Настоящее руководство по эксплуатации (РЭ) предназначено для изучения и эксплуатации аппаратуры микропроцессорной системы управления и диагностики (МСУД-Н), входящей в состав электрооборудования одно-, двух-, трехсекционных магистральных электровозов переменного тока с коллекторными тяговыми двигателями ЭП1, 2ЕЛ5, 2ЭС5К, бустерной секции, ВЛ80ТК(СК) и других, в том числе работающих по системе многих единиц, в дальнейшем именуемого МСУД-Н и содержит:

- описание принципа действия приборов и аппаратов;

- технические характеристики;

- сведения об аппаратуре;

- сведения, необходимые для правильного обращения и технического обслуживания, обеспечивающие сохранение технических характеристик аппаратуры в течение всего срока эксплуатации.

Список сокращений

АЦП – аналого-цифровой преобразователь

БАС – блок аналоговых сигналов

БВВ – блок ввода-вывода

БВС – блок входных сигналов

БВУ – блок выходных усилителей

БИ – блок индикации

БП – блок питания

БУТП – блок управления тяговым преобразователем

БФ – блок формирователей

ВИП – выпрямительно-инверторный преобразователь

ВУВ – выпрямительная установка возбуждения

КЛУБ – комплексное локомотивное устройство безопасности

КС – канал связи

МПК – микропроцессорный контроллер

МПСУ – микропроцессорная система управления

ОЗУ – оперативное запоминающее устройство

ПЗУ – постоянное запоминающее устройство

ПКБ – приемно-контактирующее бортовое устройство

n/n – полярность полупериода

ПТО – пункт технического обслуживания

РС – регулятор скорости

РТ – регулятор тока

РТВ – регулятор тока возбуждения

РТЯ – регулятор тока якоря

САУТ – система автоматического управления торможением

ТТЛ – транзисторно-транзисторная логика

ЦМК – центральный микропроцессорный контроллер

ШИМ – широтно-импульсная модуляция

ШТ – шунтирующие тиристоры (тиристоры отпитки)

ЭП – электровоз пассажирский

ЭР – энергонезависимый регистратор

Uкс – напряжение контактной сети

Fкс – частота напряжения контактной сети

1 ОПИСАНИЕ И РАБОТА

1.1 Описание и работа МСУД-Н

1.1.1 Назначение МСУД-Н

Аппаратура микропроцессорной системы управления и диагностики электрооборудования электровоза предназначена для управления тяговым электроприводом и электрическими аппаратами одно-, двух-, трехсекционных магистральных электровозов переменного тока с коллекторными тяговыми двигателями ЭП1, 2ЕЛ5, 2ЭС5К, Э5К, бустерной секции, ВЛ80ТК(СК) и других, в том числе работающих по системе многих единиц, автоматического управления режимами движения, контроля состояния оборудования электровоза, выдачи машинисту и в энергонезависимый съемный накопитель информации о состоянии оборудования.

1.1.2 Состав аппаратуры МСУД-Н

1.1.2.1 Состав аппаратуры МСУД-Н односекционных электровозов

В состав аппаратуры МСУД-Н односекционных электровозов ЭП1, Э5К входят:

- два блока индикации БИ, располагаемых на пультах машинистов в обеих кабинах или секциях электровоза;

- блок управления БУ-193, располагаемый в кузове электровоза и включающий блок управления тяговым приводом (БУТП) и блок центрального микроконтроллера ЦМК;

- соединительные кабели.

Структурная схема аппаратных средств МСУД-Н односекционного электровоза представлена на рисунке 1.

Блоки индикации БИ соединяются между собой и блоком БУ-193 двумя мультиплексными последовательными каналами типа RS-485 (один основной, другой – резервный).

Рисунок 1 – Структурная схема аппаратных средств МСУД-Н электровозов ЭП1, Э5К

Задатчики и органы управления контроллеров машиниста КМ электровоза ЭП1 связаны со входами МПК1 (МПК2) проводным монтажом. Сигналы от КЛУБа и САУТа также поступают на входы портов ЦМК по проводному монтажу.

Кроме этих связей на электровозе ЭП1, ЦМК через последовательный канал RS-232 подключается к приемному контактирующему бортовому устройству ПКБ, посредством которого можно считывать и записывать информацию на съемный энергонезависимый регистратор ЭР. Таким же монтажом связаны входы и выходы МПК1, МПК2 и ЦМК с датчиками, оборудованием и элементами схемы управления электровоза.

1.1.2.2 Состав аппаратуры МСУД-Н двухсекционных электровозов

При установке аппаратуры МСУД-Н на двухсекционных электровозах 2ЭС5К, 2ЕЛ5, ВЛ80^ТК(СК), в каждой секции устанавливается свой блок БУ-193, на пульте машиниста – БИ. Все эти аппараты внутри секции и между секциями объединяются последовательным каналом типа RS-485. При этом секция, из которой ведется управление электровозом, является ведущей и ее блок БУ-193 выполняет функции «мастера», а блок управления другой секции выполняет функции «ведомого» и его БУ-193 выполняет команды, поступающие по последовательному каналу связи.

Для управления электровозом по системе многих единиц (СМЕ), передачи информации на третью секцию или второй электровоз, в состав аппаратуры МСУД-Н входит блок сопряжения БС-224.

На рисунке 2 приведена структурная схема аппаратных средств МСУД-Н двухсекционного электровоза.

В отличие от рассмотренной в 1.1.2.1 структуры, в данном случае, последовательный мультиплексный канал RS-485 разделен.

Первый канал RS-485 – внутрисекционный. Он связывает между собой блок индикации ВС3641 (А78), блок сопряжения БС-224 (А81), блок управления БУ-193 (А55) и в электровозе 2ЕЛ5 блок контроля температуры БКТ-1 (А 53). На электровозах 2ЭС5К и ВЛ80^ТК(СК) этот канал заканчивается в блоке А55.

Второй канал RS-485 межсекционный. Он связывает между собой блоки индикации ВС3641 (А78), блоки сопряжения БС-224 (А81) и блоки управления БУ-183 (А55) обеих секций электровоза.

К CAN-интерфейсу блока индикации ВС3641 (А78) подключается система безопасности через блок CAN-шлюз (А101). Благодаря этой связи МСУД-Н имеет информацию о пути и реализует режимы «Автоведение» и «Советчик». (Данная функция и связь отсутствует в электровозе 2ЕЛ5).

К CAN-интерфейсу блока сопряжения БС-224 (A81) подключается устройство комплексного тормозного оборудования локомотива (УКТОЛ) через блок электроники А13.

Через розетки Х19 и Х20, подключаемые кабелями к блоку сопряжения БС-224 осуществляются связи по последовательному каналу между электровозами, включенными по СМЕ.

Аппаратура БУТП блока управления БУ-193 состоит из двух идентичных микропроцессорных контроллеров МПК1 и МПК2, причем МПК1 считается основным, а МПК2 – резервным.

Рисунок 2 – Структурная схема аппаратных средств

двухсекционного электровоза

ЦМК блока управления БУ-193 имеет входы от обоих мультиплексных каналов RS-485, причем автоматически включается в работу тот, который связан с работающим микропроцессорным контроллером БУТП.

На двухсекционных электровозах вместо связи с ПКБ от блока индикации ВС3641 выведен на разъем XS1 последовательный канал RS-232. К этому разъему может быть подключен переносной компьютер типа NOTEBOOK.

Задатчики и органы управления контроллера машиниста КМ секции электровозов 2ЭС5К, 2ЕЛ5, ВЛ80^ТК(СК) связаны со входами МПК1 (МПК2) проводным монтажом. Аналогично связаны входы и выходы МПК1(МПК2) и ЦМК с датчиками и оборудованием секции, где установлен данный блок.

1.1.2.3 Бустерная секция с МСУД-Н

В состав аппаратных средств МСУД-Н бустерной секции электровозов входят:

- блок управления БУ-193 (А55), располагаемый в кузове электровоза и включающий блок управления тяговым приводом (БУТП) и блок центрального микроконтроллера ЦМК;

- блоки сопряжения БС-224 (А81, А82).

Структурная схема аппаратных средств МСУД-Н односекционного электровоза представлена на рисунке 3.

В отличие от ранее рассмотренных структурных схемах на бустерной секции отсутствуют блоки индикации. Установлены два блока сопряжения А81 и А82, обеспечивающие связь с головными секциями.

Последовательный канал RS-485 проложен между этими блоками (А81 и А82) и блоками управления А55.

Рисунок 3 – Структурная схема аппаратных средств МСУД-Н бустерной секции

1.1.3 Основные технические характеристики

Основные технические характеристики аппаратуры МСУД-Н приведены в таблице 1.

Таблица 1

Наименование параметров	Значение
1 Напряжение питания, В	50±10
2 Потребляемая мощность по цепям питания, Вт, не более	150*
3 Напряжение подогрева, В	50±20
4 Потребляемая мощность по цепям подогрева, Вт не более	250*
5 Время готовности при температуре окружающего воздуха выше минус 35ºС, с, не более	1
6 Время готовности при температуре окружающего воздуха ниже минус 35ºС, мин, не более	30
7 Режим работы	продолжительный
8 Охлаждение	воздушное, естественная конвекция
9 Количество системных последовательных каналов обмена информацией типа RS-485	2
10 Скорость обмена информацией по последовательным каналам типа RS-485, Кбит/с, не более	19,2
11 Количество временных последовательных каналов типа CAN	3
12 Скорость обмена информацией по последовательным каналам типа CAN, Кбит/с, не более	500
13 Количество внешних последовательных каналов типа RS-232	1
14 Скорость обмена информацией по последовательному каналу типа RS-232, Кбит/с, не более	9,6
________________ * - Потребляемая мощность по цепям подогрева указана из расчета одной секции двухсекционного электровоза.

1.1.4 Условия эксплуатации МСУД-Н

Аппаратура МСУД-Н нормально функционирует при воздействии внешних климатических факторов:

- температура окружающей среды для аппаратуры, расположенной в кузове электровоза (блоки БУ-193 и БС-224) от минус 50°С до плюс 60°С, для блоков БИ – от минус 40°С до плюс 60°С. При этом температура хранения БИ- от минус 50ºС до плюс 70ºС;

- скорость возрастания температуры окружающего воздуха при запуске электровоза в работу до 1 град/мин;

- скорость спада температуры окружающего воздуха после окончания работы электровоза до 2 град/мин;

- относительная влажность воздуха до 100% при температуре 20°С;

- возможность выпадения инея;

- тип атмосферы II по ГОСТ 15150-69;

- наличие пыли с концентрацией до 20 г/куб. м;

- максимальная высота над уровнем моря до 1400 м.

В части воздействия внешних механических факторов аппаратные средства МСУД-Н соответствует группе М25 по ГОСТ 17516.1-90Е:

- синусоидальная вибрация в диапазоне частот от 10 до 100 Гц с максимальной амплитудой ускорений 1,5g в любом из трех взаимно перпендикулярных направлений;

- одиночные удары в одном горизонтальном направлении с пиковым ударным ускорением 3g и длительностью ударного ускорения от 2 до 20 мс.

1.2 Описание и работа составных частей МСУД-Н

1.2.1 Блок управления БУ-193

1.2.1.1 Назначение

Блок управления БУ-193 предназначен для выполнения арифметических, логических операций, обработки сигналов датчиков, формирования и усиления управляющих сигналов и контроля обмена информацией между составными частями МСУД-Н.

1.2.1.2 Основные технические данные БУ-193

Основные технические данные БУ-193 приведены в таблице 2.

Таблица 2

Наименование параметров

Значение

1 Параметры входных аналоговых сигналов:

- от датчиков синхронизации и слежения за потенциальными условиями, переменный ток напряжением. В

- от датчиков углов коммутации, импульсное напряжение длительностью 500 мкс, В

- от датчиков токов якоря, возбуждения, задатчиков тока, скорости и т.д., выпрямленное напряжение. В

50 В эфф

от 0 до 200

от 0 до 5

2 Количество входных аналоговых сигналов

3 Параметры частотных сигналов от датчиков скорости:

- количество импульсов за оборот колеса

- диапазон изменения скорости движения, об/мин.

- длительность импульсов, мкс

- период повторения импульсов, град.

- амплитуда импульсов, В

от 0 до 750

4,28 ± 1,2

8,57 ± 3

4 Количество частотных сигналов датчиков скорости

5 Параметры входных дискретных сигналов:

- уровень логического нуля, В, или высокоимпедансноесостояние

- уровень логической единицы, В

от 0 до плюс 10

от 30 до 80

6 Максимальное количество входных дискретных сигналов:

- МПК1 (МПК2)

- ЦМК

7 Параметры выходных импульсных сигналов фазового управления тиристорами ВИПов и ВУВа:

- амплитуда импульсов для одно-, двух, трехсекционных электровозов на нагрузке 34 0м, В, не менее

- длительность импульсов на уровне 0,5 амплитуды, мкс, не менее

- крутизна нарастания тока не менее, А/мкс, не более

20 В

0,1

8 Количество сигналов управления:

- для ВИПов

- для ВУВа

- для шунтирующих тиристоров и КРМ

9 Параметры выходных импульсных сигналов управления ВИПами и ВУВом:

- амплитуда импульсов на нагрузке 34 0м, В, не менее

- длительность импульсов на уровне 0,5, мкс, не менее

- крутизна нарастания тока, А/мкс, не менее

0,1

10 Параметры выходных импульсных сигналов управления шунтирующими тиристорами или тиристорами КРМ, работающих на импульсные трансформаторы:

- напряжение питания трансформаторов, В, не менее

- длительность импульсов на уровне 0,5, мкс, не менее

11 Количество сигналов

12 Параметры выходных дискретных сигналов:

- ток нагрузки, А, не более А;

- максимальное коммутируемое напряжение, В, не более

1,5

13 Количество выходных дискретных сигналов МПК1(МПК 2)

14 Степень защиты оболочки по ГОСТ 14254-96

IP40

15 Масса, кг, не более

1.2.1.3 Конструкция БУ-193

Аппаратура блока БУ-193 выполнена по блочно-модульному принципу, что позволяет оперативно заменять неисправные ячейки и не требовать подрегулировки их при замене.

Габаритный чертеж блока БУ-193 показан на рисунке 4.

Блок БУ-193 монтируется в кузове электровоза и состоит из каркаса, закрываемого со всех сторон, кроме лицевой и задней, стальными крышками. Лицевая и задняя стороны закрываются съемными крышками. В шкафу блока БУ-193 монтируются алюминиевые каркасы. На каркасах установлены направляющие, в которых в свою очередь, устанавливаются съемные блоки, представляющие из себя печатные платы с элементами и передними панелями. Съемные блоки, за исключением блока обогрева, выполнены в виде унифицированной конструкции типоразмера U3 и U6. На верхней панели блока БУ-193 расположены соединители Х1…Х19 (кроме Х3…Х5) к которым подключаются кабели. Разъемные соединители Х3…Х5 блока БУ-193 используются для отладки и перезаписи программного обеспечения микроконтроллеров, поэтому они установлены на верхней части лицевой панели блока и доступны для подключения переносной микро-ЭВМ типа NOTEBOOKиз коридора.

