Проектирование устройства телемеханики

Все процессы повторяются до очередного переключения триггера-защелки. Однако теперь на вход 13 инвертора DD5.4 поступает сигнал 1 с выхода 3 инвертора DD9.1. В результате на выходе VT19 появляется сигнал 1, поступающий на модулятор передатчика. В линию связи передается 63-я пауза.7 Элементная база полукомплекта телемеханики МСТ-95Элементная база опирается на логические элементы КМОП (комплементарные полевые транзисторы со структурой металл-окисел-полупроводник). В технологии КМОП используются полевые транзисторы с изолирован- ным затвором с каналами разной проводимости. Отличительной особенностью схем КМОП является очень малое энергопотребление в статическом режиме (в большинстве случаев можно считать, что энергия потребляется только во время переключения состояний). Отличительной особенностью структуры КМОП по сравнению с другими МОП-структурами (N-МОП, Р-МОП) является наличие как n-, так и p-канальных полевых транзисторов как следствие, КМОП-схемы обладают более высокими быстродействием и меньшим энергопотреблением, однако характеризуются более сложным технологическим процессом изготов- ления и меньшей плотностью упаковки. По сравнению с ТТЛ технология КМОП является наиболее современной, потребляет меньшие токи и обладает лучшими характеристиками. В качестве основной счетной схемы распределителя модуля ТС-КП примем счетчик-делитель К561ИЕ9. Этот счетчик имеет 8 дешифрированных выходов Q0-Q7. Внутренняя схема содержит 5-каскадный счетчик Джонсона и дешифратор, который преоб- разует двоичный код в сигнал, появляющийся последовательно на каждом вы- ходе счетчика.Для получения схем И-НЕ, НЕ, количество которых преобладает в данной схеме, используем микросхемы К561ЛА3.Для микросхем КМОП принято, что логическая единица (лог. 1) соответствует потенциалу высокого уровня, а логический ноль (лог. 0) – потенциалу низкого уровня. В микросхеме К561ЛА3 находится один двухвходовых логических элемента И-НЕ.Микросхема К561ТМ2 (рисунок 11) содержит два D-триггера, причем каждый из них имеет два входа асинхронного управления - R и S. Триггер переключается в состояние «1» или «0» по положительному перепаду импульсов на тактовом входе С.Рисунок 11 – Корпус микросхемы К561ТМ28Составление схемы полукомплекта для кодирования информацииПроцесс кодирования импульсов и паузпротекает аналогично тому, как происходило удлинение 63-го импульса. Информация о состоянии датчиков ТС и ТИ вводится через модули оптронов МО. Выходы оптронов включены между входами А и В матриц распределителя.Если замкнут контакт-датчик на входе опрашиваемого оптрона, то на выходе элемента А1 формируется 1, а на выходе VT18 – 0, на вход 5 инвертора DD9.2 поступает сигнал 0. На входе 8повторителя DD9.3_DD9.4 появляется сигнал 1. Одновременно 0 поступает на вход 1 инвертора DD9.1, с его выхода 3 на триггер DD2.2 подается сигнал 1. При сбросе триггера DD2.2 с помощью линии задержки R7_С4 на его выходе 12 формируется импульс, который по линии задержки С6_R13, поступает на вход 9 повторителя DD9.3_DD9.4. Так как на его входе 8 также присутствует сигнал 1, то на выводе 11 повторителя DD9.3_DD9.4 получаем кратковременное значение 1. Последнее приводит к сбросу счетчика DD3 и остановке триггера-защелки в положении «импульс» или «пауза». На выходе «мод» устройства на протяжении пяти тактовых элементов поддерживается 0 или 1, т.е. формируется длинный импульс или пауза.Для передачи сигнала «Сбой ТУ» на ДП служат триггеры DD10 и инверторы DD11. Этот сигнал вводится из блока ТУ КП через контакт С11 разъема модуля ТС КП и возбуждает по S-входу триггер DD10.1. С его выхода 1 на D-вход триггера DD10.2 поступает сигнал 1. На 62-й позиции распределителя, которая служит для передачи сигнала «Сбой ТУ», с выхода 11 DD8.4 на С-вход триггера DD10.2 поступает сигнал 1, который возбуждает этот триггер. В результате на выходе 4 повторителя DD11.1_DD11.2 появляется сигнал 1, который через инвертор VT18 обеспечивает процесс кодирования 62-го импульса серии. Поскольку по данному логическому пути не контролируется наличие импульса или паузы, то будет удлинена и 62 пауза.При переходе распределителя в 63-ю позицию на вход 9 повторителя DD11.3 поступит 1, следовательно, состояние С-входа триггера DD10.1 изменится с 0 на 1. Если к этому моменту сигнал «Сбой ТУ» на S-входе исчез, то триггер сбросится. Сброс триггера DD10.2 произойдет на 62-й позиции следующей серии при условии, что сигнал «Сбой ТУ» не появился вновь. Если сигнал «Сбой ТУ» не исчезает, сброса триггера не происходит.