Sistem de comanda, control si diagnoza pentru automotoare

Sistem de comanda, control si diagnoza pentru automotoare

INTRODUCERE

Sistemul de comanda multipla si diagnoza, denumit in continuare SCMDA,

este destinat inlocuirii actualului sistem de comanda si diagnoza de pe

automotoare printr-un sistem integrat care:

sa asigure comanda diferitelor instalatii de pe automotor

(iluminat, inversare, nisipare, etc.)

sa asigure comanda ansamblului motor diesel – cutie de viteze

sa asigure comunicatia de date intre doua pana la patru automotoare,

care ar putea fi cuplate impreuna

sa diagnosticheze diferite defecte sau stari de nefunctionare.

DESCRIEREA SISTEMULUI

Componenta

Sistemul SCMDA este alcatuit din:

Tablou electric de comanda (TEC)

Unitati de interfata cu utilizatorul (displayurile UD1 si UD2)

Plansa anexata prezinta schematic sistemul.

2.2 Arhitectura si operabilitate

Sistemul SCMDA asigura implementarea unei arhitecturi clasice de automatizare

a vehiculelor feroviare, prin introducerea busului de vehicul si a busului de tren.

Programele de comanda, control si diagnoza se regasesc in unitatile de comanda

(unitati centrale de prelucrare – CPU) ale :

modulului U2T (CPU727T)

convertorului J1939/CANopen (CPU723T)

modulului U10T (TBC702T) – nod de bus de tren

displayurilor UD1 si UD2.

2.3 Descrierea sistemului I/O (intrare/iesire) al blocurilor functionale

Vezi plansa anexata.

Semnalele discrete si analogice sunt preluate/furnizate cu ajutorul modulelor I/O,

care, datorita constructiei modulare, pot fi adaugate cu mare usurinta.

Sistemul prezinta urmatoarele facilitati I/O :

Blocul de module U1T..U5T

1 modul CPU

1 modul de intrari analogice (AIT)

1 modul de intrari digitale (DIT)

1 modul de iesiri digitale (DOT)

Blocul convertor J1939/CANopen (module U6T..U8T)

1 modul CPU

Cele opt intrari analogice ale modulului AIT permit preluarea de semnale cu

valoarea 0..10V sau 0..20mA.

Configurarea unei intrari pentru a lucra in domeniu de tensiune sau in domeniu

de curent se face cu ajutorul unor dip-switch-uri amplasate pe spatele modulului.

ATENTIE! Aceste dip-switch-uri sunt reglate deja.

Nu mai sunt necesare alte reglaje.

Orice interventie neautorizata va conduce la nefunctionarea corecta

a modulului tip AIT.

Modulul AIT va prelua urmatoarele marimi analogice din actuala instalatie electrica:

curentul de incarcare/descarcare baterie

tensiune baterie (pentru realizarea functiei de releu de tensiune minima)

pozitia controlerului de turatie din postul 1

pozitia controlerului de turatie din postul 2.

Se utilizeaza adaptoare de semnal unificat 4..20mA (pentru curent si pozitiile

controlerelor de turatie) si un divizor de tensiune – raport 1:4 (pentru tensiune baterie).

Observatii:

Intrarile digitale:

- functioneaza corespunzator in domeniul -30 . +30Vcc

(sunt protejate contra inversarii tensiunii de alimentare)

- nivelul logic 1 corespunde tensiunii de 14Vcc

Iesirile digitale:

- functioneaza corespunzator in domeniul 16,8 . 30Vcc

- sarcina maxima comutata este de 0,5A

- frecventa maxima de comutare a sarcinilor inductive este de 2Hz

- in cazul unei suprasarcini pe o iesire, toate iesirile aceluiasi modul

sunt deconectate pana la disparitia suprasarcinii.

2.4 Implementarea comunicatiei cu vitezometrul tip IVMS

Pentru a se putea prelua informatia de viteza a automotorului, necesara

in timpul executarii comenzilor de inversare a sensului de mers, dar si a

supravegherii starii inversorului in timpul deplasarii automotorului,

s-a implementat o comunicatie de date intre vitezometrul indicator/inregistrator

din postul 1 si sistemul SCMDA.