Крепится шкаф блока БУ-193 на металлическую подставку, обеспечивающую необходимую высоту установки и требуемые установочные размеры, при помощи болтовых соединений через отверстия, расположенные в этих элементах.

Рисунок 4 – Габаритный чертеж блока управления БУ-193

1.2.1.4 Устройство и работа

Блок БУ-193 включает в свой состав два идентичных микропроцессорных контроллера МПК1 и МПК2.

Структурная схема МПК1 с внешними связями показана на рисунке 5.

Блок входных сигналов БВС-991 (чертеж 6ТС.367.991Э3) содержит формирователи сигналов слежения α₀ за потенциальными условиями открытия тиристоров, полярности полупериода, сфазированного с первой гармоникой напряжения на входах ВИП и сигнала блокировки, информирующего БМК-036 о переходных процессах в устройстве синхронизации. БВС-991 также содержит элементы выделения напряжения контактной сети Uкс.

Рисунок 5 – Структурная схема МПК1 с внешними связями

Входы БВС-991 подключаются к датчикам напряжения ДН для слежения за потенциальными условиями и синхронизации. В качестве датчиков использованы трансформаторы ТР-135 (датчики слежения) и ТО-89 (датчики синхронизации).

Блок формирователей БФ-046 (чертеж 6ТС.369.046Э3) содержит схему обработки сигналов датчиков углов коммутации, выделяющую сигнал γ пропорциональный длительности коммутации в силовых цепях, элементы схемы теплового контроля БУ-193, гальванические развязки датчиков скорости V1…V6.

Входы БФ-046 подключаются к датчикам угла коммутации ДУК и импульсным датчикам частоты вращения ДПС-У. Для контроля температуры внутри корпуса блока БУ-193 на входы блока БФ-046 поступают сигналы от датчиков температуры, расположенных на плате блока микроконтроллера БМК-036. В качестве ДУК использованы датчики типа ДУК-4-01.

Блок аналогового ввода БАС-051 (чертеж 6ТС.369.051)содержит схему согласования по уровню датчиков тока I1…I6, I_в типа LT1000, I_этп типа LT100, напряжения U_этп типа LV100 и задатчиков скорости (V_з) и тока (I_з) со входами аналого-цифровых преобразователей микроконтроллера блока БМК-036. На блоке БАС-051 также установлены электронные выпрямители сигналов датчиков тока I_этп.

Блок микропроцессорного контроллера БМК-036 (чертеж 6ТС.369.036Э3) содержит плату микроконтроллера М167-1 и основную плату с элементами привязки его к внешним относительно блока БМК-036 устройствам.

Логическая обработка и вычислительные операции реализуются программными методами в микроконтроллере M167-1, размещенном в блоке БМК-036. Сюда поступают предварительно обработанные сигналы датчиков и задатчиков автоматизированной системы управления. В соответствии с хранящимся в постоянной памяти микроконтроллера алгоритмом, эти сигналы преобразуются в импульсы, управляющие преобразовательными установками (ВИПы и ВУВы, шунтирующие тиристоры, входы КРМ).

Блок БМК-036 содержит также два датчика температуры, управляющие каналами включения элементов подогрева блока БУ-193 при низких температурах и блоков питания при достижении температурой окружающего воздуха допустимых пределов.

Блоки БМК-036 связаны между собой и с блоками индикации посредством последовательного канала связи типа RS-485. С блоками ввода/вывода БВВ-041, блок БМК-036 связан посредством последовательного канала связи типа SPI. Элементы, обеспечивающие необходимые преобразования, размещаются на основной плате БМК-036.

Сформированные в БМК-036 сигналы (α₁…α₈для ВИПов, α₉, α₁₀ для ВУВа, α_ш1…α_ш6 для тиристоров отпитки) усиливаются в блоках выходных усилителей БВУ-997 (α₁…α₁₀) и БВУ-996 (α_ш1…α_ш6).

Примечание – На электровозах, не оборудованных тиристорами отпитки, блоки БВУ-996 могут не устанавливаться.

Блоки БВУ-997 (чертеж 6ТС.367.997Э3) и БВУ-996 (чертеж 6ТС.367.996Э3) содержат импульсные усилители с гальванической развязкой цепей выходных сигналов от цепей микроконтроллера и элементы согласования с внешними устройствами.

Для задания режима работы и формирования сигналов управления контакторами ослабления поля, песочницами, преобразователем частоты фаз вентиляторов и панелью индикации пульта машиниста, в состав МПК1 (МПК2) входят блоки ввода/вывода дискретных сигналов (БВВ-041).

Эти блоки обеспечивают стыковку БУ-193 с оборудованием электровоза, работающего с уровнем напряжения бортовой сети 50 В и гальваническую развязку цепей микроконтроллера от бортовой сети.

Алгоритмы функционирования МПК1(МПК2) описаны в Руководстве по эксплуатации на соответствующий электровоз.

ЦМК предназначен для контроля состояния и управления оборудованием электровоза, диагностики его систем в соответствии с заложенным алгоритмом, формирования и передачи сообщений по последовательным мультиплексным каналам в другие составные части МСУД-Н и приемно-контактирующее бортовое устройство (ПКБ).

Структурная схема блока ЦМК приведена на рисунке 6.

ЦМК содержит три блока ввода/вывода дискретной информации БВВ-041 и блок микроконтроллера БМК-036.

Блок БМК-036 выполнен на базе платы микроконтроллера M167-1 и содержит элементы последовательных мультиплексных каналов RS485, для подключения двух МПК и блока индикации в систему, одного канала RS-232 для подключения приемного контактирующего бортового устройства (ПКБ) со съемным энергонезависимым регистратором ЭР.

Рисунок 6 – Структурная схема ЦМК с внешними цепями

Блоки БВВ-041 содержат по 16 каналов ввода дискретных сигналов и по 8 каналов усилителей релейных сигналов, обеспечивающих согласование и гальваническую развязку с цепями управления электровоза.

Блоки БВВ-041 и БМК-036 объединены между собой последовательным каналом связи типа SPI.

Алгоритмы функционирования МПК1(МПК2) описаны в Руководстве по эксплуатации на соответствующий электровоз.

1.2.2 Блок индикации (БИ)

1.2.2.1 Назначение

БИ предназначен для вывода машинисту графической и звуковой информации о заданных и истинных величинах, контролируемых параметрах, состоянии оборудования и системы управления, режиме работы оборудования и т.д., а также ввода команд с многофункциональной клавиатуры.

В качестве блоков индикации применены промышленные компьютеры типа ВС3641 фирмы «GERSYS» или INC-50.06 фирмы «PIXY AG».

1.2.2.2 Технические характеристики БИ

БИ имеет следующие основные технические характеристики, приведенные в таблице 3.

Таблица 3

Наименование параметров	Значение
Наименование параметров	INC-50.06	ВС 3641
1 Количество точек	640х480
2 Размер точки, мм, не более	0,33х0,33
3 Яркость, кД/м², не менее	250	450
4 Возможности регулировки яркости	да
5 Размер экрана, мм	201х158 (10,4”)
6 Процессор, тип	Pentium ММХ	Celeron
7 Тактовая частота, МГц	133	400
8 Объем оперативного запоминающего устройства, Мбайт, не менее	32	256
9 Объем постоянного запоминающего устройства, Мбайт, не менее	64	1000
10 Количество последовательных каналов типа CAN	-	2
11 Количество внешних последовательных каналов типа RS-232	1	1
12 Количество внешних последовательных каналов типа RS-485	2	2
13 Количество внешних последовательных каналов типа USB	-	1
14 Количество многофункциональных программируемых клавиш	16	25
15 Операционная система	DOS, WINDOWS	WINDOWS ХР, LINUX и QNX
16 Напряжение питания, В	от 24 до 143	от 24 до 154
17 Потребляемая мощность, Вт, не более	50	50
18 Потребляемая мощность на предварительный подогрев, Вт, не более	50	50
19 Рабочий диапазон температур, ºС	от минус 50 до плюс 75	от минус 40 до плюс 60
20 Режим хранения, ºС	от минус 50 до плюс 75	от минус 40 до плюс 75*
20 Масса, кг, не более	4,6	5,8
* Допускается хранение при температуре минус 50 (не более 20 час/месяц)

Примечание - В качестве БИ могут быть применены другие типы промышленных компьютеров с аналогичными характеристиками.

1.2.2.3 Структура и состав БИ типа INC-50.06 фирмы «PIXY AG»

Структурная схема блока INC-50.06 приведена на рисунке 7.

Он состоит из следующих узлов:

- материнской платы;

- платы интерфейса;

- цветного графического VGA дисплея, размером 10,4" по диагонали;

- многофункциональной псевдосенсорной клавиатуры (24 клавиши), размещенной вокруг дисплея.

Материнская плата содержит контроллер VGA дисплея с видеопамятью (видеоОЗУ), контроллер последовательных интерфейсов и переходной модуль. Эти устройства, объединены между собой параллельной шиной АТ-BUS.

Рисунок 7 – Структурная схема блока INC-50.06

Переходной модуль позволяет подключить модули в формате PC-104, каковыми в данном устройстве являются процессорная плата, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), объемом 32 МБ, устройство часового таймера и электронный диск объемом 64 МБ.

К этой же шине могут быть подключены дисковод для дискет 3,5" и жесткий дисковод (в данной конструкции эти устройства отсутствуют).

На плате интерфейса размещаются согласующие устройства и разъемные соединители для подключения внешних последовательных портов и стандартной клавиатуры.

В состав блока входит источник питания и батарея бесперебойного питания часов и ОЗУ.

1.2.2.4 Структура и состав БИ типа ВС-3641 фирмы «GERSYS»

Структурная схема блока индикации на базе промышленного компьютера фирмы «GERSYS» типа ВС3641 приведена на рисунке 8.

Рисунок 8 – Структурная схема блока индикации ВС3641

Он состоит из следующих узлов:

- блока питания;

- платы управления;

- процессорной платы с процессорным модулем;

- цветного графического VGA TFT-дисплея с размером экрана 10,4" (26 см) по диагонали;

- многофункциональной псевдосенсорной клавиатуры (25 клавиш);

- лампы подсветки с регулируемой яркостью при помощи ШИМ-модуляции;

- устройства подогрева.

Блок питания обеспечивает гальваническую развязку внутренних цепей блока индикации от внешнего источника питания и формирование напряжений, необходимых для работы его узлов и систем.

Плата управления предназначена для формирования и усиления сигналов, управляющих исполнительными устройствами блока индикации. Исполнительными устройствами, подключаемыми к плате управления, являются: устройство подогрева и встроенная клавиатура, располагаемая на передней панели вокруг экрана дисплея.

Люминесцентная лампа подсветки устанавливается в специальных держателях непосредственно на плате управления. При помощи кабеля к плате подключен внешний разъем X2, предназначенный для подключения внешней клавиатуры.

Плата управления содержит:

- логику включения/отключения питания;

- управляющий микроконтроллер;

- систему контроля температуры;

- систему контроля питания;

- преобразователь питания лампы подсветки;

- устройство звуковое излучающее;

- переключатель клавиатуры – встроенная/внешняя.

Процессорная плата предназначена для обеспечения связи между платой управления TFT-дисплеем и процессорным модулем. К процессорной плате подключаются плата управления, TFT-дисплей и внешние разъемы X2…X8 и, при необходимости, дополнительное устройство CF-Card.

Процессорная плата содержит:

- накопитель (ППЗУ);

- процессорный модуль;

- разъем PC104 для подключения дополнительных устройств;

- микросхемы и аппаратную обвязку CAN-интерфейса;

- микросхемы и аппаратную обвязку последовательного порта COM3;

- литиевую батарейку;

- логическую схему управления процессом выключения БИ.

Процессорный модуль, в свою очередь, содержит: контроллер VGA дисплея с видеопамятью (видеоОЗУ), контроллеры последовательных интерфейсов COM1, COM2, USB и контроллер для связи через сеть Ithernet, оперативное запоминающее устройство, объемом 128 Мбайт

1.2.2.5 Конструкция блока индикации

Габаритный чертеж блока индикации INC50.06. PIXY фирмы «PIXY AG» показан на рисунке 9.

Рисунок 9 – Габаритный чертеж БИ типа INC-50.06 фирмы «PIXY AG»

Блок выполнен в виде стального корпуса с алюминиевой передней панелью. На панели смонтирован полноцветный графический TFT-дисплей 1, вокруг которого расположена псевдосенсорная клавиатура 2.

На боковой стенке корпуса монтируются разъемные соединители 3, предназначенные для подключения блока индикации в схему цепей управления электровоза.

Крепится блок индикации к пульту машиниста через отверстия в передней панели.

Задняя стенка блока индикации съемная. На ней имеются отверстия, предназначенные для вентиляции электронных устройств, расположенных внутри корпуса. К задней стенке может крепиться устройство подогрева. Здесь же установлено устройство для подключения заземления.

Габаритный чертеж блока индикации ВС3641 фирмы «GERSYS» показан на рисунке 10.

Рисунок 10 – Габаритный чертеж БИ типа ВС3641 фирмы «GERSYS»

Блок выполнен в виде стального корпуса с алюминиевой передней панелью, на которой смонтирован полноцветный графический TFT-дисплей. Вокруг дисплея расположена псевдосенсорная клавиатура из 25 клавиш.

На задней стенке монтируются разъемные соединители, предназначенные для включения блока индикации в схему цепей управления электровоза.

Крепится блок индикации к пульту машиниста через отверстия в передней панели.

На задней стенке блока индикации имеются отверстия, предназначенные для вентиляции электронных устройств, расположенных внутри корпуса.

Охлаждение всех блоков, входящих в состав МСУД-Н – естественная конвекция.

1.2.2.6 Алгоритм функционирования БИ

Алгоритм функционирования процессора блока индикации БИ приведен на рисунке 11.

Рисунок 11 – Алгоритм функционирования процессора блока индикации

Работа процессора БИ, в отличие от процессоров МПК1...МПК2 и ЦМК не синхронизируется с частотой и фазой напряжения контактной сети. Программа запускается по включению питания (блок 1) и работает в цикле до тех пор, пока блок не будет выключен (блоки 13 и 14).

После включения питания осуществляется самодиагностика оборудования БИ, результаты которой выводятся на экран дисплея. По завершении тестирования узлов БИ запускается технологическая программа. В начале этой программы анализируется мультиплексный канал RS-485 (блок 3). Если не работает основной канал, то включается резервный (блок 3 и 4). Если не работают оба канала (блок 5), то на экран дисплея выводится сообщение «Нет связи» (блок 6) и программа прекращает работу (блок 14). Запустить ее в работу можно после устранения неисправности в КС кратковременным выключением блока БИ. При этом, при повторном включении, вновь реализуется команда ПУСК (блок 1).

При выявлении работоспособного КС, по нему устанавливается связь с блоками ЦМК и МПК1 (МПК2), от которых вводятся данные о состоянии оборудования и силовой схемы тягового привода электровоза (блок 7).

Программа «Автоведение» (блоки 7 и 8) заключается в следующем. В начале вводится банк данных с энергонезависимого регистратора ЭР о маршрутах движения, расписании, временных ограничениях и т.д. Эти данные подготавливаются в депо на основании текущего состоянии пути (ремонтные и профилактические работы и т.д.).