В схеме модуля ТС КП предусмотрены меры защиты от неправильности кодирования. Так, пробой инвертора VT18 приводит к тому, что кодируются все импульсы и паузы. Однако благодаря связи инвертора VT18 с входом 1 инвертора DD9.1 на выходе 3 инвертора DD9.1 постоянно будет присутствовать сигнал 1. Значит, 63 пауза также будет удлиняться, вместо сверхдлинного импульса будет сформировано два длинных импульса, разделенных длинной паузой. Это обнаруживается приемным полукомплектом на ДП, который блокирует вывод на щит принятой информации и включает сигнал «Сбой»Для обнаружения пробоя инверторов DD1.3_VT23 и DD1.24_VT24 коммутатора объединенные входы 8 и 12 коммутатора соединены с выходом 3 инвертора DD8.1, где на 63-й позиции распределителя устанавливается сигнал 0. На этой позиции в обеих цепях ВП и ВИ устанавливается 1 и кодирования не происходит. Если же будет пробит один из инверторов коммутатора, образование сверхдлинного импульса также окажется невозможным из-за удлинения паузы. Естественно, для обеспечения изложенного контроля 63-я пауза в матрице кодирования должна предполагать постоянное соединения на входе соответствующего оптрона (на рис.12 не показано).Рис.12. Блок кодирования и защиты полукомплекта ТС-КП системы МСТ-Ч9 Разработка принципиальной схемы блока кодирования, анализ его работы путем построения временных диаграмм для заданного режима и исследование схемы с помощью программы Мicro-CapБлок кодирования предназначен для придания импульсам и паузам отличительных признаков. В системе МСТ-95 в качестве отличительного признака используется удлинение кодированного импульса.Смоделированный с помощью программы MultiSim фрагмент блока кодирования не удалось, так как в библиотеке отсутствуют счетчики на 8 и большинство логических элементов, а именно триггер для формирования кратких временных импульсов.Однако рассмотрев программу Micro-Cap 9 русской версии было обнаружено, что в ее библиотеке содержится почти вся элементная база для проектирования схем МСТ-95. Зададим схему в программе и доведем ее до ума. Не все элемента работают идеально. Для Dтригера необходимо на входы Rи Sподать логическую 1.Рисунок 13 – Схема формирования импульсной серии в полукомплекте ТС-КП в программе Micro-CapНа выходе триггера имеемИсследую схему дальше получаемРисунок 14Оказывается все выводу микросхем нужно заземлять через резистор, так как у них нет собственного сопротивления.Рисунок 15Как видим, получаем длинный 0 на выходе формирователя импульсов после нескольких тактов.Для дальнейшего формирования импульсов счетчик импульсов необходимо сбрасывать. Сброс формирует схема управления кодером. Введем источник импульсовРисунок 16.Получаем длинный 1.Рисунок 17.Модуль ТС-КП непрерывно циклически опрашивает положение контролируемых объектов и с помощью контактов-датчиков формирует тактовые серии из 63 импульсов, модулированных по длительности в соответствии с положением контактов. Опрос производится на импульсах тактовой серии (соответственно по группам контактов КП1 - КП5). В процессе опроса в линию связи поступает тактовая серия, несущая информацию о состоянии контролируемых объектов и телеизмерительные данные. Каждая серия заканчивается сверхдлинным фазирующим импульсом.Таблица 4. Перечень элементов для схемы моделированияОбозначениеНаименование1 R Резистор 10 кОм 6DD Счетчик – делитель на 8 К561ИЕ8 1 DDК561ЛА3 И-НЕ7DDК561ТМ2 Триггер1DDК561ТP2 Триггер110 Общий расчет надежности полукомплекса электронного устройстваЭлементы и состоящие из них системы могут находиться в двух состояниях: работоспособном (исправном) и неисправном. Событие, состоящее в переходе из исправного состояния в неисправное, называется отказом или выходом из строя. После составления спецификации и проработки функциональной схемы устройства телесигнализации проводится упрощенный (ориентировочный) расчет его надежности. Исходными данными для расчета являются состав (тип) элементов, их количество и среднестатистическое значение интенсивности отказов λi для элементов каждого типа. Иногда вместо данных об элементе (транзистор, диод, резистор и т. д.) даются значения интенсивности отказов на элементы функциональной схемы (триггер, инвертор и т. д.), что значительно упрощает расчет. Данные о количестве элементов устройства определяются по спецификации и функциональной схеме и записываются в таблицу для определения интенсивности отказов устройства (таблица 5). Таблица 5 – Определение интенсивности отказов.