Микропроцессорное устройство приема команд и выдачи импульсов телеуправления (модуль ТУ-2)

МИНИСТЕРСТВО ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ торговой марки с внутренней энергонезависимой памятью. Функционирование модуля ТУ-2 осуществляется под управлением программного обеспечения, записанного впамять микроконтроллера. Конструктивно модуль ТУ-2 выполнен в виде одной печатной платы, на которой расположены электронные элементы схемы и два разъема для подключения. Модуль ТУ-2 помещается в отдельный корпус, или располагается в крейте каркасе коммуникационного шкафа. Отличительными качествами являются то, что в модуле ТУ-2 в качестве управляющих электронных ключей используются мощные и компактные твердотельные реле с оптической изоляцией СРС 1708. Модуль ТУ-2 подключается к управляющему компьютеру по стандартному четырехпроводному интерфейсу-422 с раздельными линиями приема и передачи. Максимальная длина линии связи составляет 1200 м. Аппаратной реализацией интерфейса -422 в модуле ТУ-2 является оптоизолированная микросхема-драйвер 2582, позволяющая подключать к компьютеру до 256 модулей ТУ-2. Использование гальванически изолированных электронных ключей СРС 1708 и драйвера связи 2582 исключает влияние внешних перенапряжений на нормальное функционирование модуля ТУ-2. Применение интерфейса -485/422 дает возможность использовать модули ТУ-2 через стандартные конверторные устройства в оптоволоконных и других видах сетей.(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-2)(автоматизированные системы контроля и управления). Техническим результатом изобретения является микропроцессорное устройство для управления 16 ю двухпозиционными объектами посредством приема команд от компьютера и выдачи импульсов тока в подключенные к устройству управляемые объекты. Микропроцессорное устройство приема команд и выдачи импульсов телеуправления модуль ТУ-2 является составной частью системы телеуправления двухпозиционными объектами. Система состоит из управляющего компьютера и модулей ТУ-2, количество которых определяется проектом для каждого контролируемого пункта. Модуль ТУ-2 предназначен для использования в системах централизации по управлению движением поездов на железнодорожном транспорте, также может быть использован в системах контроля и управления в различных областях хозяйственной деятельности. Основой устройства является многопортовый программируемый микроконтроллер 1684(автоматизированные системы контроля и управления). Микропроцессорное устройство приема команд и выдачи импульсов телеуправления (в дальнейшем модуль ТУ-2) предназначено для использования в системах централизации по управлению движением поездов на железнодорожном транспорте, также может быть использовано в системах контроля и управления в различных областях хозяйственной деятельности. Модуль ТУ-2 является составной частью системы телеуправления двухпозиционными объектами. Система состоит из управляющей персональной электронно-вычислительной машины(в дальнейшем - ПЭВМ) и модулей ТУ-2,количество которых определяется проектом для каждого контролируемого линейного пункта. Техническим результатом изобретения является защищенное от влияния внешних перенапряжений по входу и выходам микропроцессорное устройство в одноплатном исполнении для управления 16-ю двухпозиционными объектами посредством приема команд от ПЭВМ и выдачи импульсов тока в подключенные к модулю ТУ управляемые объекты. Например, подача импульсов тока в обмотки исполнительных реле. Ранее авторами было представлено Микропроцессорное устройство приема команд и выдачи импульсов телеуправления (модуль ТУ-1),на который был получен инновационный патент 30016 от 19.05.2015 г. Дата опубликования 15.06.2015, бюллетень 6. Модули ТУ-2 и 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 модулей ТУ-1 и ТУ-2 является многопортовый программируемый микроконтроллер 1684 торговой маркис внутренней энергонезависимой памятью. Функционирование модулей осуществляется под управлением разработанного авторами программного