На основании этих данных, а также информации с КЛУБа о смене блок-участка и сигналах светофоров (информация вводится одновременно с диагностической при тестировании оборудования), вычисляются оптимальные значения задания скорости Vopt и тока Iopt. Причем скорость ограничивается в соответствии с требованиями САУТа, с целью исключения конфликтных ситуаций и влияния оборудования САУТа на график движения.

Vopt и Iopt вычисляется на основании банка данных (расписания движения поезда) и с учетом экономии электроэнергии на движение. Расчетные величины Vopt и Iopt в режимах “Советчик” и «Автоведение» выводятся на экран дисплея (через КС в БИ) с целью подсказки машинисту (режим «Советчик»), а также используют в качестве задания скорости и тока в МПК1 (МПК2) вместо задания с пульта машиниста.

Затем производится опрос клавиатуры БИ, после чего вся полученная информация обрабатывается (блок 9). В результате обработки формируются графические картинки с выводом их на дисплей (блок 10). При смене режима работы электровоза

машинисту одновременно со сменой графической картинки или элементов этой картинки выдается звуковой сигнал (блок 11).

В заключении этой ветви программы устанавливается связь с блоками ЦМК и МПК1 (МПК2) и через КС выводятся команды, полученные с клавиатуры пульта машиниста (блок 12). Например, задание соответствующего режима, команда на включение ослабленного поля и т.д. После этого при наличии питания программа "циклится" на блок 7.

Запись технологической программы в память БИ осуществляется через порт СОМ1, который посредством кабеля подключается к такому же порту персональной ЭВМ типа NOTEBOOK или аналогичному РС компьютеру. Для перегрузки технологической программы можно, как и в первых двух случаях, воспользоваться программой "SFD7.EXE". Руководство по пользованию этой программой приведено в приложении А.

1.2.3 Блок сопряжения БС-224

1.2.3.1 Назначение

Блок сопряжения каналов БС-224 предназначен для:

- ретрансляции сигналов мультиплексных последовательных каналов обмена;

- гальванической развязки межэлектровозных каналов связи RS-485;

- преобразования интерфейса RS-485 в гальванически развязанный интерфейс CAN.

1.2.3.2 Основные технические характеристики

Основные технические характеристики блока сопряжения БС-224 приведены в таблице 4.

Таблица 4

Наименование параметров	Значение
1 Количество гальванически развязанных мультиплексных каналов типа RS-485	2
2 Максимальная длина кабеля, подключаемого к одному из интерфейсных разъемов, м, не более	600
3 Максимальная скорость передачи данных, Мбит/с, не менее	1
4 Выходное напряжение передатчика, В	от минус 8 до плюс 12
5 Входное напряжение приемника, В	от минус 8 до плюс 12
6 Количество оптоизолированных каналов CAN (спецификация 2.0В)	1
7 Скорость передачи по каналу CAN, МБит/с, не менее	1
8 Напряжение гальванической развязки между приемником и передатчиком сигналов, В, не менее	1600
9 Номинальное напряжение питания, В	50
10 Диапазон изменения напряжения питания, В	от 40 до 70
11 Потребляемая мощность, Вт, не более	15
12 Масса, кг, не более	2,6

1.2.3.3 Конструкция БС-224

Габаритный чертеж блока сопряжения БС-224 показан на рисунке 12.

Блок выполнен в виде стального корпуса со съемной крышкой.

На боковой стенке монтируются разъемные соединители Х1…Х6, предназначенные для включения блока сопряжения в схему. На противоположной стенке смонтированы светодиодные индикаторы, отражающие работу узлов блока.

Крепится блок сопряжения к стенке кузова электровоза через отверстия, расположенные на лапках.

Внутри корпуса блока сопряжения размещаются печатная плата с элементами схемы и резисторы обогрева. Плата с элементами, резисторы обогрева и внешние разъемные соединители Х1…Х6 соединены между собой проводным монтажом.

Рисунок 12 – Габаритный чертеж блока БС-224 со снятой крышкой

1.2.3.4 Структура и состав БС-224

Структурная схема блока сопряжения БС-224 приведена на рисунке 13.

Он состоит из следующих узлов:

- повторителей (RS-485/RS-485);

- преобразователя интерфейсов (CAN/RS-485);

- канала межсекционных сигналов (МС);

- узла питания (УП);

- узла управления подогревом (Упр.ПДГ).

Рисунок 13 – Структурная схема блока сопряжения БС-224

Повторитель RS-485/RS-485 (П/П) предназначен для ретрансляции сигнала, получаемого по каналу RS-485, нормализации его по уровню и гальванической развязки, полученных сегментов вычислительной сети.

Преобразователь интерфейсов (МК4) обеспечивает возможность работы устройств с различными интерфейсами связи, т.е. RS-485 с CAN и CAN с RS-485.

Канал сигналов СМЕ (МС.СМЕ) предназначен для транзитной передачи дискретных и аналоговых сигналов управления в межсекционные соединения.

где: ПП – приемопередатчик

УУП – управление передатчиками.

Узел питания (БП) преобразует внешнее питающее напряжение плюс 50 В в гальванически развязанные напряжения питания электронной схемы блока сопряжения.

Узел управления подогревом (Упр.ПДГ) обеспечивает работоспособность БС-224 при низких температурах.

1.2.3.5 Устройство и работа БС-224

Схема электрическая принципиальная блока БС-224 приведена на чертеже 6ТС.360.224 Э3.

Узел повторителей RS-485/RS-485 выполнен на элементах D1, D4, D6, D12 (первый канал) и D2, D16, D8, D13 (второй канал). Так как схемы первого и второго каналов идентичны, то принцип работы узла повторителей будет рассмотрен на примере первого канала.

При отсутствии сигнала в линиях связи (цепи А, В и F, E) приемопередатчики D1 и D12 находятся в режиме приема, т.е. к линиям связи подключены только входы приемников данных микросхем. При появлении в линии связи (например в цепях А и В) сигнала, свидетельствующего о том, что одно из внешних устройств, подключенное к каналу, ведет передачу данных, то приемопередатчик D1 остается в состоянии приема, а приемопередатчик D12, с помощью устройства управления (элементы D4, D6) переводится из приемного режима в режим передачи. При этом данные, поступающие по цепи А,В ретранслируются в линию связи, подключенную к цепи F, E. После прекращения потока данных в цепи А, В схема управления (D4, D6) переключает приемо-передатчик D12 в режиме приема. Передача данных из линии связи, подключенной к цепи F, E в линию связи, подключенную к цепи А,В осуществляется аналогично, за исключением того, что уже микросхема D12 остается в режиме приема, а микросхема D1 переключается в режим передачи.

Узел преобразователя интерфейсов CAN/RS-485 выполнен на элементах D5, D7, D14, D9, D11, D15. Микросхема D14 – приемопередатчик интерфейса RS-485 и ее интерфейсные выводы подключаются внутри блока БС-224 к цепям Е и F. Данные, полученные по каналу RS-485, через микросхему D14 подаются на вход приемника UART микроконтроллера D5.

После программной и аппаратной обработки в микроконтроллере D5 с выхода встроенного CAN контроллера данные в формате протокола CAN, через гальваническую развязку D9 подаются на приемопередатчик линии связи D15, а с его выхода в линию связи CAN интерфейса. При приеме сигналов из линии связи CAN-интерфейса преобразование данных производится в обратном порядке.

Узел питания выполнен на модулях U1 и U2. Модуль питания U1 обеспечивает питающим напряжением плюс 5 В схемы узлов повторителей RS-485/RS-485 и узла преобразователя CAN/RS-485. Модуль питания U2 обеспечивает питанием плюс 5 В гальванически развязанную часть схемы CAN/RS-485, т.е. питает приемопередатчик D15 и оптопару D9.

Узел управления подогревом выполнен на элементах D3, V5, V7. Питание логической части формируется из напряжения питания плюс 50 В путем преобразования его в плюс 5 В с помощью элементов R14, V3, C2, C4. При охлаждении блока БС-224 ниже минус 25ºС на выходе ТС датчика D3 появляется низкий логический уровень, при этом открывается транзисторный ключ V5, V7 и ПО цепи резисторов нагревателей начинает протекать ток, т.е. включается обогреватель и нагревает воздух внутри блока БС-224. После увеличения температуры внутри блока до минус 15ºС датчик D3 отключает подогрев блока.

1.2.4 Аппаратные средства блока БУ-193

1.2.4.1 Блок микроконтроллера БМК-036

Блок микроконтроллера БМК-036 предназначен для:

- программного расчета и выдачи импульсов управления тиристорами ВИП в соответствии с алгоритмом управления (таблица 5);

- обработки поступающей и формируемой аналоговой и дискретной информации в соответствии с хранящейся в памяти микроконтроллера программой;

- организации обмена информацией с внешними устройствами по последовательным каналам (типа RS-485, RS-232, SPI);

- выдачи команд в схему теплового контроля на включение питания и отключения подогрева блока.

Таблица 5 - Алгоритм работы ВИП

Режим работы	Но-мер зоны	Полярность полупериода	Плечи ВИП
Режим работы	Но-мер зоны	Полярность полупериода	V1	V2	V3	V4	V5	V6	V7	V8
Тяга	II	+				*a_р*	*a₀/a_р*
	II	-			a₀			*a_р*
	III	+		*a_р*		*a₀₃*	a₀
	III	-	*a_р*		*a₀₃*			a₀
	IIII	+				*a_р*		*a_0З*	a₀
	IIII	-			*a_р*		*a₀₃*			a₀
	IIV	+		*a_р*		*a₀₃*			a₀
	IIV	-	*a_р*		*a₀₃*					a₀
Рекуперация	IIV	+		b	*a_р*				b
	IIV	-	b			*a_р*				b
	IIII	+				b	*a_р*		b
	IIII	-			b			*a_р*		b
	III	+		b	*a_р*		b
	III	-	b			*a_р*		b
	II	+				*a_р*	*a_р/b*
	II	-			*a_р*			*a_р/b*

Условные обозначения, принятые в таблице:

a₀ – наименьший допустимый угол отпирания тиристоров;

a₀₃– наименьший угол отпирания тиристоров, задержанный на значение d_З или g₀;

b - угол опережения отпирания тиристоров;

a_р– регулируемый угол открытия тиристоров.

Технические характеристики

БМК-036 выполнен на базе микросхемы однокристального микроконтроллера Siemens SAB80C167, имеющего следующие характеристики:

- 16-ти разрядный RISC- процессор с временем выполнения команды 100 нс (пересылка типа регистр-регистр);

- оперативное запоминающее устройство ОЗУ емкостью 256 кБ;

- постоянное запоминающее устройство ПЗУ (электрически перепрограммируемая память типа FLASH), емкостью до 512 кБ;

- 8-канальный периферийный процессор событий (PEC) для пересылок типа память - память, память - порт, память - последовательный порт;

- последовательный интерфейс типа RS-232 со скоростью передачи до 9600 бит/с;

- девять 16-ти разрядных счетчиков-таймеров с предделителями и возможностью каскадирования до 32 или 33 разрядов;

- 28 каналов обработки и формирования цифровых сигналов Захват/Сравнение (CAPCOM) с разрешением 400 нс, из которых 8 каналов могут быть использованы в режиме быстрого прерывания (50 нс);

- 4-х канальный блок формирования ШИМ с разрешением 50 нс;

- 16 каналов 10-ти разрядного АЦП, которые могут использоваться как входы цифрового ввода. Время преобразования для одного канала АЦП – 9,75 мкс;

- сторожевой 16-ти разрядный таймер (WatchDog);

- 16-ти разрядный шинный интерфейс.

БМК-036 воспринимает и обрабатывает следующие сигналы:

- ввода до 16 аналоговых сигналов от 0 до плюс 5В;

- ввода и измерения до 10 импульсных сигналов с ТТЛ уровнем (сигналы слежения за потенциальными условиями и длительности коммутации и до восьми сигналов от импульсных датчиков скорости);

- ввода или вывода до 11 дискретных сигналов с ТТЛ уровнем.

БМК-036 формирует следующие управляющие сигналы:

- 8 сигналов управления импульсными усилителями для ВИП;

- 2 сигнала управления импульсными усилителями для ВУВ;

- 6 импульсных сигналов управления тиристорами выравнивания нагрузок.

БМК-036 формирует следующие протоколы обмена информацией по последовательным каналам:

- протоколы обмена по двум независимым последовательным мультиплексным каналам типа RS-485 со скоростью обмена до 19200 кбит/с;

- протокол обмена по последовательному каналу типа RS-232 со скоростью обмена до 9600 бит/с;

- протокол обмена информацией по последовательному мультиплексному каналу типа SPI со скоростью обмена до 800 кбит/с с внешними устройствами (БАЦП-037 и БВВ-041);

Структурная схема БМК-036 приведена на рисунке 14.

Рисунок 14 – Структурная схема блока БМК-036

Блок БМК-036 состоит из следующих узлов:

- одноплатного микроконтроллера МК1;

- узла ввода аналоговых/дискретных сигналов (согл.1, согл.2, Пер.1…Пер4);

- узла ввода импульсных сигналов (Согл.3);

- узла ввода/вывода дискретных сигналов (Согл.4.1, Согл.5, Согл.6, Пр.5…ПР.6);

- буфер - усилителей (БУ1, БУ2) сигналов управления ВИПами, ВУВом, ШТ;

- узла защиты от сбоев в программном обеспечении (ОВ);

- узла организации обмена по последовательному каналу типа SPI (ДшА, Согл.4.2, Согл.4.3);

- дополнительного перепрограммируемого постоянного запоминающего устройства типа ФЛЭШ;

- трех однокристальных микроконтроллеров (МК2…МК4), преобразующих информацию, поступающую из SPI канала, согласно протокола обмена в кодировки последовательного канала типа RS-232;

- двух аппаратных преобразователей протоколов последовательного обмена RS-232 в RS-485 (RS-232/RS-485) и обратно;

- гальванических развязок ГР1, ГР2, обеспечивающих защиту устройств и входов МПСУ при работе в условиях высокого уровня помех, имеющих место на борту электровоза;

- двух датчиков температуры (датчик t°1, датчик t°2), формирующих команды на включение питания и отключения обогрева.

Блок БМК-036 спроектирован таким образом, чтобы можно было подключать к нему разные устройства (реализуя различные системы и элементы систем управления и диагностики). Для этого в схему введены переключатели Пер1…Пер6, выполненные в виде джамперов и поразрядно формирующие требуемую конфигурацию блока. Так, переключателями Пер.1 и Пер.2, Пер3 и Пер4, можно организовать ввод в МК1 либо 14 аналоговых сигналов, либо вводить эти сигналы в виде дискретных, для этого используются буферные элементы согласования (Согл.1, Согл.2) и джамперы устанавливаются, соединяя выходы этих элементов со входами МК1. При этом, соответствующие разряды порта Р5.Х МК1настраиваются на ввод дискретной информации.

БМК-036 вводит и анализирует сигналы от импульсных датчиков скорости. Для этого, гальванически развязанные сигналы ТТЛ-уровня от датчиков положения ДПС1…ДПС6, через элемент согласования Согл.3 подаются на входы таймеров МК1. Кроме того, вводится дополнительно два сигнала для определения направления вращения осей.