При расчете надежности предполагается, что все элементы соединены последовательно, т. е. отказ одного из них приводит к отказу всего комплекса электронного устройства. Характеристики надежности определяются по формулам: поток отказов комплекса электронного устройства: (4) 1/чсреднее время наработки на отказ:чВероятность безотказной работы устройства в течение времени t (t=8760 ч = 1 год):(5)Таким образом, вероятность безотказной работы устройства в течение времени t=8760 ч составила p=0,88. Методы обеспечения необходимого уровня надежности состоят в применении высоконадежных, отказоустойчивых, контролепригодных систем и прогрессивных методов технического обслуживания. Современные системы строят на микроэлектронной и микропроцессорной элементной базе. Основной способ обеспечения их надежности заключается во введении избыточно- сти (аппаратурной, программной, информационной и временной). Эффек- тивным способом повышения надежности систем является совершенствование методов технического обслуживания, поскольку практически все системы являются восстанавливаемыми с длительным сроком службы. Техническое обслуживание включает в себя плановые работы, выполняемые в соответствии с инструкциями, восстановительные работы при отказе и текущий ремонт.11Расчет дальности передачи сигналаДля телемеханизации устройств электроснабжения на железнодорожном транспорте применяются воздушные и кабельные линии связи. Воздушные линии со стальными проводами имеют худшие характеристики по условиям затухания и ширине спектра рабочих частот в сравнении с медными и биметаллическими. Кабельные линии связи имеют существенные преимущества по сравнению с воздушными, так как их параметры практически не зависят от внешних условий и они меньше подвержены воздействию помех и более надежны.Недостатками кабельных линий являются сравнительно высокая стоимость и большой расход дефицитных металлов (медь, свинец). Часто выполняются смешанные воздушно-кабельные линии связи, что диктуется необходимостью отстройки от помех.При расчете дальности передачи сигнала учитываются:-тип линии связи (в данном случае кабельная);-несущая частота канала связи Fк;-затухание сигнала, вносимое аппаратурой, Вн;-уровень помех в полосе частот канала Рпом.Для надежного разграничения частотных каналов связи уровень передачиРп при кабельных линиях связи не должен превышать 1,1 Нп.Уровень сигнала на входе приемника Рс.п при частотной модуляции не должен превышать 1,8 Нп.Предельно допустимое затухание сигнала в линии связи определяется по формуле:(7)где ɑ - коэффициент затухания, зависящий от типа линии и несущей частоты канала связи, Нп/км; lmax - наибольшая длина линии,(8)Согласно исходным данным, тип линии связи - кабель 1.2х4-МК-4 Для этого кабеля при заданной несущей частоте 2450 Гц (см.исходные данные) коэффициент затухания ɑ= 60,5*10-3Нп/км. Затухание сигнала, вносимое аппаратурой, Вн=0,3Нп, уровень помех в полосе частот канала Рпом=-6Нп. Таким образом, проведя вычисления, получим:кмЗаключениеВ ходе курсовой работы была разработана структурная схема телемеханизированного участка электрической железной дороги, произведен выбор способа кодирования и спроектирована импульсная серия; произведен выбор элементной базы для формирователя импульсной серии; произведено моделирование работы формирователя импульсной в программе Multisim, и получены временные диаграммы импульсов. рассчитана надежность узла устройства телемеханики и дальность передачи сигнала.Библиографический список1. Почаевец В.С. Автоматизированные системы управления устройствами электроснабжения железных дорог / В.С. П о ч а е в е ц. М.: Маршрут, 2003. 318 с.2. Калинина Н.А. Микроэлектронная система телемеханики МСТ-95.Часть 1. Схемы передающего и приемного полукомплектов телеуправления / Н.А. К а л и н и н а, А.П. Ус е н к о, И.Е. Ч е р т к о в / Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2007. 38 с.3. Калинина Н.А. Микроэлектронная система телемеханики МСТ-95. Часть 2. Схемы передающего и приемного полукомплектов телесигнализации /Н.А. К а л и н и н а, И.Е. Ч е р т к о в / Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2007. 36 с.4. Автоматизация систем электроснабжения / Ю.И. Ж а р к о в, В.Я. О в л а с ю к и др. М.: Транспорт, 1990. 359 с.5. Шило В.Л. Популярные цифровые микросхемы / В.Л. Ш и л о. М.: Радио и связь, 1989. 352 с.6. Электротехника и электроника в экспериментах и упражнениях: Практикум на ElectronicsWorkbench / Д.И. П а нф и л о в, И.Н. Ч е п у р и н и др. М.: Додэка, 2000. Т. 2. 288 с.7. Родченко А.Д. Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Теория дискретных устройств автоматики и телемеханики» / А.Д. Р о д ч е н к о, Н.А. К а л и н и н а / Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2006. Ч. 2. 35 с.Приложение.Рисунок18. Щитовая схема тяговой подстанции КирзинскоеРисунок 19. Щитовая схема тяговой подстанции Чаны а также Кабаклы.