. На схеме показаны электронные компоненты с указанием их обозначения и номиналов. На фиг.4 представлена фотография внешнего вида опытного образца модуля ТУ-1, поясняющая конструкцию и расположение комплектующих элементов. Модуль ТУ-1 содержит в себе следующие основные элементы микроконтроллер, драйвер интерфейса-485,сдвиговые регистры,оптоэлектронные ключи,транзисторные управляющие ключи,стабилизатор 5 В,переключатель выбора адреса,светодиоды индикации функционирования (фиг.1, 4). От управляющей ПВЭМ в модуль ТУ-1 посылаются команды управления - одноимпульсные и двухимпульсные, команда опроса состояния модуля ТУ-1 (команда диагностики). Последовательность работы модуля ТУ-1 заключается в следующем. От ПВЭМ, по интерфейсу связи в модуль ТУ-1 выдается сообщение в размере четырех байт. Первый байт содержит адрес модуля ТУ-1 второй байт - команду управления третий байт - признак команды (одно или двух импульсная), имеет и дополнительные функции четвертый байт содержит контрольную сумму трех предыдущих байт. Сообщение, содержащее в себе команду,передаваемое управляющей ПВЭМ, принимается всеми подключенными к ПВЭМ модулями ТУ-1. Значение передаваемого адреса, сравнивается с реальными адресами модулей. При совпадении передаваемого адреса с адресом одного из модулей,происходит сравнение контрольной суммы,полученного от ПВЭМ сообщения, с контрольной суммой,сформированной программой микроконтроллера модуля ТУ-1. При равенстве контрольных сумм происходит логический контроль информации. Если сообщение принято правильно,происходит тестирование выходного регистра команд, состояние выходных электронных ключей,затем принятая команда помещается в выходной регистр, и открываются соответствующие мощные электронные ключи управления. Длительность выходного импульса определяется программным таймером и устанавливается при программировании микропроцессора. Полученное сообщение отсылается обратно в управляющую ПВЭМ, что является признаком нормального завершения команды. Алгоритм работы модуля ТУ-1 приведен на фиг.2. Реальный адрес модуля, устанавливается на верхней плате 1 с помощью перемычек. Внешний таймер собран на микросхемах 5. 6, 7 и служит для автоматического сброса микроконтроллера в случае сбойной ситуации при приеме команды модулем от ПВЭМ (фиг.3, лист 1). Выходной сдвиговый регистр выполнен на микросхеме 74299 (1 С 4) и нагружен на оптроны гальванической развязки 8, 9, которые совместно с транзисторами Т 2-Т 9 образуют мощные ключи управления. Подключение оптронов производится микроконтроллером через транзистор Т 1 (фиг.3, листы 1, 2). Коллекторы и эмиттеры мощных транзисторов выведены на выходные колодки модуля ТУ-1. Коллекторы подсоединяются к плюсу источника питания, с эмиттеров транзисторов снимается импульсное напряжение управления объектами. Регистр реального адреса собран на микросхеме 3 и подключен к наборному переключателю адреса,последовательный выход регистра подключен к микроконтроллеру (фиг.3, лист 1). Регистр 3 служит и для контроля мощных выходных ключей. Оптроны 10, 1 11 через резисторы 10 к нагружены на эмиттеры выходных ключей, выходы оптронов подключены к параллельным входам регистра 3 и служат для сбора информации о состоянии выходных ключей. Переключение оптроны - адрес - оптроны осуществляется микроконтроллером (порт В 6) и микросхемой 5,вывод 8 (фиг.3, листы 1, 2). Для осуществления изобретения авторами разработана конструкция модуля ТУ-1, в виде трех печатных плат с расположенными на них электронными компонентами согласно принципиальной электрической схеме (фиг.3, листы 1, 2). На плате 1 расположены микроконтроллер,драйвер -485, сдвиговые регистры информации и адреса, узел индикации, разъмы межплатных соединений, колодка с перемычками для установки адреса модуля. Внешний таймер для автоматического сброса модуля ТУ-1 при сбойных ситуациях. На плате 2 расположены оптроны гальванической развязки и выходные транзисторные ключи с диодами и конденсаторами защиты транзисторов от отрицательных выбросов в цепи обмотки реле управляемых объектов. На плате 3 расположены разъмы вводавывода, сетевой предохранитель, стабилизатор электропитания модуля. Оптроны контроля выходных ключей. Крепежная алюминиевая пластина служит одновременно радиатором охлаждения для стабилизатора электропитания модуля ТУ-1. Диагностика модуля ТУ-1 осуществляется с помощью специальной команды ТЕСТ, которая периодически посылается программойво все подключенные модули, а также в выбранный модуль при каждом выполнении команды управления. Если модуль неисправен, то в управляющий ПВЭМ передается код ошибки,который указывает на характер неисправности модуля ТУ-1. По команде ТЕСТ происходит тестирование выходного регистра 4, проверка состояния выходных транзисторных ключей(должны быть отключены), затем процессор дает команду на поочередное включение-выключение выходных ключей с проверкой их состояния. Модуль ТУ тестируется с большой скоростью,время открытия выходных ключей подобрано так,что его достаточно для открытия ключей, но недостаточно для срабатывания реле управляемых объектов из-за их индуктивных свойств и временной длительности импульса. Контроль срабатывания выходных ключей производится в течение всего этапа подачи импульса на управляющие реле. То есть, командой ТЕСТ контролируется начальное состояние, открытие и закрытие ключей. Конечное состояние ключей все выключены. В управляющую ПЭВМ передается сообщение о результатах тестирования модулей ТУ-1. По результатам тестирования в окне телеуправления компьютера строится таблица состояния модулей ТУ-1. Командные поля для всех модулей окрашены в желтый цвет. Во время выполнения команды ее поле окрашивается в зеленый цвет. Если модуль не исправен, то цвет поля этого модуля становится красным. Работу модулей ТУ-1 можно проконтролировать с помощью светодиодов индикации, расположенных на передней панели модулей ТУ-1. При нормальной работе должны светиться оба светодиода. Светодиод 5 В,индицирующий наличие внутреннего электропитания, горит постоянным светом, светодиод ОБМЕН мигает во время приема и выполнения команды, что говорит о том,что модули ТУ-1 получают сообщения от компьютера и отвечают на них. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Микропроцессорное устройство приема команд и выдачи импульсов телеуправления (модуль ТУ-1),имеющий 8 выходов, подключен к управляющей ПЭВМ по стандартному интерфейсу-485,отличающийся тем, что выдает управляющие импульсы одновременно для двух подключенных объектов,содержит высоконадежный индустриальный программируемый микроконтроллер 1684-04/ с записанной в память контроллера управляющей программой,микросхему-драйвер МАХ 485 интерфейса связи-485, мощные составные транзисторы КТ 829 А в качестве электронных управляющих ключей с 3 диагностическим контролем их состояния, схема выбора ключа по принятому адресу построена с