Импульсные сигналы полярности полупериода «n/n», блокировки «БЛК», «a₀» и «g» через согласующий элемент Согл.4.1 поступают на блок «Захват/сравнение» МК1 (сигналы «a0» и «g») и входы порта ввода дискретной информации с фиксированными векторами прерываний («1Е_н» для сигнала n/n).

В блоке «захват/сравнение» происходит измерение длительности импульсных сигналов «a₀» и «g» (преобразование их длительности в двоичный код).

На рисунке 15(а) приведена сформированная программным путем структура каналов САРСОМ в режиме "захвата данных", а на рисунке 15(б) - временные диаграммы формирования кодов α₀[nT]и g[nT] для n-го полупериода.

Рисунок 15 - Измерение длительности сигнала α₀

По отрицательным «1» и положительным «2» фронтам сигнала полярности полупериода осуществляется перезагрузка таймеров Т0/Т1 микроконтроллера МК1 (в них записывается "0" код). В дальнейшем код на выходе таймеров начинает расти в соответствии с настройкой входного делителя (f_дел). По приходу положительного фронта от α₀(t) или g (t)«3» посредством ключа Кл происходит фиксация кода в регистре (CC0 для α₀[nT] СС3 для g[nT]), до которого произошло заполнение таймера. В результате захвата устанавливается флаг запроса на прерывание, по которому реализуется обслуживание регистра CC0 или СС3 контроллером событий, с передачей информации из регистра в процессор для дальнейшего использования.

БМК-036 позволяет вводить и анализировать до 10 дискретных сигналов, либо выводить столько же сигналов, причем сочетание входных и выходных сигналов может быть произвольным. Для этого в блок БМК-036 введены согласующие элементы Согл.5, Согл.6 и переключатель Пер.5, защищающий выходы микросхем от одновременного включения и подачи сигналов с противоположными логическими уровнями. (Такой режим эквивалентен короткому замыканию и приводит к выходу элементов микросхем из строя).

Формирование и вывод управляющих ВИПами и ВУВами сигналов осуществляется через каналы блоков «Захват/сравнение».

На рисунке 16(а) показана сформированная программным путем структура каналов САРСОМ в режиме сравнения с двойным регистром, а на рисунке 16(б) – временные диаграммы, поясняющие формирование импульсов управления тиристорами в соответствии с требуемым алгоритмом.

В этом режиме два регистра сравнения работают вместе, управляя одним выходным выводом микроконтроллера. После совпадения кода таймера Т7/Т8 (Т0/Т1) с кодом, записанном в регистре ССх или ССz, формируется сигнал на выходе одного из компараторов КОМП (рисунок 16а), который устанавливает флаг запроса на прерывание для разрешения обслуживания отмеченных регистров контроллером событий. Вместе с тем формируется на соответствующем выходе CСxI0 микросхемы импульс, как показано на рисунке 16б, при совпадении кодов таймера и регистра ССх – появляется высокий уровень на выводе микросхемы, а при совпадении кодов таймера и регистра CCz – высокий уровень заменяется низким. Таким образом, записывая в регистр СС_х код 2^k, а в регистр СС_zкод 2^k+N можно формировать выходной импульс длительностью N тактов счетчика - таймера. N определяется частотой ƒдел.

Рисунок 16 - Формирование управляющих импульсов

Формируемые, в соответствии с алгоритмом управления тиристорами ВИП и ВУВ импульсные сигналы выдаются микроконтроллером через биты портов на входы буферных выходных элементов БУ1, БУ2, причем с помощью сторожевого устройства (0 В) осуществляется аппаратное разрешение/запрещение выдачи сигналов управления на БВУ.

Сторожевое устройство выполнено на основе одновибратора ОВ, формирующего импульс длительностью от 12 до 15 мс.

С выхода порта Р3-4 на вход одновибратора, каждый полупериод (10 мс) подается импульсный сигнал "Контроль СУ".

Если МК1 функционирует правильно, отсутствуют сбои в программном обеспечении, каждый полупериод происходит перезапуск 0 В и на его выходе формируется разрешающий сигнал. Если произойдет сбой программы, через (12-15) мс, т.е. в следующем полупериоде сформируется запрещающий сигнал и будут сняты сигналы со входов БВУ-005. Одновременно с запрещающим сигналом включается светодиод «Отказ БУ», расположенный на передней панели БМК-036.

Для организации обмена информацией по SPI-каналу сигналы с МК1 усиливаются элементами Согл.4.2, Согл.4.3. Устройство, к которому обращается процессор МК1 определяется сигналом, формируемым на выходе дешифратора адреса ДшА, например, для обращения к внешнему запоминающему устройству (ФЛЭШ) формируется сигнал «CS FLASH» (адрес 05).

Далее, обмен информацией по каналу SPI осуществляется под управлением ведущего микроконтроллера (МК1) при помощи специальных последовательных сдвиговых регистров, входящих в состав микросхем.

На рисунке 17 показан процесс обмена данными по SPI каналу.

Рисунок 17 - Обмен данными по SPI каналу

После выбора внешнего устройства, например, МК2, процессор МК1 записывает в сдвиговый регистр данные из ОЗУ. Эта операция является командой для передачи этих данных в сдвиговый регистр ведомого контроллера (в рассматриваемом случае это МК2). Сдвиг данных между регистрами осуществляется по положительным фронтам тактового сигнала, также формируемого процессором МК1.

За 8 тактов информация из регистра ведущего микроконтроллера по шине MOSI (внешняя шина БМК-036 «SPI DOUT») перекачивается в регистр ведомого микроконтроллера, при этом по шине MISO (внешняя шина БМК-036 «SPI DIN») информация из регистра ведомого микроконтроллера перекачивается в регистр ведущего.

Переданная информация может быть считана в ОЗУ ведомого микроконтроллера и далее использована в технологической программе.

На плате БМК-036 к шине SPI-канала подключены микроконтроллеры МК2…МК4 преобразующие информацию в соответствии с протоколами обмена RS-232, а также внешнее энергонезависимое запоминающее устройство типа ФЛЭШ. Во ФЛЭШе хранятся коэффициенты регуляторов и другие константы, характерные для данного алгоритма управления.

Схема электрическая принципиальная БМК-036 приведена на чертеже 6ТС.369.036 ЭЗ.

В основе БМК-036 лежит одноплатный микроконтроллер М167-1, который при помощи разъемных соединителей J10, J11, J14 и ленточных кабелей типа FLAT соединяются с элементами основной платы. Для этого используются разъемные соединители Х3…Х8.

Элемент Согл.3 на принципиальной схеме выполнен в виде микросхемы D3. В таблице 6 приведен порядок подключения входов ДПС (ДС1…ДС6) к входам таймеров микроконтроллера МК.

Таблица 6 - Ввод сигналов импульсных датчиков скорости

Контакты Х1	Наименование сигналов	Контакты разъемов МК1	Адрес устройства
В23С23	ДС1	Х3(J10):26(P3.7)	Таймер 2
А23А24	ДС2	Х3(J10):25(P3.6)	Таймер 3
В24С24	ДС3	Х3(J10):24(P3.5)	Таймер 4
В25С25	ДС4	Х5(J14):15(P5.13)	Таймер 5
А25А26	ДС5	Х5(J14):14(P5.12)	Таймер 6
В26С26	ДС6	Х3:(J10):17(P2.15)	Быстр. прерыв. ЕХ.17

Примечание - На двухсекционных электровозах задействованы только первые четыре входа для ввода сигналов импульсных датчиков скорости.

Импульсные сигналы a₀ и g заводятся на входы ССО…СС3 первого блока «захват/сравнение», при этом элемент Согл.4.1 выполнен на микросхеме D18. Через эту же микросхему на входы прерываний (порт ввода/вывода) подаются сигналы n/n и БЛК (таблица 7).

Таблица 7 - Ввод в МК1 сигналов a₀, g, n/n и БЛК

Контакты Х1	Наименование сигналов	Контакты разъемов МК1	Адрес устройства
В28С28	a₀	Х3(J10):2 (Р2.0)	Вход ССО
В29С29	g	Х3(J10):5 (Р2.3)	Вход СС3
А29А30	БЛК	Х3(J10):9 (Р2.7)	Вход Р2.7
В30С30	n/n	Х3(J10):16 (Р2.14)	Быстр. прерыв. ЕХ.16

Ввод и вывод дискретных сигналов с ТТЛ-уровнем, установка джамперов и их соответствие разрядам МК1 приведены в таблице 8.

Таблица 8 - Ввод/вывод дискретных сигналов в МК1

Наименование сигналов		Контакты разъемов Х1 и Х2	Направление сигналов	Установка джамперов	Контакты разъемов МК1	Адрес разряда
ЦМК:Вкл.МПК1		Х2:В1С1	Ввод 1	JP8 откл.	Х4(J11):11 (Р7.0)	Порт 7 Ввод/вывод
	МПК1(2) ВКЛ.	Х2:А11А12	Вывод 1	JP8 вкл.	Х4(J11):11 (Р7.0)	Порт 7 Ввод/вывод
ЦМК:МПК1/СИ		Х2:А1А2	Ввод 2	JP9 откл.	Х4(J11):12 (Р7.1)	Порт 7 Ввод/вывод
	МПК1(2):СИ	Х2:В12С12	Вывод 2	JP9 вкл.	Х4(J11):12 (Р7.1)	Порт 7 Ввод/вывод
ЦМК:МПК1/Uкс		Х2:В2С2	Ввод 3	JP10 откл.	Х4(J11):13 (Р7.2)	Порт 7 Ввод/вывод
	МПК1(2):Uкс	Х2:В13С13	Вывод 3	JP10 вкл.	Х4(J11):13 (Р7.2)	Порт 7 Ввод/вывод
ЦМК:Вкл.МПК2 МПК1(2):ДС7		Х2:В3С3	Ввод 4	JP11 откл.	Х4(J11):14 (Р7.3)	Порт 7 Ввод/вывод
		Х2:А13А14	Вывод 4	JP11 откл.	Х4(J11):14 (Р7.3)	Порт 7 Ввод/вывод
ЦМК:МПК2/СИ МПК1(2):ДС8		Х2:А3А4	Ввод 5	JP12 откл.	Х4(J11):15 (Р7.4)	Порт 7 Ввод/вывод
		Х2:В14С14	Вывод 5	JP12 откл.	Х4(J11):15 (Р7.4)	Порт 7 Ввод/вывод
ЦМК:МПК2/Uкс МПК1(2):ОБМ с ЦМК		Х2:В4С4	Ввод 6	JP13 откл.	Х4(J11):16 (Р7.5)	Порт 7 Ввод/вывод
		Х2:В15С15	Вывод 6	JP13 откл.	Х4(J11):16 (Р7.5)	Порт 7 Ввод/вывод
		Х2:В5С5	Ввод 7	JP14 откл.	Х4(J11):16 (Р7.6)	Порт 7 Ввод/вывод
		Х2:А15А16	Вывод 7	JP14 откл.	Х4(J11):16 (Р7.6)	Порт 7 Ввод/вывод
		Х2:А5А6	Ввод 8	JP15 откл.	Х4(J11):17 (Р7.7)	Порт 7 Ввод/вывод
		Х2:В16С16	Вывод 8	JP15 откл.	Х4(J11):17 (Р7.7)	Порт 7 Ввод/вывод
		Х1:А21А22	Ввод 9	JP1 вкл.	Х3(J10):32 (Р6.6)	Порт 6 Ввод/вывод
	ЦМК:ОБМ МПК1	Х1:В27С27	Вывод 9	JP1 вкл.	Х3(J10):32 (Р6.6)	Порт 6 Ввод/вывод
		Х1:В22С22	Ввод 10	JP2 вкл.	Х3(J10):33 (Р6.7)	Порт 6 Ввод/вывод
	ЦМК:ОБМ МПК2	Х1:А27А28	Вывод 10	JP2 вкл.	Х3(J10):33 (Р6.7)	Порт 6 Ввод/вывод

Вывод управляющих ВИПами и ВУВами сигналов осуществляется через БУ1 (D4) и БУ2(D5). Одновибратор ОВ выполняет функции защиты от сбоев в программном обеспечении. Постоянная времени его перезапуска определяется параметрами элементов R15 и С18. На элементах V2, R5 и C10 выполнена схема сброса триггера одновибратора D14.1 по включению питания. Светодиодный индикатор V3 индицирует сбои в работе микроконтроллера (отказ и нарушения в программном обеспечении).

В таблице 9 приведены соответствия формируемых микроконтроллером МК1 сигналов и их ввода из БМК-036.

Таблица 9 - Вывод сигналов управления ВИПами, ВУВами, ШТ

Адрес канала «Захват/сравнение»	Контакты разъемов МК1	Наименование сигналов	Контакты разъема Х2
Выход СС16(Р8.0)	Х4(J11МК1):2	ВИП, плечо 1	Х2:В6С6
Выход СС17(Р8.1)	Х4(J11МК1):3	ВИП, плечо 2	Х2:В7С7
Выход СС18(Р8.2)	Х4(J11МК1):4	ВИП, плечо 3	Х2:А7А8
Выход СС19(Р8.3)	Х4(J11МК1):5	ВИП, плечо 4	Х2:В8С8
Выход СС20(Р8.4)	Х4(J11МК1):6	ВИП, плечо 5	Х2:В9С9
Выход СС21(Р8.5)	Х4(J11МК1):7	ВИП, плечо 6	Х2:А9А10
Выход СС22(Р8.6)	Х4(J11МК1):8	ВИП, плечо 7	Х2:В10С10
Выход СС23(Р8.7)	Х4(J11МК1):9	ВИП, плечо 8	Х2:В11С11
Выход СС1(Р2.1)	Х3(J10МК1):3	ВУВ, плечо 1	Х2:В17С17
Выход СС2(Р2.2)	Х3(J10МК1):4	ВУВ, плечо 2	Х2:А17А18
Выход СС4(Р2.4)	Х3(J10МК1):6	Управление ШТ1	Х2:В18С18
Выход СС5(Р2.5)	Х3(J10МК1):7	Управление ШТ2	Х2:В19С19
Выход СС6(Р2.6)	Х3(J10МК1):8	Управление ШТ3	Х2:А19А20
Выход СС11(Р2.11)	Х3(J10МК1):13	Управление ШТ4	Х2:В20С20
Выход СС12(Р2.12)	Х3(J10МК1):14	Управление ШТ5	Х2:В21С21
Выход СС13(Р2.13)	Х3(J10МК1):15	Управление ШТ6	Х2:А21А22

Примечание - На двухсекционных электровозах отсутствуют каналы управления ШТ1...ШТ6.

Для организации обмена по SPI каналу используется дешифратор адреса ДША на микросхеме D13 и элементы согласования (Согл. 4.2, Согл. 7.3) на микросхеме D18.

Для формирования адресов внешних устройств используются разряды Р3.0…Р3.3 порта 3 микроконтроллера МК1. Собственно SPI канал выведен на разряды Р3.8, Р3.9 и Р3.13 порта 3 микроконтроллера.

К сформированной и усиленной элементами D18 шине SPI канала подключаются внешние устройства.