Modulul tip IVM-NET-3, amplasat in postul 1, sub masa de comanda, transmite

informatia de viteza (dar si valoarea programata a diametrului rotilor motoare)

utilizand o retea de date tip RS485 (doua linii de semnal, torsadate si ecranate,

intre care se aplica o tensiune diferentiala pentru a se evita perturbarea

datelor transmise de catre campurile magnetice produse de instalatia electrica a

automotorului, dar si de catre reteaua de contact de 27KV).

In tabloul TEC s-a instalat un convertor RS485/RS232, care adapteaza

comunicatia de date la portul RS232, existent pe modulul CPU727T.

2.5 Displayurile

In fiecare post de comanda s-a amplasat cate un display dotat cu afisaj si taste,

pentru realizarea urmatoarelor functii:

PROIECT: Stingatorul cu bioxid de carbon g1,g2,g3,g6 stas 9752-86 PROIECT: Aparatul pentru legat furtunuri - electroexhaustorul

comanda sistemului SCMDA (initializarea comunicatiei pe busul de tren

- vezi explicatiile de mai jos)

afisarea parametrilor de interes ai instalatiilor si subsistemelor

automotorului (inlocuindu-se si aparatele analogice de masura)

afisarea defectelor/avariilor, cu indicarea modului de rezolvare

setarea datei si timpului.

Acest display este construit special pentru aplicatii auto cu grad mare de socuri si vibratii

(utilaje de lucru).

Afisajul este realizat in tehnologie LCD monocroma, cu o foarte buna vizibilitate,

avand o diagonala de 5,7 toli, cu o rezolutie de 320 x 240 pixeli.

Pentru vizualizarea ecranelor de date se pot utiliza 4 tastele, dar si o rotita de control.

Date tehnice:

Tensiune de alimentare 9..60Vcc.

Temperatura de lucru -20..+65°C.

Grad de protectie IP54 (pentru fata), IP20 (pentru spate).

2.6 Nodul de bus de tren

In tabloul electric este amplasat nodul de bus de tren care, in principiu, asigura

urmatoarele functii:

determinarea automata a configuratiei trenului – procedura de initializare

(vezi mai jos)

preluarea de date de la nivelul busului de vehicul

schimbul de date cu celelalte automotoare din tren, cum ar fi:

- comenzile de cuplare/decuplare iluminat in tot trenul

- comanda turatiei tuturor motoarelor unui tren de 2 pana

la 4 automotoare), etc.

2.7 Interconectarea elementelor sistemului SCMDA

Pentru interconectarea elementelor sistemului SCMDA, pe partea de comunicatie

CAN, se utilizeaza, in principal, module de conexiune CTA.

Un modul de conexiune tip CTA asigura cuplarea unui modul de comanda tip CPU

in reteaua CAN, fiind dotat cu condensatoarele si varistoarele necesare pentru a se

asigura o protectie ridicata contra perturbatiilor electromagnetice.

De asemenea, modulul CTA asigura si conectarea modulelor sistemului SCMDA

la reteaua de 24Vcc a vagonului.

Sunt prevazute cu module de conexiune CTA:

modulul CPU727T (U2T)

modulul CPU723T (U8T) – sunt doua astfel de module CTA, pentru

ca acest modul utilizeaza doua retele CAN diferite

modulul TBC702T (nodul de bus de tren)

in fiecare post de conducere, pentru a se putea realiza derivatia liniei

de bus de tren la fiecare priza si cupla pentru comanda multipla.

Functionarea sistemului

Asa cum s-a indicat mai sus, sistemul de comanda multipla si diagnoza

este implementat in concordanta cu sistemul clasic de automatizare al unui

vehicul feroviar.

O astfel de implementare contine un bus de vehicul si un bus de tren

Suplimentar, pot sa mai apara una sau mai multe retele de date.

Nota: Bus (din engleza) inseamna retea de comunicatie de date, care transmite,

in format analogic, de obicei semnale diferentiale, cele doua nivele logice

0 si 1, utilizate in informatica.

Busul de vehicul

Este o retea fizica si informatica care asigura comunicatia de date intre

diferitele instalatii si/sau subsisteme ale unui vehicul feroviar.

In cazul automotoarelor seria 900, acest bus de vehicul este o retea CAN,

care are implementat protocolul CANopen.

Reteaua CAN a fost introdusa de catre firma BOSCH in anii 80 pentru

comanda si controlul automobilelor.

In esenta, aceasta retea consta din 2 fire ecranate si torsadate, intre care se aplica

semnale diferentiale care modeleaza starile logice 0 si 1.