обеспечения, записанного впамять микроконтроллера. Для определения адреса и передачи команды в выбранный управляющий электронный ключ в модулях ТУ-1, ТУ-2 применен сдвиговый регистр 74299. Параметры сигнала на выходах ТУ-1 и ТУ-2 - импульсное напряжение постоянного тока длительностью от 64 мсек. и выше. Модули ТУ-1, ТУ-2 имеют возможность выдавать управляющие импульсы одновременно для двух подключенных объектов. Модуль ТУ-2 по сравнению с модулем ТУ-1 имеет существенные отличия. Для повышения надежности и безопасности в эксплуатации, для защиты от влияния внешних электромагнитных полей, наведенного статического напряжения в цепях ввода-вывода модуля ТУ-2, в отличие от модуля ТУ-1,используются электронные компоненты с оптической изоляцией от внешних 2 воздействий. В качестве управляющих токовых ключей используется мощное компактное твердотельное реле с оптической изоляцией СРС 1708. Для связи с управляющей ПЭВМ применен 4-х проводной интерфейс -422 с раздельными линиями приема и передачи, что повышает уровень надежности, защиту от искажений, посылаемых в модуль ТУ-2 команд. Аппаратной реализацией интерфейса -485/422 в модуле ТУ-2 является микросхема - драйвер 2582, установленная в модуле ТУ-2, и адаптер -485/422 с оптической изоляцией по входу, который установлен в ПЭВМ. Драйвер 2582 по линии связи защищен от влияния внешних перенапряжений оптической гальванической развязкой. Использование драйвера 2582 позволяет подключить к одному порту адаптера -485/422 максимально 256 модулей ТУ 2. Для уменьшения затрат при изготовлении количество управляющих выходов модуля ТУ-2 по сравнению с ТУ-1 увеличено до 16. Это особенно оправдано при эксплуатации модулей ТУ-2 в составе МП АСДЦ на станциях с большим количеством управляемых объектов. В отличие от модуля ТУ-1, модуль ТУ-2 имеет более совершенную конструкцию, и выполнен в виде одной электронной платы с разъемами для подключения,чем повышается надежность конструкции по сравнению с модулем ТУ-1, так как в модуле ТУ-2 отсутствуют межплатные соединения. Одноплатная конструкция более удобна в эксплуатации. При замене достаточно снять два разъема, тогда как в модуле ТУ-1 каждый подводящий провод приходится снимать отдельно. Модули ТУ-2 располагаются в так называемых крейтах- каркасах, которые вместе с остальным оборудованием системы МП АСДК размещаются в заземленном коммуникационном шкафу, чем дополнительно обеспечивается защита от электромагнитных полей релейного помещения, где устанавливается коммуникационный шкаф МП АСДЦ. Модуль ТУ-2 имеет более совершенную и расширенную внутреннюю диагностику. Для удобства эксплуатации в модуле имеется кнопка сброс, с помощью которой запускается диагностика модуля, по окончанию которой программное обеспечение модуля приводится в исходное состояние как при включении электропитания. Перечень фигур, приведенный ниже, поясняет описание функционирования и конструкцию модуля ТУ-2. На Фиг.1 представлена структурная схема модуля ТУ-2, на которой показаны основные элементы в блочном виде и их взаимосвязи. На Фиг.2 представлен алгоритм работы программы, записанной в память микроконтроллера модуля ТУ, который определяет порядок и последовательность функционирования модуля ТУ 2 (лист 1,2). На Фиг.3 представлена принципиальная электрическая схема, по которой выполнен опытный образец модуля ТУ-2. На схеме показаны электронные компоненты с указанием их обозначения и номиналов. На Фиг.4 представлена фотография внешнего вида опытного образца модуля ТУ-2, поясняющая конструкцию и расположение комплектующих элементов. Модуль ТУ-2 состоит из следующих основных элементов (фиг.2, фиг.3)- оптически изолированный драйвер 2582- сдвиговые регистры 74299 (3, 4) мощные оптически изолированные твердотельные реле СРС 1708 в качестве токовых управляющих ключей (1-8 1-8)- кнопка запуска внутренней диагностики (Кн. Тест)- разъем для связи с управляющей ПЭВМ,подачи в модуль питающего напряжения- разъем для выдачи импульсов тока на управляемые объекты (Разъем 2). Алгоритм работы программы предоставлен на фиг.2 (лист 1, 2). Последовательность работы модуля ТУ-2 заключается в следующем. От управляющей ПЭВМ, по 4-х проводному интерфейсу связи -422 в модуль ТУ-2 выдается сообщение в размере четырех байт. Первый байт содержит адрес модуля ТУ-2, второй байт - команду управления, третий байт - признак команды(одноимпульсная команда или двух импульсная),который имеет дополнительные функции,четвертый байт содержит контрольную сумму трех предыдущих байт. Сообщение, передаваемое ПВЭМ, принимается всеми подключенными к компьютеру модулями ТУ 2. Значение передаваемого адреса, сравнивается с реальными адресами модулей. При совпадении передаваемого адреса с адресом одного из модулей происходит сравнение контрольной суммы,полученной от ПВЭМ в сообщении, с контрольной суммой,сформированной программой микроконтроллера модуля ТУ-2. При равенстве контрольных сумм происходит логический контроль всей принятой информации. Если сообщение принято правильно, происходит тестирование выходного сдвигового регистра, затем принятая команда помещается в выходной регистр, и открываются соответствующие мощные токовые ключи управления. Длительность выходного импульса определяется программным таймером и устанавливается при программировании микроконтроллера. Полученное сообщение отсылается обратно в управляющую ПВЭМ, что является признаком нормального завершения команды. Взаимодействие модуля ТУ-2 с ПЭВМ осуществляется под управлением программного обеспечения,записанного во микроконтроллера. Передача команд телеуправления модулю ТУ-2 осуществляется под управлением программы телеуправления, установленной в управляющей ПЭВМ. От ПВЭМ через разъем 1 в модуль ТУ-2 посылаются одноимпульсные и двух импульсные команды управления, команда опроса состояния модуля ТУ-2 (команда диагностики). С этого же разъема 1 в модуль ТУ-2 с внешнего источника электропитания поступает постоянное напряжение в пределах 12 - 35 В (фиг.3). Модуль принимает команды ТУ-2 для двух адресов четных и нечетных, т.е. адрес 00 и 01. Следующий, подключенный к ПВЭМ модуль ТУ-2,принимает адреса 02 и 03 и так далее. Для четного адреса модуля отводятся первые 8 токовых ключей(1-8), для нечетного адреса - следующие 8 ключей(1-8). Таким образом, модуль как бы совмещает два модуля ТУ-1, выдающих по восемь выходных импульсов управления. Выходной регистр выполнен на микросхеме 4 и нагружен транзисторами Т 4 Т 11, которые управляют двумя группами выходных токовых ключей СРС 1708 (фиг.3). Выбор группы электронных ключей осуществляется микроконтроллером 1 через коммутирующие транзисторы Т 1 и Т 2 (фиг.3), согласно принятому адресу. Транзистор Т 1 выбирает токовые ключи с четным адресом, транзистор Т 2 - с нечетным адресом. Плюсовые выводы ключей (твердотельных реле) объединены и подключаются к плюсу источника питания, с минусовых выводов через разъем 2 выдается импульсное напряжение управления объектами (фиг.3). Микроконтроллером модуля ТУ-2 осуществляется логический контроль полученной от программыкоманды, производится проверка контрольной суммы и формата команды. Далее осуществляется диагностическая проверка сдвигового выходного регистра перед выполнением команды,проверяется правильность выбора транзисторами Т 1 и Т 2 соответствующей группы электронных ключей, производится проверка транзисторов Т 4-Т 11. Контроль Транзисторов Т 4 Т 11 осуществляется через диоды 1- 8, катоды которых подключены к коллекторам транзисторов Т 4 - Т 11, а аноды к общей шине, подключенной к адресному регистру 3, вывод 4 (фиг.3). При пробое хотя бы одного транзистора на выводе 4 регистра 3 будет логический 0. В этом случае,при любом обращении к модулю будет обнаружена неисправность, и команда не будет выполняться. По окончании проверки команды модуль ТУ-2 передает в управляющий компьютер свой реальный адрес и значение полученной команды в случае ее правильности. Принятая и проверенная команда микроконтроллером передается в выбранный,согласно адресу в выходной токовый ключ СРС 1708 на исполнение. При получении неправильной команды модуль передает в ПЭВМ свой реальный адрес и код ошибки. Реальный адрес модуля устанавливается на плате с помощью переключателя адреса. Регистр реального адреса собран на 3 микросхеме 3 и подключен к наборному переключателю адреса, последовательный выход регистра 3 подключен к микроконтроллеру 1(фиг.3). Диагностика модуля ТУ-2 осуществляется с помощью специальной команды ТЕСТ, которая посылается программой от управляющей ПЭВМ во все подключенные модули при каждом выполнении команды управления. Если модуль неисправен, то в ПВЭМ передается код ошибки,который указывает на характер неисправности модуля ТУ-2. В управляющей ПВЭМ предусмотрена команда опроса состояния модуля ТУ-2, по которой производится диагностика модуля периодически без посылки команды. Команда опроса состояния подключенных модулей ТУ-2 посылается управляющей ПВЭМ автоматически через заданный в программе интервал времени. В модуле ТУ-2 предусмотрено автономное тестирование по включению эл. питания и по нажатию кнопки Тест, расположенной на передней части модуля. При этом происходит тестирование регистров общего назначения микроконтроллера,тестирование выходного регистра, проверка сдвига адресного регистра,проверка правильности переключения транзисторов, Т 2, проверка на пробой транзисторов Т 4 - Т 11. При отсутствии ошибки, светодиод Тест/5 В мигает два раза и постоянно светится. При обнаружении ошибки индикатор мигает несколько раз, в зависимости от кода ошибки, и тест повторяется до исправления ошибки (фиг.3, 4). Для осуществления изобретения авторами разработана конструкция модуля ТУ-2, в виде одной печатной платы (фиг.4) с расположенными на ней электронными компонентами согласно принципиальной электрической схеме (фиг.3). Плата снабжена внешними разъемами -. На задней части платы расположен 37- разъем (2) выходных импульсов ТУ-2,к которому подключаются управляемые объекты. Разъем 9(1) расположен на передней части платы и используется для подключения линии связи с ПЭВМ,подачи в устройство внешнего электропитания постоянного тока с напряжением в пределах 12-35 В. На передней части модуля расположен переключатель для установки адреса модуля, кнопка Тест, узел индикации модуля ТУ 4 2, состоящий из трех светодиодов - одного зеленого- 3 и двух желтого цвета - 1, 2 (фиг.3). Модули ТУ-2 располагаются в так называемых крейтах - каркасах, которые устанавливаются вместе с ПЭВМ в коммуникационном шкафу. Модуль ТУ-2 помещается в отдельный корпус, если используется на удалении от управляющей ПЭВМ. В выключенном состоянии светодиоды индикации модуля ТУ-2 погашены. При подаче в модуль электропитания светодиод зеленного цвета Тест/5 В (3) после двух миганий постоянно светится, сообщая о нормальном завершении теста диагностики и готовности модуля ТУ-2 к приему команды от ПЭВМ. Один из двух светодиодов желтого цвета (1, 2) в процессе выполнения полученной команды указывает коротким миганием на выбор группы из восьми ключей, четного или нечетного адреса модуля ТУ-2. Постоянное свечение светодиода Тест/5 В индицирует наличие внутреннего электропитания 5 В,состояние готовности модуля ТУ-2. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Микропроцессорное устройство приема команд и выдачи импульсов телеуправления (модуль ТУ-2),имеющее возможность выдавать управляющие импульсы одновременно для двух подключенных объектов,содержащее высоконадежный индустриальный программируемый микроконтроллер 1684-04/ с записанной в память контролера управляющей программой,имеющее схему выбора управляющего электронного ключа по принятому адресу, которая построена с использованием регистров 74299, отличающееся тем, что содержит 16 выходов для подключения управляемых объектов,мощные и компактные твердотельные реле с оптической изоляцией СРС 1708 в качестве электронных управляющих ключей,оптоизолированную микросхему-драйвер 2582 интерфейса связи-485/422,подключается к управляющему компьютеру по стандартному четырехпроводному интерфейсу 422 с раздельными линиями приема и передачи,конструктивно выполнено в виде одной электронной платы.