К ним относятся:

- однокристальный микроконтроллер МК2(D7), формирующий протокол обмена по первому каналу типа RS-232;

- однокристальный микроконтроллер МК3(D8), формирующий протокол обмена по второму каналу типа RS-232;

- микроконтроллер МК3 (D9), формирующий протокол обмена по третьему независимому каналу типа RS-232;

- микросхема внешней ФЛЭШ памяти (D6);

- измеритель температуры окружающего воздуха (D26);

- устройства, расположенные на других съемных блоках БВВ-041 для чего шины SPI канала и сигналы «Выбор устройства» выведены на внешние разъемы Х1 и Х2 БМК-036. В таблице 10 указаны эти сигналы и соответствующие контакты внешних разъемных соединителей занятых шин.

К выходам микроконтроллеров D7 и D8 подключены преобразователи интерфейсов RS-232/RS-485 (D21, D22), обеспечивающие также гальваническую развязку каналов RS-485 от аппаратуры БУ-193. Джамперами JP16 и JР17 можно включать согласующие линию связи резисторы. Необходимость включения этих резисторов определяет разработчик в каждом конкретном случае применения съемного блока БМК-036.

Таблица 10 - Контакты разъемных соединителей Х1, Х2 БМК-036, задействованных под последовательный SPI канал

Адрес устройства (МК1)	Контакты разъемов МК1	Наименование сигналов	Контакты Х1, Х2	Наименование адресуемого внешнего устройства
-	Х3 (J10):27	SPI DIN	Х1: В31С31	Все блоки с каналом SPI
-	Х3 (J10):28	SPI DOUT	Х1: А31А32	Все блоки с каналом SPI
-	Х3 (J10):29	SPI CLK	Х1: B32C32	Все блоки с каналом SPI
Е_н	Х3 (J10): 18…22	Выбор устр-ва «ВУ 9»	Х2: В22С22	Резерв
D_н	Х3 (J10): 18…22	Выбор устр-ва «ВУ 8»	Х2: В23С23	Резерв
С_н	Х3 (J10): 18…22	Выбор устр-ва «ВУ 7»	Х2: А23А24	Резерв
В_н	Х3 (J10): 18…22	Выбор устр-ва «ВУ 6»	Х2: В24С24	Резерв
G_н	Х3 (J10): 18…22	Выбор устр-ва «ВУ 1»	Х2: В25С25	ЦМК: А1 (БВВ-041) МПК1, МПК2: А14(А15) (БВВ-041)
7_н	Х3 (J10): 18…22	Выбор устр-ва «ВУ 2»	Х2: В25А26	ЦМК: А2 (БВВ-041) МПК1, МПК2: А16(А17) (БВВ-041)
8_н	Х3 (J10): 18…22	Выбор устр-ва «ВУ 3»	Х2: В26С26	ЦМК: А13 (БВВ-041) МПК1, МПК2: А18)А19) (БАЦП-037: МК1)
9_н	Х3 (J10): 18…22	Выбор устр-ва «ВУ 4»	Х2: В27С27	ЦМК: А1 (БВВ-041) МПК1, МПК2: А18(А19) (БАЦП-037: МК2)
А_н	Х3 (J10): 18…22	Выбор устр-ва «ВУ 5»	Х2: А27А27	Резерв
1_н	Х3 (J10): 18…22	Выбор МК2	-
2_н	Х3 (J10): 18…22	Выбор МК3	-
3_н	Х3 (J10): 18…22	Выбор МК4	-
4_н	Х3 (J10): 18…22	Выбор ФЛЭШ	-
5_н	Х3 (J10): 18…22	Выбор измерителя температуры	-

К выходу микроконтроллера МК3 (D9) подключены элементы гальванической развязки D12 и D15 и формирователь шины RS-232 D24. Питание D24 и гальванических развязок D12, D15 осуществляется через преобразователь DC/DC D23, питающийся от источника плюс 5 В.

При помощи джамперов JP5 … JP7, переключающих входы микросхем D10, D11, можно организовать передачу и прием данных по последовательным каналам RS-232 и RS-485 либо в прямом, либо в инверсном коде. Переключателями J15, J16 можно выбрать один из двух преобразователей микросхемы D24 (другой при этом находится в резерве).

Правильность установки джамперов JP5 … JP7 и J15, J16 определяет разработчик при построении систем управления.

В таблице 11 указаны контакты внешних разъемов Х1 БМК-036, использованных для организации последовательных каналов RS-485 и RS-232.

Таблица 11 - Подключение внешних последовательных каналов связи

Канал RS-232		Канал RS-485-1		Канал RS-485-2
Наимен. сигналов	Контакты Х1	Наимен. сигналов	Контакты Х1	Наимен. сигналов	Контакты Х1
ТХ	Х1:В1С1	А1	Х:В3С3	А2	Х1:В5С5
RХ	Х1:А1А2	В1	Х:А3А4	В2	Х1:А5А5
0В RS-232	Х1:В2С2	0В RS-485	Х1:В4С4	0В RS-485	Х1:В6С6

Микросхема внешней памяти D6 (ФЛЭШ) также подключена к SPI каналу. Кроме этого, для записи/чтения данных к ней подключается разряд Р65 порта 6 микроконтроллера МК1 (сигнал HOLD).

Для оценки работы оборудования электровоза на плате БМК-036 установлена микросхема программируемого термометра (D26), подключенная также к SPI каналу. Обратившись к ней, процессор микроконтроллера может контролировать температуру окружающей среды с точностью до 1°С и использовать эти данные в алгоритме, например, выдачи команд на изменение частоты вращения вентиляторов.

Для контроля за температурой внутри блока на плате БМК-036 установлены два программируемых датчика температуры (D19, D20). Один из них (D19) настроен на включение при температуре ниже минус 35°С и отключение выше минус 15°С для включения подогрева блока БУ-193. Второй (D20) включается при температуре выше минус 36°С и отключается при температуре ниже минус 36°С для включения питания блока БУ-193.

Сигналы с этих датчиков температуры через внешние разъемные соединители передаются на блок питания БФ-046, где расположены каналы управления.

Питание датчиков температуры осуществляется от параметрического стабилизатора напряжения плюс 5 В, расположенного здесь же на БФ–046.

В таблице 12 указаны контакты внешнего разъема Х2, на которые выведены сигналы от этих датчиков.

Таблица 12 - Подключение сигналов от датчиков температуры

Наименование сигналов	Контакты Х2
ТЕРМ2 (Включение питания)	Х2:В28С28
ОВТЕРМ (Общий датчиков)	Х2:В29С29
U_n ТЕРМ (Питание датчиков)	Х2:А29А30
ТЕРМ 1 (Включение подогрева)	Х2:В30С30

1.2.4.2 Блок входных сигналов БВС-991

Блок входных сигналов БВС-991 предназначен для синхронизации работы элементов МПСУ и системы фазового управления электропривода с первой гармоникой напряжения контактной сети, а также для обработки сигналов от датчиков слежения за потенциальными условиями и выделения из них текущего значения угла гарантированного открытия тиристоров a0 в виде прямоугольных импульсов ТТЛ и текущего значения напряжения контактной сети Uкс в виде нормализованного аналогового сигнала Uкс.н.

Технические характеристики

Питающие напряжения +5В±5%, ±15В±10%;

Входные сигналы

- нормализованный сигнал контактной сети "U_с"от

датчика синхронизации, переменное напряжение

частотой 50±2 Гц, Эфф. (при Uкс = 25 кВ) 50 В

-       сигналы "U_сл1","U_сл2" от датчиков слежения за
потенциальными условиями, переменное напряжение
частотой 50 Гц ±2 Гц, Эфф. (при Uкс = 25 кВ)                                                           54 В

Выходные сигналы

- сигнал полярности полупериода (п/п),
прямоугольные импульсы частотой 50 Гц (при Fкс = 50 Гц) ТТЛ

- угол гарантированного открытия тиристоров (a₀ ),

прямоугольные импульсы частотой 100 Гц ТТЛ

- дискретный сигнал "Блокировка" (БЛК) ТТЛ

активный уровень лог.”0”

– нормализованное напряжение контактной сети (Uкс.н),

выпрямленное напряжение частотой 50 Гц ±2 Гц ,Ампл. 0..5 В

Структурная схема БВС-991 приведена на рисунке 18.

Рисунок 18 - Структурная схема БВС-991

Блок БВС-991 состоит из следующих функциональных узлов:

- ограничитель амплитуды и развязывающий повторитель;

- полосовой фильтр (фильтр НЧ и ВЧ);

- детектор нуля сети (нуль-орган);

- узел контроля наличия напряжения сети;

- узел умножения и деления частоты;

- формирователь сигнала "Блокировка";

- узел предварительной обработки сигналов U_сл1,U_сл2(выпрямление, деление)

- формирователь сигнала U_сл.min_.;

- компаратор потенциальных условий ;

- формирователь сигналов a₀ – наименьший допустимый угол отпирания тиристоров и a_{0
3}_ад– наименьший угол отпирания тиристоров, задержанный на значение g₀ ;

- формирователь сигнала U_сл.max;

- формирователь сигнала U_кс.н.

Электрическая схема БВС-991 приведена на чертеже 6ТС.367.991 Э3.

Нормализованный сигнал контактной сети "Uс" (от трансформатора синхронизации) с контактов А3В3, А4В4 внешнего разъёма Х1 поступает на вход резистивного делителя R9, R10, понижающего амплитуду сигнала до » ±12 В ( при Uс = 50 В Эфф.). С выхода делителя сигнал поступает на вход развязывающего повторителя D2.1 и далее на фильтр НЧ (D2.2, R24, R26, R28, R29, C9…C11; выход фильтра – к.т. «1») и фильтр ВЧ (D6.1, C12, C13, R30..R32; выход фильтра – к.т. «2»), которые вместе образуют полосовой фильтр второго порядка, выделяющий первую гармонику напряжения синхронизации. Ограничитель амплитуды на элементах R12, V21, V22 ограничивает выбросы U_c на уровне ± 13 В. Фазовый сдвиг сигнала на выходе фильтра (к.т. «2») относительно сигнала U_c (к.т. «7») устраняется регулировкой с помощью подстроечного резистора R26 при наладке блока с использованием образцового генератора синусоиды с частотой 50 Гц. Отфильтрованный сигнал U_cпоступает на вход нуль-органа D6.2, который формирует сигнал перехода напряжения U_c через нуль (двухполярные прямоугольные импульсы, фронты которых формируются в моменты перехода синусоиды через нуль). Преобразование уровней сигнала на выходе нуль-органа в уровни логических сигналов ТТЛ выполняется на элементах V24, V25, R37.

Полученный таким образом сигнал (к.т. «3») поступает на узел синхронного умножения/деления частоты, собранный на элементах D1, D4, D7.1 и на узел контроля наличия напряжения сети, собранный на элементах D12.1, V26, D14. Элемент D1 – генератор с фазовой автоподстройкой частоты – имеет в своём составе генератор (ГУН), управляемый напряжением от фазового компаратора (ФК). На первый вход ФК, D1:14, подается сигнал с частотой сети от нуль-органа D6.2 (преобразованный в ТТЛ). На второй вход ФК, D1:3 (к.т. "4"), подается сигнал обратной связи − выходная частота ГУН, деленная на элементах D4.1, D4.2, D7.1 с К_дел=512. ФК сравнивает сигналы по частоте и фазе и меняет уровень напряжения на входе ГУН в случае несовпадения. , что составляет 50 Гц (на выходе ГУН D1:4 поддерживается частота в 512 раз выше частоты сети). Этот же сигнал подается на входы инвертора D15.1 (D15.1:1, D15.1:3). С выхода D15.1:4 сигнал, называемый «полярность полупериода» ("п/п") подается на контакты А26В26 внешнего разъема Х2 и далее в блок БМК-003, а с выхода D15.1:2 сигнал п/п подается на контрольный контакт Х3, установленный на лицевой панели блока БВС- 002.

При пропадании сигнала U_c на время, более чем 0,2 сек., одновибратор с перезапуском D12.1 устанавливается по инвертирующему выходу в логическую "1" и через транзистор V26 устанавливает на выходе элемента D14.1:3 логическую "1", которая вызывает на выходе D14.2:4 короткий импульс обнуления счетчиков D4, D7 и удерживает триггеры D11.1, D11.2 в состоянии сброса. При этом на инверсном выходе D11.2 удерживается сигнал лог. «1», который поступает на вход инвертора D15.1:5. С выхода D15.1:6 сигнал уровня лог. "0", называемый "Блокировка" (БЛК) подается на контакты А27В27 внешнего разъема Х2 и далее в блок БМК-003.

Сигнал "Блокировка" (активный уровень – логический "0") появляется на контактах А27В27 внешнего разъема Х2 через 0,2 сек. после исчезновения сигнала U_c и исчезает (логическая «1») через 5,12 сек. после появления сигнала U_c. После появления сигнала сети U_c одновибратор D12.1 устанавливается по инвертирующему выходу в логический "ноль" и через транзистор V26 устанавливает на выходе элемента D14.1:3 логический "0", который вызывает на выходе D14.2:4 короткий импульс обнуления счетчиков D4, D7 и снимает сигнал сброса с триггеров D11.1, D11.2. При этом триггер D11.1 переключается по сигналу с выхода счетчика D7.2:14 и устанавливает триггер D11.2, вследствие чего формируемый на выходе D15.1:6 сигнал "Блокировка" принимает значение лог. "1". Цепочка из последовательно включенных счётчиков D4, D7 и триггера D11.1 определяет выдержку времени 5,12 сек. после появления U_c . Эта выдержка необходима для того, чтобы генератор D1 успел засинхронизировать свою частоту с частотой сети. При отсутствии U_c генератор D1 переходит в режим генерации несинхронизированной с сетью частоты » 22 кГц (при наличии U_cчастота на выходе D1:4 составляет 25,6 кГц).

Мигание индикатора "F" с частотой » 0,8 Гц сигнализирует о работе узла умножения и деления частоты.

На элементах V1-V19, R1-R8 и R11 выполнен формирователь сигнала "U_сл.мин". Выделяемый из сигналов "U_сл1"…"U_сл3", поступающих в блок БФ-001 через контакты А24В24, А25В25, А26В26, А27В27, А28В28, А29В29 внешнего разъёма Х1, сигнал U_сл.мин подается на неинвертирующий вход компаратора потенциальных условий D3. На инвертирующий вход компаратора подается напряжение уставки, сформированное от источника +15 В на делителе R15, R19, R21, V23. Напряжение уставки можно регулировать с помощью подстроечного резистора R15 при настройке блока. Компаратор D3 по потенциальным условиям формирует и через посредство инвертора D15.2 выдаёт на контакты А28В28 внешнего разъёма Х2 импульсные сигналы, называемые «α₀» , «α_{0
зад}», которые затем поступают в блок БМК-003. Длительность этих сигналов определяет для микроконтроллера блока БМК-003 величину углов α₀, α_{0
зад} (длительность измеряется микроконтроллером от начала полупериода до заднего фронта сигнала, т.е. перехода из «1» в «0»).

1.2.4.3 Блок формирователей БФ – 046

Блок формирователей БФ-046 предназначен для:

- согласования выходов датчиков углов коммутации ДУК-4-01 со входами блока микроконтроллера;

- согласования выходов датчиков скорости ДПС-У со входами микроконтроллера;

- управления нагревательным элементом системы обогрева блока управления БУ-193;

- управления реле подачи питания на блоки питания БП-047, БП-988, БП-989 и блоки ввода/вывода БВВ-041;

- формирования напряжения питания датчиков температуры системы обогрева блока БУ-193.

Технические характеристики

- количество входных сигналов от датчиков ДУК-4-01 4;

- уровень выходного сигнала от ДУК-4-01 от 50 до 200 В;

- напряжение выходного сигнала согласования блоков Ug 33 В;

- тип выходной цепи сигнала g «открытый коллектор»;

- напряжение низкого уровня выходного сигнала g - 0,4 В;

- количество входов сигналов от датчиков скорости 8;

- напряжение импульсов сигнала датчиков скорости 48 В;

- номинальный ток импульсов датчиков скорости 10 мА;

- тип выходных цепей сигналов скорости «открытый коллектор»;

- напряжение низкого уровня импульсов выходных сигналов скорости 0,4 В;

- коммутируемое напряжение постоянного тока цепи подогрева, среднее значение 50 В;

- максимальный ток коммутации цепи подогрева 8 А;

- коммутируемое напряжение цепи реле питания 50 В;

- максимальный ток коммутации цепи реле питания 0,18 А;

- уровни входных сигналов датчиков температуры ТТЛ;

- выходное напряжение источника питания датчиков температуры, среднее значение от 6 до 6,5 В;

- номинальное входное напряжение постоянного тока источника питания датчиков температуры, среднее значение от 36 до 65 В;

- номинальное выходное напряжение постоянного тока источника питания датчиков температуры, среднее значение 4,7 В

- диапазон изменения напряжения источника питания датчиков температуры, среднее значение от 4,2 до 5,2 В.

Структурная схема блока БФ-046 представлена на рисунке 19.

Блок БФ-046 состоит из следующих узлов:

- формирователя сигнала g, состоящего из четырех выпрямителей Выпр1…Выпр4, схемы ИЛИ-max (ИЛИ1), ограничителя напряжения ОГР и формирователя сигнала с открытым коллекторным выходом Ф;

- формирователей сигналов скорости, представляющих собой гальванические развязки ГР1…ГР8;

- узла управления питанием и подогревом, состоящего из схемы ИЛИ, источника питания ИП и транзисторных ключей ТК1 и ТК2. Транзисторный ключ ТК1 управляет реле подачи питания, а ТК2 управляет нагревательным элементом систе-

Рисунок 19 – Структурная схема блока БФ-046

мы подогрева блока БО-048. Источник питания ИП формирует напряжение питания двух датчиков температуры, которые расположены в блоке микроконтроллера. Сигналы от этих датчиков Вх1 и Вх2 управляют ключами ТК1 и ТК2.

Напряжение на источник питания ИП может поступать с любого из входов «+50В(1)», «+50В(2)» или «Подогрев» в произвольном порядке. Напряжение на реле питания поступает, если хотя бы на один из входов «+50 В(1)» или «+50 В(2)» подано напряжение.

Схема электрическая принципиальная БФ-046 приведена на чертеже 6ТС.369.046 Э3.

Выходные сигналы от датчиков углов коммутации ДУК-4-01 поступают в блок БФ-046 через контакты А4В24…А31В31 разъемного соединителя Х1 на нагрузочные резисторы R1…R8 и в виде импульсов напряжения через ограничивающие резисторы R11…R22 - на выпрямители «Выпр1…Выпр4». Таким образом, датчики включены по схеме ИЛИ-max (ИЛИ1). Выпрямители собраны на диодах V3…V10, V12…V19. Выпрямленные импульсные сигналы положительной полярности поступают на ограничитель ОГР (стабилитрон V1) и фильтр низкой частоты, выполненный в виде резистора R10 и конденсатора С1. Формирователь Ф выполнен на транзисторе V20, стабилитронах V2 и V11 и резисторах R9, R23…R25. Нагрузкой транзистора V20 является резистор, расположенный на плате блока БМК-036, таким образом, сигнал g передается через контакты А21В21 разъемного соединителя Х1 в виде «токовой петли». С выхода ограничителя ОГР сигнал Ug33В через контакты А23В23 разъемного соединителя Х1 поступает во внешние цепи электровоза.

Выходные сигналы от датчиков скорости через контакты А4В4, А6В6, А8В8, А10В10, А12В12, А14В14, А16В16, А18В18 разъемного соединителя Х1 поступают через токоограничивающие резисторы R26…R33 на излучающие диоды транзисторных оптопар V45…V52 гальванических развязок ГР1…ГР8. Светодиодные индикаторы V29…V36 отображают наличие сигналов от датчиков скорости. Стабилитроны V37…V44 предотвращают разрыв токовых цепей от датчиков при выходе из строя светодиодов V29…V36 (внутренний обрыв).

Источник питания ИП датчиков температуры представляет собой параметрический стабилизатор напряжения. Он собран на стабилитроне V53, токоограничивающих резисторах R36, R37, конденсаторах фильтра С2, С3. Конденсатор С2 предназначен для сглаживания пульсаций входного напряжения питания, а С3 – для подавления высокочастотных помех и наводок, возникающих в цепях питания. Напряжение на источник питания может поступать от одной или нескольких внешних цепей через диоды V54, V55, V57 и V61, образующих элемент ИЛИ2.

Транзисторный ключ ТК1 собран на транзисторах V58, V64, V65, резисторах R34, R35, R40, R41, R44, конденсаторе С5. Сигнал низкого уровня со входа Вх1 (контакты А2В2 разъемного соединителя Х2) поступает на базу транзистора V58, в результате чего транзистор V58 открывается и начинает протекать ток базы составного транзистора (V64, V65). Открываясь, транзисторы V64, V65 обеспечивают подачу напряжения через контакты А19В19 и А22В22 разъемного соединителя Х2 на обмотку реле. Конденсатор С5 совместно с резистором R40 подавляют наводки и помехи, проникающие по цепи управления данным транзисторным ключом. Варистор R47 защищает транзисторы V64, V65 от бросков напряжения положительной полярности, возникающих по цепям питания реле.

Транзисторный ключ ТК2 собран на транзисторах V59, V63 резисторах R38, R38, R42, R43, диодах V60, V67, стабилитроне V62, конденсаторе С4. При отсутствии сигнала включения подогрева низкого уровня, поступающего со входа Вх2 (контакты А4В4 разъемного соединителя Х2), через переход база-эмиттер транзистора V59 протекает ток, определяемый резистором R38. Транзистор V59 открыт и шунтирует напряжение на затворе полевого транзистора V63. В результате чего, ток через нагрузку (нагревательный элемент, расположенный в подвале блока БУ-193), подключенную к контактам А25В25 разъемного соединителя Х2 и цепи «+Подог» (контакты А15В15 разъемного соединителя Х2), не протекает и тем самым подогрев блока БУ-193 выключен. При подаче сигнала включения подогрева на блок БФ-046 транзистор V59 – закрывается, на затворе V63 появляется отпирающее напряжение. Транзистор V63 – открывается и начинает пропускать ток через нагревательный элемент, обогревая внутренний объем блока БУ-193. Конденсатор С4 совместно с резисторами R38, R39 подавляют наводки и помехи, проникающие по цепи управления. Светодиод V66 с токоограничивающим резистором R45 выполняют функцию индикатора включения подогрева блока БУ-193. Варистор R46 защищает транзистор V63 от превышения допустимого напряжения.

1.2.4.4 Блок ввода-вывода дискретных сигналов БВВ-041

Блок ввода-вывода дискретных сигналов БВВ-041 предназначен для гальванической развязки входных цепей блока управления БУ-193 от цепей управления электровозом, ввода в процессор микроконтроллера информации о состоянии оборудования электровоза, а также для усиления сигналов, управляющих оборудованием электровоза по командам от процессора микроконтроллера.

Технические характеристики

- Уровень входных дискретных сигналов воспринимаемых блоком БВВ-041 как отсутствие сигнала из бортовых цепей управления	от 0 до 5 В или разомкнутый контакт;
- уровень входных дискретных сигналов, воспринимаемых блоком БВВ-041 из бортовых цепей управления как наличие сигнала	от 35 до 70 В
- уровень гальванической развязки между входными цепями, связанными с микроконтроллером, не менее	500 В
- количество входных дискретных сигналов	16
- уровень сигналов, связанных с микроконтроллером блока БМК-036	ТТЛ
- уровень выходных дискретных сигналов управления электровозным оборудованием
- ток нагрузки, не более	1,5А
- количество выходных дискретных сигналов	8
- тип канала связи с микроконтроллером блока БМК-036	SPI
- питание	+5 В±10% ток потребления 0,2 А; ; ток потребления зависит от подключенных нагрузок, но не превышает 9 А;
- Тип процессора	АТ89S53-12РI

Структурная схема блока БВВ-041 приведена на рисунке 20.

Он содержит следующие основные узлы:

- микропроцессорный микроконтроллер МК, осуществляющий все логические операции;

- узлы гальванической развязки ГР1 … ГР8 контроля выходов;

- узлы гальванической развязки ГР9 … ГР24 связи с цепями управления электровоза;

- электронного ключа КЛ, управляющего элементами гальванической развязки ГР9 … ГР24

- гальванической развязки ГР25, обеспечивающей управление ключом КЛ от микроконтроллера МК;

- усилители с гальванической развязкой УГР1 … УГР8;

- устройства согласования СОГЛ канала SPI с микроконтроллером МК.

Рисунок 20 - Структурная схема блока БВВ-041

Микроконтроллер АТ89S53-12РI содержит встроенные оперативное (ОЗУ) и постоянное (ПЗУ) запоминающие устройства, порты ввода-вывода и задающий генератор. В ПЗУ записывается и хранится технологическая программа.

Алгоритм функционирования микроконтроллера блока БВВ-041 приведен на рисунке 21.

Рисунок 21 - Алгоритм функционирования микроконтроллера блока БВВ-041

По включению питания происходит начальная установка устройств блока БВВ-041 и инициируется работа микроконтроллера (блок 1). В процессе начальной инициализации (блок 2) микроконтроллер переводит все электронные ключи УГР1 … УГР8 в закрытое (выключенное) состояние, а затем переходит в режим ожидания прерывания от ведущего контроллера по каналу SPI или прерывания от внешнего сигнала синхронизации (блоки 3, 4). При получении запроса прерывания по SPI, подпрограмма обслуживания прерывания записывает принятый байт в соответствующую ячейку той области ОЗУ, где формируется принимаемый пакет (блок 6). Затем производится проверка условия окончания обмена информационными пакетами с ведущим контроллером (блок 7).

В случае, если условие не выполнено, микроконтроллер записывает в сдвиговый регистр SPI очередной байт предназначенного для передачи ведущему контроллеру информационного пакета (блок 8), вычисляет адрес размещения следующего байта (блок 9) и переходит в режим ожидания дальнейших прерываний.

В случае выполнения условия окончания обмена, выполняется подпрограмма анализа принятого в последнем сеансе обмена пакета (блок 10). Подпрограмма производит сравнение принятой от ведущего контроллера (последний байт пакета) и вычисленной по принятому пакету контрольных сумм (блок 11) и, в случае их совпадения, осуществляет управление выходными ключами в соответствии с полученным заданием (блок 12). После этого, контроллер переходит в режим ожидания дальнейших прерываний. При получении запроса прерывания от внешнего сигнала синхронизации, микроконтроллер производит циклический опрос состояния дискретных входов и выходов (20 циклов опроса в течение 3мс), при этом, получаемая в каждом цикле опроса информация о состоянии того или иного входа (выхода) накапливается в специальных счетчиках (блок 12). После окончания последнего цикла измерения производится анализ накопленной информации с целью определения нового состояния для каждого входа (выхода). При этом новое состояние считается достоверным, если было зафиксировано не менее 15 раз, в противном случае сохраняется прежнее состояние (полученное во время циклического опроса в предыдущем полупериоде). По окончании анализа счетчики обнуляются.

Таким образом, формируется новый пакет для передачи по SPI, содержащий обновленную информацию о состоянии дискретных входов (выходов), по которому затем вычисляется контрольная сумма. Этот пакет формируется в специально отведенной для него области ОЗУ и будет передан ведущему контроллеру во время очередного обмена данными по каналу SPI. После этого контроллер переходит в режим ожидания очередного прерывания.

Инициатором обмена по каналу SPI является контроллер БМК-036. Он определяет и формирует тактовую последовательность импульсов SCLK, которая является синхронизирующей для всех блоков, подключаемых к каналу SPI.

Контроллер БМК-036 в соответствии с программой формирует логический ноль на шине CS2 для подключения блока БВВ-041 к каналу SPI .

После окончания цикла обмена, контроллер БМК-036 переводит сигнал CS2 в состояние логической единицы и продолжает выполнение основной программы.

Работа контроллера БВВ-041 происходит циклически до тех пор, пока имеется питание.

На рисунке 22 представлен формат обмена информацией по каналу SPI между процессорами блоков БВВ-041 и БМК-036.

Рисунок 22 - Формат сообщений, передаваемых по каналу SPI

Схема электрическая принципиальная блока БВВ-041 представлена на чертеже 6ТС.369.041Э3.

Микроконтроллер МК - это однокристальный микроконтроллер АТ89S53 12PI фирмы ATMEL (микросхема D1).

Узлы гальванической развязки ГР1…ГР8 контроля выходов состоят из транзисторных оптопар V29…V36, токоограничивающих резисторов R12… R19 и нагрузочных коллекторных резисторов оптопар V29…V36, находящихся в наборе резисторов R55. Параллельно с нагрузочными резисторами включены светодиодные индикаторы V69…V76 с токоограничивающими резисторами, находящимися в наборе резисторов R57. Светодиодные индикаторы V69…V76 расположены на лицевой планке блока и служат для визуальной диагностики состояния выходных сигналов.

Узлы гальванической развязки ГР9…ГР24, служащие для ввода дискретной информации, состоят из транзисторных оптопар V45…V52, V61…V68, токоограничивающих резисторов R28…R35, R44…R51, развязывающих диодов V37…V44, V53…V60, входных нагрузочных резисторов R20…R27, R36…R43 и ограничителей напряжения V93…V108, служащих для защиты от кратковременных бросков напряжения. Нагрузочные коллекторные резисторы оптопар V45…V52, V61…V68 находятся в наборах резисторов R53, R54. Параллельно с нагрузочными резисторами включены светодиодные индикаторы V77…V92 с токоограничивающими резисторами, находящимися в наборах резисторов R1, R2. Светодиодные индикаторы V77…V92 расположены на лицевой планке блока и служат для визуальной диагностики наличия входных напряжений. Дискретные сигналы с выходов транзисторных оптопар V45…V52, V61…V68 поступают в микроконтроллер D1 через шинные драйверы D6, D7.

Электронный ключ КЛ собран на полевом транзисторе V3 и резисторах R10, R11.

Управление ключом КЛ осуществляется микроконтроллером D1 через гальваническую развязку ГР25. Гальваническая развязка ГР25 состоит из оптрона V4, резисторов R8, R9, а также буферных элементов D4.5, D4.6.