Datorita sigurantei deosebite asigurata integritatii datelor in campuri

electromagnetice puternic perturbatoare,utilizarea retelelor CAN s-a raspandit

in practic toate domeniile de activitate (industriale, medicale, feroviare, etc.).

Protocolul CANopen a fost dezvoltat pentru a facilita interconectarea usoara dintre

diferite echipamente cu port de comunicatie CAN, avand diferiti producatori.

Protocolul CANopen presupune existenta unui Master de retea, adica a unui

echipament care sa initializeze si sa controleze traficul de date pe reteaua CAN.

Exista un singur Master,celelalte echipamente din retea avand rol de Slave,

adica ele pot realiza diferite comenzi, dar nu pot comunica independent cu alte

echipamente din retea.

De asemenea, fiecare echipament din retea are propria sa adresa logica,

setata software sau cu dip-switchuri.

Aceasta adresa defineste in mod unic un echipament in reteaua CANopen.

Nu este permisa existenta a doua sau mai multe echipamente cu aceeasi adresa.

In cazul automotoarelor seria 900, acest bus de vehicul interconecteaza:

- CPU727 (modul U2T), care este si Master in retea (adresa 1).

Acest modul, impreuna cu modulele de extensie U3T si U4T, preia starea

comutatoarelor/ butoanelor din posturile de conducere si de pe tabloul electric,dar

si informatii analogice (tensiune baterie , curent de incarcare sau descarcare baterie

si pozitia controlerelor de turatie ) si le prelucreaza, conform unui program memorat,

comandand iesirile modulului U5T (comanda electroventile inversor, comanda

demaror, etc.)sau transmite date catre celelalte module din retea.

- CPU723 (modul U8T), echipament Slave in retea (adresa 2) .

Acest modul asigura conversia de date dintre reteaua J1939 (vezi mai jos)

si busul de vehicul.

De asemenea, el preia informatia ca in cilindri de frana presiunea este mai mare

de 0,3bar, prin citirea starii unui presostat.

- TBC702T, nodul de bus de tren (modul U10T), echipament Slave in retea

(adresa 3).

Acest modul asigura conversia de date dintre busul de vehicul si busul de tren

(vezi mai jos).

- Displayurile UD1 si UD2 echipamente Slave in retea (adrese 4 si 5, setate software).

Reteaua lucreaza cu viteza de transmisie a datelor (baud rate) de 250Kbit/s.

Echipamentele din aceasta retea functioneaza corect daca:

- LED-urile UC, RUN la CPU723T, CPU727T si TBC702T) sunt aprinse

si au culoarea verde.

- LED-urile CAN la CPU727T, CAN1 la TBC702T si CAN2 la CPU723T

sunt aprinse si au culoarea verde.

- Displayurile UD1 si UD2 nu afiseaza mesajul “Comunicatie CAN intrerupta!”.

Dupa stabilirea alimentarii, reteaua se configureaza in circa 5s (LED-urile ating

starea prescrisa mai sus).

Daca un modul Slave nu este functional, este posibil ca procesul de configurare sa

dureze mai mult.

3.2 Busul de tren

Este o retea fizica si informatica care asigura comunicatia de date intre

diferite vehicule feroviare (locomotive, vagoane sau automotoare),

pentru comanda multipla si/sau diagnoza.

Si aceasta retea consta din 2 fire ecranate si torsadate, intre care se aplica

semnale diferentiale care modeleaza starile logice 0 si 1.

In cazul automotoarelor seria 900, acest bus de vehicul este o retea CAN,

care are implementat protocolul CANPowerline.

Protocolul CANPowerline este un protocol proprietatea SELECTRON.

Nodul de bus de tren (modulul TBC702T sau U10T) asigura conversia

datelor venite de pe busul de vehicul in date cate pot fi transmise pe busul de tren,

cu ajutorul unei aplicatii software memorata in acesta.

Caracteristica principala a nodului de bus de tren o reprezinta initializarea

trenului.

Prin procesul de initializare, atunci cand mecanicul apasa tasta START de pe

displayul din postul de conducere in care se afla, toate automotoarele, cuplate corect

prin prizele si fisele de capat, intra intr-o stare de functionare care asigura comunicatia

de date intre ele.

Vehiculul din care se initiaza acest proces devine Master retea.