Усилители дискретных сигналов с гальванической развязкой УГР1…УГР8 состоят из твердотельных реле V5…V12, шинного драйвера D5, используемого в качестве буфера и усилителя дискретных сигналов микроконтроллера D1, токоограничивающих резисторов, собранных в набор резисторов R56 и служащих для ограничения тока во входных цепях твердотельных реле V5…V12, а также развязывающих и защитных диодов V13…V28.

Устройство согласования канала SPI с микроконтроллером собрано на буферных элементах микросхем D2, D4.

На микросхеме D3.1, резисторах R6, R7, конденсаторах C2,C3 и диоде V1 собран сторожевой таймер, который при отсутствии “подпитывающего” сигнала от микроконтроллера D1 переводит выходы микросхемы D5 в третье состояние.

Входящий в состав блока БВВ-041 разъем Х3, предназначен для отладочных целей, для внутрисистемного программирования микроконтроллера D1 и для диагностики работы SPI интерфейса.

1.2.4.5 Блок аналоговых сигналов БАС-051

БАС-051 предназначен для согласования по уровню сигналов аналоговых датчиков тока и напряжения с входами АЦП микроконтроллера.

Технические характеристики

Однополярные сигналы:

- уровни входных напряжений от 0 до 10 В;

- уровни выходных напряжений от 0 до 5 В;

- количество каналов согласования однополярных сигналов 12;

Двухполярные сигналы:

- уровни входных напряжений от 0 до(±5) В;

- уровни выходных напряжений от 0 до 5 В;

- количество каналов согласования двухполярных сигналов 4;

- напряжения питания:

+5В ±5%, ток потребления, А , не более 0,01;

+15В ±5%, ток потребления, А, не более 0,06

-15В ±5%, ток потребления, А, не более 0,06.

Структурная схема БАС – 051 показана на рисунке 23.

Рисунок 23 - Структурная схема блока БАС-051

В состав БАС-051 входят двенадцать делителей входного напряжения (Дел1…Дел12), поступающего от датчиков системы управления. Коэффициент деления - 2. Напряжение с выходов делителей поступает на ограничители ОГР1…ОГР12, выполняющие функцию защиты входов АЦП микроконтроллера БМК-036.

Блок БАС-051 также позволяет согласовывать двухполярные сигналы, формируемые, например датчиком тока ЭПТ. Для этого на ней размещены электронные выпрямители Выпр1…Выпр4 с ограничителями Огр13…Огр16. Последние защищают входы АЦП микроконтроллера.

Схема электрическая принципиальная БАС-051 приведена на чертеже 6ТС.369.051 ЭЗ.

Однополярные сигналы внешних датчиков приходят на контакты А4В4; А5В5; А7В7; А10В10 … А14В14 разъемного соединителя Х1 и контакты А4В4; А5А5; А10В10; А13В13 разъемного соединителя Х2 и далее на делители, выполненные на резисторах R1…R24 и конденсаторах С1…С12, устраняющих высокочастотные и импульсные помехи. На диодах V11…V24 и резисторах R1…R12 выполнены ограничители напряжения ОГР1…ОГР12. Таким образом, резисторы R1…R12 выполняют двойную функцию. В пределах напряжения от 0 до 5 В – функцию элементов резистивных делителей. При напряжении более 5,7 В или менее минус 0,7 В - токоограничения. При этом ток замыкается либо на цепь питания плюс 5 В, либо на общую цепь 0 В. Выходы ограничителей подключены к контактам А15В15…А22В22 разъемного соединителя Х1 и контактами А16В16; А17В17;А20В20; А21В21 разъемного соединителя Х2.

Двухполярные сигналы могут подводиться к контактам А6В6; А7В7; А14В14; А15В15 разъемного соединителя Х2 и далее на электронные выпрямители, выполненные на сдвоенных операционных усилителях D1…D4, диодах V25…V28 и резисторах R25…R36. Причем, резисторы R33…R36 определяют коэффициент передачи данного операционного усилителя. С выхода электронных выпрямителей сигналы через ограничители ОГР13 … ОГР16, выполненные на резисторах R32…R40 и диодах V29…V36 поступают на контакты А18В18; А19В19;А22В22; А23В23 разъемного соединителя Х2 и далее на входы АЦП микроконтроллера, расположенного в блоке БМК-036.

1.2.4.6 Блок выходных усилителей БВУ-997

Блок выходных усилителей предназначен для усиления импульсных сигналов управления тиристорами ВИП и ВУВ.

Технические характеристики

Уровень сигналов, получаемых от БМК - ТТЛ;

Количество каналов управления блока - 10;

Амплитуда выходных импульсов на нагрузке 34 Ом, не менее - 20 В;

Длительность выходных импульсов – определяется процессором БМК-036.

Структурная схема блока БВУ-997 приведена на рисунке 24.

Рисунок 24 - Структурная схема БВУ-997

Блок БВУ-997 состоит из следующих узлов:

- узлов гальванической развязки;

- усилителей мощности сигналов управления входными цепями ВИПов и ВУВа.

Принципиальная схема БВУ-997 показана на чертеже 6ТС.367.997ЭЗ. БВУ-997 имеет 10 каналов управления тиристорами ВУВа и ВИПов.

Импульсные сигналы управления от БМК-036, через контакты А20В20 -А29В29 разъема Х1 подаются в узел гальванической развязки. Гальваническая развязка в каждом канале выполнена на оптронах V1…V5, V21…V25. Выходной транзистор каждого оптрона включен в базовую цепь силового транзистора выходного усилителя.

Выходные импульсные усилители представляют собой эмиттерные повторители, собранные на элементах V6…V20, V26…V40, R11…R30, R41…R60, C1…C30.

При подаче на входные контакты импульсов управления, через выходные контакты А6В6 – А24В24 разъема Х2 и нагрузку соответствующих каналов будут протекать импульсные токи с амплитудой не менее 0,3 А при длительности не менее 65 мс.

Выходные импульсные усилители БВУ-997 получают питание от источника напряжения плюс 27 В блока питания БП-989. Источник питающего напряжения плюс 27 В гальванически связан с корпусом электровоза и развязан от цепей микроконтроллера.

Узлы гальванической развязки питаются от источника напряжением плюс 5 В блока БП-989.

1.2.4.7 Блоки выходных усилителей БВУ-996

Блоки выходных усилителей предназначены для усиления импульсных сигналов управления тиристорами «отпитки» схемы выравнивания нагрузок.

Технические характеристики

Уровень сигналов, получаемых от БМК - ТТЛ;

Количество каналов управления - 6;

Амплитуда тока выходных импульсов, не менее - 2 А;

Нагрузка – импульсный трансформатор, подключенный к цепи - 50 В.

Длительность выходных импульсов – определяется процессором БМК-036.

Структурная схема блока БВУ-996 приведена на рисунке 25.

Рисунок 25 - Структурная схема БВУ-996

Блок БВУ-996 состоит из следующих узлов:

- узлов гальванической развязки;

- усилителей мощности сигналов управления тиристорами «отпитки».

Принципиальная схема БВУ-996 показана на чертеже 6ТС.367.996 Э3.

БВУ-996 имеет 6 каналов управления тиристорами «отпитки» схемы выравнивания нагрузок.

Импульсные сигналы управления от БМК-036, через контакты А20,В20, -А25,В25 разъема Х1 подаются в узел гальванической развязки. Гальваническая развязка в каждом канале выполнена на оптронах V1… V6. Выходной транзистор каждого оптрона включен в базовую цепь силового транзистора выходного усилителя.

Выходные импульсные усилители блока БВУ-996 представляют собой транзисторные ключи с открытыми коллекторными выходами, собранные на элементах V7… V24, R19…R42 и С1…С6.

При подаче на входные контакты импульсов управления через выходные контакты А6,В6 – А17,В17 разъема Х2 и нагрузку соответствующих каналов будут протекать импульсные токи с амплитудой не менее 1 А при длительности не менее 65 мс.

Выходные импульсные усилители БВУ-996 получают питание от источника напряжения плюс 27 В блока питания БП-989. Источник питающего напряжения плюс 27 В гальванически связан с корпусом электровоза и развязан от цепей микроконтроллера.

Узлы гальванической развязки питаются от источника питания напряжением плюс 5 В блока БП-989.

1.2.4.8 Блок питания БП-047

Блок БП-047 предназначен для формирования из постоянного напряжения плюс 50 В бортовой сети электровоза стабилизированных напряжений, необходимых для питания микропроцессорной аппаратуры управления.

Технические характеристики

Тип входного напряжения - постоянное;

- диапазон изменения рабочего входного напряжения - от 36 до 75 В;

Количество независимых выходных каналов - 3;

Выходные напряжения:

1 канал - Uвых=+5 В±1%, Iвых.max = 1 А

2 канал - Uвых=+5 В±1%, Iвых.max = 3 А

3 канал - Uвых=+24 В±1%, Iвых.max = 1 А

Каждый из питающих каналов имеет гальваническую развязку входа и выхода.

Функционально блок БП-047 состоит из следующих узлов:

- узла преобразователей DС/DC;

- узла индикации;

- узла защиты от перегрузки;

- узла объединения сигналов полярности полупериода (п/п).

Принципиальная схема блока БП-047 приведена на чертеже 6ТС.369.047Э3.

Напряжение питания плюс 50 В поступает в БП-047 через контакты Х1:А29В29, А30В30 (+ 50 В) и Х1:А31В31, А32В32 (- 50 В). Далее питающее напряжение поступает на узел защиты, реализованный на предохранителях F1 и F2 и после этого поступает на входы предохранителей U1 и U2. На элементах R1, R2, VD1, VD2 реализованы цепи индикации перегорания предохранителей. На элементах R3, VD3 выполнен индикатор наличия напряжения питания «+50 В». Диоды VD9, VD10 – защищают от подачи обратного напряжения.

Сформированное модулем U1 стабилизированное напряжение «+5 В» подается во внешние цепи через контакты Х2:А31В31 (+5 В) и Х2:А32В32 (0 В). Для индикации этого напряжения служит цепь R4, VD4 («+5 В»).

Стабилизированные модулем U2 стабилизированные напряжения питания плюс 5 В и плюс 24 В поступают во внешние цепи через контакты Х1:А12В12 (+5 В), Х1:А10В10 (-5 В) и Х1:А18В18 (+24 В), Х1:А16В16 (-24 В).

Для индикации наличия вырабатываемых напряжений служат цепи R7, VD7 («пит. ПКБ») и R8, VD8 («+24 В»).

На элементах D1, R5, R6, VD5, VD6, C1 выполнен узел, формирующий на своем выходе логический сигнал TTL – уровня при наличии одного из входных сигналов п/п1 или п/п2. Входные сигналы TTL-уровня поступают на этот узел через контакты Х2:А10В10 (п/п1) и Х2:А12В12 (п/п2). Выходной сигнал подается во внешние цепи через контакты (Х2:А14В17 (п/п)). Питание этого узла осуществляется стабилизированным напряжением плюс 5 В, формируемым модулем U1.

1.2.4.9 Блок питания БП-989

Блок БП-989 предназначен для формирования из бортовой сети питания постоянного напряжения плюс 50 В электровоза стабилизированных напряжений, необходимых для питания датчиков скорости и датчиков тока и напряжения LEM.

Технические характеристики

тип входного напряжения - постоянное;

диапазон изменения входного напряжения - от 36 до 72 В;

количество выходных каналов - 3.

Выходные напряжения:

± 15 В ±10% - ток нагрузки 1 А;

+ 48 В ±10% - ток нагрузки 0,8 А;

Наличие гальванической развязки по каждому каналу - до 1000 В.

Принципиальная схема блока БП-989 приведена на чертеже 6ТС.367.988 Э3. Блок содержит три канала формирования стабилизированного напряжения из бортовой сети постоянного напряжения электровоза. Каждый канал содержит входной LC‑фильтр, модуль питания типа DC/DC и выходной емкостной фильтр.

Оба канала "+ 15 В" и "- 15 В" выполнены по одинаковой схеме и содержат: LC‑фильтры L1, L2, C1, С2, С3, С7 для канала "+15В" и фильтры L3, L4, С4, С8 для канала "- 15 В". В качестве преобразователей DC/DC применены модули питания МПЕ20С. Выходные фильтры выполнены на конденсаторах С11, С15 для канала "+ 15 В" и конденсаторах С12, С16 – для канала "- 15 В".

Канал "+ 48 В" содержит: входной LC‑фильтр L5, L6, L7, L8, C5, С9, С6, С10; два модуля питания МПЕ20Е (U3, U4); выходной фильтр С13, С17, С14, С18. Модули питания V3 и V4 включены последовательно по выходу, что обеспечивает требуемое напряжение.

Для индикации наличия выходных напряжений в схему введены светодиодные индикаторы V2, V3, V4 с токоограничивающими резисторами R1, R2, R3. Диод V1 защищает плату при случайном подключении ее к бортовой сети в другой полярности. Диоды V5, V6, V7 осуществляют развязку питания с аналогичным источником второго комплекта и предотвращают ложное включение индикаторов V2-V4 на неработающих комплектах.

Для питания задатчиков контроллера машиниста, выполненных на основе потенциометров в схему канала плюс 15 В БП-988 введены развязывающий диод V3 и дополнительный сглаживающий конденсатор С19.

1.2.4.10 Блок питания БП-988

Блок БП-988 предназначен для формирования из постоянного напряжения плюс 50 В бортовой сети электровоза стабилизированных напряжений, необходимых для питания микропроцессорной аппаратуры управления.

Технические характеристики

Тип входного напряжения - постоянное;

диапазон изменения входного напряжения - от 36 до 72 В;

Количество выходных каналов - 4;

Выходные напряжения:

+5 В ±10% - ток нагрузки 3 А;

±15 В ±10% - ток нагрузки 1 А;

+27 В ±10%, - ток нагрузки 3 А.

Наличие гальванической развязки по каждому каналу до 1000 В.

Принципиальная схема блока БП-988 приведена на чертеже 6ТС.367.988Э3.

Блок содержит четыре канала формирования стабилизированного напряжения из бортовой сети постоянного напряжения электровоза. Каждый канал содержит входной LC‑фильтр, модуль питания типа DC/DC и выходной емкостной фильтр.

Канал "+5 В" с током нагрузки до 3 А содержит: LC‑фильтр L1, L2, C1, С2, С3 и С7; модуль питания МПЕ15А (U1); выходной фильтр С11, С15.

Канал "+15В" с током нагрузки до 0,3 А содержит: LC‑фильтр L3, L4, С4, С8; модуль питания МПЕ15C (U2); выходной фильтр С12, С16.

Канал "-15 В" с током нагрузки до 0,3 А содержит: LC‑фильтр L5, L6, C5, С9; модуль питания МПЕ15С (U3); выходной фильтр С12, С16.

Канал "+27 В" содержит: LC‑фильтр L7, L8, C6, С10; модуль питания МПЕ100Н (U4); выходной фильтр С13, С17.

Для индикации наличия выходных напряжений в схему введены светодиодные индикаторы V1¼V4 с токоограничивающими резисторами R1¼R4. Светодиод V5 индицирует сгорание плавкой вставки F1.

Диод V1 защищает плату при случайном подключении ее к бортовой сети в другой полярности.

2 ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ И ТЕКУЩИЙ РЕМОНТ

2.1 Общие положения

2.1.1 Для обеспечения надежности работы МСУД-Н, как и всего остального оборудования электровоза, устанавливаются следующие виды и периодичность планово-предупредительного обслуживания и ремонта:

- техническое обслуживание ТО-1 при приемке-сдаче электровоза локомотивными бригадами;

- техническое обслуживание ТО-2 через каждые 72 часа;

- текущий ремонт ТР через каждые 30000 км пробега;

- средний ремонт СР через каждые 600000 км пробега.

2.1.2 К обслуживанию аппаратуры управления, наладочным и регулировочным работам в ней допускаются только специально обученные лица, знающие схемы блока управления БУ-193, блока сопряжения БС-224, имеющие практические навыки работы с измерительными приборами, прошедшие проверку знаний по ПТЭ и ПТБ при работе с электроустановками и имеющие квалификационную группу не ниже IV. Проведение наладки и регулировки локомотивными бригадами - недопустимо.

2.1.3 Наличие пломб, предусмотренных технической документацией разработчика на дверце БУ-193 и крышках блоков БИ, БС-224, обязательно. Эксплуатация не опломбированной аппаратуры запрещается. Перечень лиц, имеющих право снимать и устанавливать пломбы устанавливается письменным распоряжением начальника локомотивного депо.

2.2 Контрольно-измерительные приборы

2.2.1 Осциллограф С1-117/1 для измерения импульсных и синусоидальных напряжений.

2.2.2 Цифровой вольтметр В7-20.И22.710.002 ТУ.

2.2.3 Универсальный прибор Ц-434. ГОСТ 10374-93.

2.2.4 Мегаомметр М4100/3 ТУ25-04.2131-78.

2.2.5 Комплект инструмента.

2.3.Указание мер безопасности

2.3.1 Сборку схемы, ремонт и подключение съемных блоков, входящих в состав БУ-193, подключение и отключение измерительных приборов необходимо производить при опущенном токоприемнике, выключенном главном выключателе и отключенных источниках питания цепей управления.

2.3.2 Работы по проверке и наладке БУ-193 и БС-224 производить с резинового коврика. Все приборы, используемые для проверки блока, необходимо располагать на резиновых подставках или ковриках.

2.3.3 Наладку системы управления на электровозе, находящемся под контактным проводом, производить при полностью укомплектованных средствах пожаротушения.

2.4 Подготовка к работе

2.4.1 Схема привязки блока БУ-193 к оборудованию электровоза не изменена по сравнению с серийными блоками МСУД1. Для подключения используются те же разъемы и их контакты, что и на ранее выпущенных электровозах. Состав аппаратуры МСУД-Н обеспечивает ее использование в одно-, двух-, трехсекционных магистральных электровозах, в том числе работающих по системе многих единиц, бустерной секции, согласно схеме принципиальной цепей автоматики соответствующих электровозов.

2.4.2 Проверка аппаратных средств МСУД-Н должно осуществляться в соответствии с методикой, приведенной в Руководстве по эксплуатации соответствующих электровозов.

2.4.3 Перечень характерных неисправностей и методов их устранения приведен в приложении Б.

2.5 Измерение параметров, регулировка и настройка

2.5.1 При проверке работы БУ-193 осциллограф не заземлять.

2.5.2 Включить шнур питания осциллографа в розетку 405 (220 В).

2.5.3 Подготовить системы электровоза к подаче напряжения: закрыть оградительные шторы высоковольтной камеры, заблокировать их.

2.4.4 Подать напряжение 380 В на системы электровоза и плюс 50 В для питания шкафа БУ-193 и произвести проверку и регулировку блока в соответствии с таблицей 13.

Таблица 13 - Методика проверки БУ-193

Контролируемая кассета	Контролируемые параметры	Величина параметра и точка измерения	Методика проверки
БВС-991	Напряжение синхронизации	Нормализованный синусоидальный сигнал контактной сети ~10В, 50Гц±2Гц. Анод стабилитрона V21.
БВС-991	Сигнал полярность полупериода	Прямоугольные импульсы. ТТЛ уровень. Период-20 мс. Длительность– 10mS. Контрольная точка "3".
БВС-991	Проверка фазового сдвига сигналов U_синхр. и полярности полупериода п/п	Переход сигнала U_синхр через ноль и фронты сигнала п/п должны быть сфазированы. Допускается несоответствиеDf= ± 1 электрический градус (5,5 мкс)	Проверка выполняется двухканальным осциллографом. Если не совпадение по фазе больше допустимого, то необходимо выполнить настройку резистором R26.
БВС-991	Проверка порога срабатывания компаратора потенциальных условий.	Сигнал a₀ – прямоугольный импульс ТТЛ уровень, частота – 100Гц, длительность – 45 мкс ± 5 мкс. Контакт разъема Х2:А28В28 Сигнал Uсл ~10В частота – 100 Гц. Аноды диодов V17 – V20.	При несоответствии сигнала a₀указан. точку параметру по длительности регулировки выполнить резистором R15.

2.6 Техническое обслуживание БУ-193

2.6.1 При техническом обслуживании ТО-1:

- убедитесь в наличии пломб на дверцах шкафа БУ-193 и крышках блоков БИ. При нарушении пломб аппаратура БУ-193 должна подвергнуться контролю в объеме ТР в депо приписки.

2.6.2 При техническом обслуживании ТО-2:

- проведите проверку аппаратуры БУ-193 в соответствии с методикой, приведенной в Руководстве по эксплуатации соответствующего электровоза. Проверку проводите для каждого микроконтроллера ЦМК, МПК1 и МПК2. При обнаружении неполадок в работе аппаратуры причину неисправности необходимо обнаружить и устранить. Неисправную ячейку замените из состава ЗИП;

- работоспособность неисправной ячейки восстановите в условиях депо приписки или отправьте для ремонта на завод – изготовитель электровоза;

- при отказе одного микроконтроллеров МПК1 или МПК2, а также ЦМК во время движения электровоза допускается следование электровоза до основного депо. При этом питание отказавших микроконтроллеров должно быть отключено.

2.6.3 При текущем ремонте ТР:

- проверьте затяжку всех разъемов и при необходимости подтяните крепеж;

- проведите проверку аппаратуры МСУД-Н в соответствии с настоящей инструкцией. Проверку проводите для каждого микроконтроллера ЦМК, МПК1 и МПК2. При наличии бросков тока якоря двигателей в тяге или рекуперации замените ячейку БВС-991 из состава ЗИП. Неисправную ячейку проверьте и восстановите или отправьте для ремонта на завод – изготовитель электровоза .

2.6.4 При среднем ремонте СР:

- отсоедините соединительные кабели от разъемов шкафа БУ-193 и блоков БИ. Снимите двери шкафа БУ-193 и крышки блоков БИ;

- аккуратно извлеките из шкафа БУ-193 все ячейки, очистите их от пыли и загрязнений, промойте контакты разъемов ячеек спиртом, проверьте состояние печатных плат, надежность пайки и крепления деталей;

- произведите проверку на функционирование и контроль параметров ячеек на контрольном стенде в соответствии с его инструкцией и при необходимости выполните ремонт;

- продуйте чистым сжатым воздухом ниши, монтаж и разъемы шкафа БУ-193, проверьте визуально состояние монтажа шкафа;

- проверьте сопротивление изоляции токоведущих цепей относительно корпуса и между цепями. Сопротивление изоляции должно быть не менее 10МОм. Контроль сопротивления производите мегомметром на напряжение 500В;

- продуйте чистым сжатым воздухом ниши и монтаж блоков БИ, проверьте визуально состояние монтажа блоков БИ и крепления плат; при сборке блока БИ после ремонта все крепежные детали должны быть установлены с применением краски;

- установите в соответствии с маркировкой ячейки в шкаф БУ-193 и закрепите их винтами;

- закройте блоки БИ крышками, опломбируйте их и установите блоки в пульты машиниста;

- соедините шкаф БУ-193 и блоки БИ штатными кабелями и выполните проверку аппаратуры МСУД-Н в объеме ТР, после чего установите двери шкафа и опломбируйте аппаратуру.

2.6.5 Замена поврежденных ячеек и плат аппаратуры БУ-193, ячейками из состава ЗИП, должно производиться на обесточенной аппаратуре. При замене дополнительной подстройки ячеек из ЗИП не требуется.

2.6.6 Восстановление ячеек ЗИП в пределах срока гарантии осуществляется предприятием- изготовителем аппаратуры МСУД-Н, для чего поврежденная ячейка должна быть отправлена изготовителю электровозов с описанием внешних признаков повреждения и причин, приведших к повреждению. В случаях, если при эксплуатации были нарушены режимы применения аппаратуры, имеются механические повреждения или признаки воздействия на входы/выходы напряжений, превышающих допустимые значения, ремонт ячеек выполняется за счет потребителя.

3 ТРАНСПОРТИРОВАНИЕ И ХРАНЕНИЕ

3.1 Транспортирование и хранение аппаратуры должно осуществляться в упаковке предприятия-изготовителя.

3.2 Транспортирование должно осуществляться железнодорожным или автомобильным транспортом без ограничения расстояния в условиях 5 по ГОСТ 15150-69, но при температуре не ниже минус 40°С. При необходимости транспортирования морским или авиационным транспортом вид транспорта оговаривается особо.

3.3 Хранение аппаратуры должно осуществляться в условиях 2 по ГОСТ 15150-69 в течение 10 лет с переконсервацией периодичностью 3 года.

Приложение А

(обязательное)

Специальная методика для занесения

технологического программного обеспечения в БУ–193

Для занесения технологического программного обеспечения в шкаф МСУД–Н необходимо:

1 Установить на контроллере М167–1 платы БМК–036:

– переключатель J8А в положение 2-3;

– переключатель J8В в положение 2-3;

– переключатель J6 в положение 2-3.

2 Переписать, если необходимо, код управляющей программы в рабочую директорию полноэкранного отладчика SFD7.

3 Подключить с помощью стандартного кабеля соединения интерфейсов РС-компьютеров разъем, расположенный на передней панели платы БМК–036 блока БУ–193, к последовательному порту RS232 PC-совместимого компьютера.

4 Установить перемычку J2 на контроллере М167–1.

5 Подать напряжение питания на блок БУ–193.

6 На компьютере запустить программу отладчика «SFD7.exe».

7 Нажать клавишу «F10» Confg.

8 Выбрать режим «start system Registers».

9 Установить системные регистры отладчика для работы с FLASH памятью контроллера (см. книгу «Контроллер М167-1. Руководство пользователя»).

10 Нажать клавишу «Enter».

11 Записать текущую конфигурацию контроллера (выбрать режим «save configuration»).

12 Войти в основное окно отладчика, нажав клавишу «Esc».

13 Выйти из отладчика.

14 Снять напряжение питания. Через 1 сек. снова подать напряжение питания на блок БУ–193.

15 Запустить программу отладчика «SFD7.exe».

16 Очистить FLASH, одновременно нажав клавиши «Alt» и «F6».

17 Одновременным нажатием клавиш «Alt» и «F7» войти в окно загрузки кода управляющей программы во FLASH память.

18 В поле «Name» набрать имя файла, содержащего код записываемой программы.

19 Запустить процесс программирования FLASH памяти, нажав клавишу «Enter».

20 После окончания программирования выйти из отладчика.

21 Снять напряжение питания с блока БУ–193.

22 Снять перемычку J2 на контроллере М167–1.

Примечание - Более подробное описание полноэкранного профессионального отладчика для контроллера SIEMENS SAB 80C167/83C167 приведено в файле «SFDR7.Doc».

Приложение Б

(обязательное)

Перечень характерных неисправностей и методов их устранения

Наименование неисправности. Внешнее проявление и дополнительные признаки	Вероятная причина	Метод устранения
1 Не включается блок БУ-193 при нормальной температуре.	Неисправны элементы блока БФ-046	Заменить неисправный блок на блок из состава ЗИП
1.1 Ни один индикатор на блоке не светится. На экран блока индикации выводится сообщение «Нет связи с МСУД - Н»	Неисправны элементы датчика температуры в блоке БМК-036	Заменить неисправный блок на блок из состава ЗИП
2 После включения МСУД-Н на экран индикации БИ не выводится графическое изображение кадра контроля МСУД-Н. Экран светится однородным цветом.	Неисправен блок БИ	Заменить неисправный блок
2.1 После включения МСУД-Н на экран индикации БИ не выводится графическое изображение кадра контроля МСУД-Н. Экран остается темным. Оранжевый светодиод редко мигает	Температура в кабине электровоза ниже минус 20°С.	Включить подогрев кабины электровоза
3 Не запускается программа управления электровозом. На экран блока БИ выводится сообщение «Нет связи с МПК». Индикаторы POWER и WDT на блоке БМК-036 МПК светятся	Неисправен блок БМК-036 соответствующего МПК	Заменить неисправный блок на блок из состава ЗИП
3.1 На экран блока БИ выводится сообщение «Нет связи с МПК». Индикаторы POWER и WDT блока БМК-036 МПК не светятся или светятся в “полнакала”	Неисправен блок БП-988 соответствующего МПК	Заменить неисправный блок на блок из состава ЗИП
4 Не запускается программа контроля и диагностики электровоза. На экран блока БИ выводится сообщение «Нет связи с ЦМК». Индикаторы POWER и WDTблока БМК-036 ЦМК светятся	Неисправен блок БМК-036 ЦМК	Заменить неисправный блок на блок из состава ЗИП
4.1 На экран блока БИ выводится сообщение «Нет связи с ЦМК», и индикаторы POWER и WDT блока БМК-036 ЦМК не светятся или светятся в “полнакала”	Неисправен блок БП-047	Заменить неисправный блок на блок из состава ЗИП
5 Нет токов в тяговых двигателях. Сообщения о состоянии оборудования электровоза и положении органов управления электровозом, выводимые на экран блока БИ, не соответствуют действительности и не изменяются при изменении положения органов управления	Неисправен блок БВС-991	Заменить неисправный блок на блок из состава ЗИП
6 Нет токов в тяговых двигателях. Индикаторы на блоке БВУ-997 не светятся	Неисправен блок БП-988	Заменить неисправный блок на блок из состава ЗИП
7 Нет регулирования токов. При вращении штурвала КМ в режиме «Тяга-ручное» нет изменения зоны ВИП в графическом изображении на экране блока БИ	Неисправен блок БАЦП-037	Заменить неисправный блок на блок из состава ЗИП
Примечания. 1 При обнаружении неисправности на маршруте необходимо выключить неисправный комплект МПК и включить резервный. 2 Замена неисправных блоков на блоки из состава ЗИП производится на ПТО. 3 Ремонт неисправных блоков производится с помощью стенда для проверки и ремонта МСУД-Н.

ЛИСТ РЕГИСТРАЦИИ ИЗМЕНЕНИЙ

№

Изм.

Номера листов (страниц)

Всего

листов, (страниц) в документе

№ документа

Входящий номер сопроводительного документа и дата

Подпись

Дата

измененных

замененных

новых

аннулированных

//////////////////////////////