El va transmite la toate celelalte automotoare din retea comenzi si va receptiona

confirmari ale acestor comenzi, diferiti parametri (turatia motorului diesel de pe un

anumit automotor, treapta de viteza a cutiei acestuia, tensiunea bateriei, etc.), dar

si informatii de avarii.

Comunicatia de date pe busul de tren se intrerupe la deselectarea postului de conducere

(cheia SELECTARE POST este adusa in 0).

La sfarsitul initializarii, pe display, se va afisa codul 3 si numarul de automotoare din

retea, care ar trebui sa corespunda cu numarul real de automotoare cuplate.

Pentru a putea lansa comenzi, mecanicul trebuie sa confirme numarul de automotoare

din tren (tasta CONFIRM).

ATENTIE! Pentru ca initializarea sa se desfasoare in conditii normale trebuie

indeplinite conditiile:

- Cuplele de comanda, de la capetele de automotor trebuie sa fie cuplate.

- Nodurile de bus de tren trebuie sa fie alimentate (intreruptor automat

. . sa fie anclansat).

- LED-urile UC si CAN1 de pe modulul TBC702T sa fie aprinse.

- LED-ul RUN/ERR sa fie aprins si sa aiba culoarea verde.

- toate cheile de comanda din celelalte posturi de conducere (inclusiv

de pe automotoarele Slave) sa fie aduse in 0.

ATENTIE!Un vehicul aflat deja in retea nu poate fi detectat.

Mesajul “Cabina oarba” indica faptul ca postul Master este orientat

catre automotorul al doilea din tren.

Mesajul “Compozitie tren invalida” indica faptul ca automotorul

este al doilea dintr-un tren de trei sau patru automotoare , sau

al treilea dintr-un tren de patru automotoare.

In astfel de cazuri, initializarea trebuie reluata din postul de conducere

corect.

ATENTIE! Confirmarea numarului de automotoare implica responsabilitatea

mecanicului.

Mecanicul poate conduce un tren cu un numar incorect confirmat de

automotoare.

Reteaua lucreaza cu viteza de transmisie a datelor (baud rate) de 125Kbit/s.

3.3 Reteaua de date J1939

In scopul realizarii controlului si preluarii de diferite date, unitatile de comanda

ale motorului diesel si cutiei de viteze sunt integrate intr-o retea de date tip J1939.

Reteaua J1939 este o retea CAN dedicata aplicatiilor auto care utilizeaza, de

asemenea, 2 fire ecranate si torsadate, intre care se aplica

semnale diferentiale care modeleaza starile logice 0 si 1.

Reteaua lucreaza cu viteza de transmisie a datelor (baud rate) de 250Kbit/s.

Sistemul SCMDA comunica in aceasta retea prin intermediul modulului

CPU723T (U8T), care actioneaza ca un convertor de date intre reteaua de vehicul

si reteaua J1939.

Acest modul citeste parametrii precum:

- turatie motor diesel

- treapta de viteza a cutiei

- daca motorul a pornit sau nu

- temperatura apa sistem de racire motor diesel,

- temperatura ulei ungere cutie de viteze, etc.

De asemenea, acest modul comanda oprirea motorului diesel, dar si reglarea

turatiei motorului diesel.

Aceasta retea functioneaza corect daca LED-ul CAN1 de pe CPU723T este aprins.

Intretinere

In general, toate produsele utilizate nu necesita lucrari de intretinere sau revizie.

Este necesara doar o inspectie vizuala din cand in cand.

Fiecare modul tip CPU723T , CPU727T si TBC702T este dotat cu LED-uri pentru

autodiagnoza:

La modulul tip CPU:

LED UC/BAT

Nici o semnalizare Tensiunea de alimentare <16V.

Verde Alimentare in conditii normale.

Portocaliu Alimentare in conditii normale si baterie descarcata.

Rosu Tensiunea de alimentare <16V si baterie descarcata.

LED RUN

Nici o semnalizare Program oprit si nici o eroare.

Verde clipitor Regim HOLD. (programul nu mai este executat, se

retin ultimele stari)

Verde Regim RUN (regimul normal de functionare).

Rosu Microprocesorul nu functioneaza.

Portocaliu/Rosu clipitor Regim HOLD si RESETARE.

Portocaliu Regim RUN si RESETARE.

Rosu clipitor Eroare fatala.

LED CAN

Nici o semnalizare Comunicatie CAN inactiva.

Verde clipitor S-a inregistrat un numar mare de erori.

Verde Stare normala de operare.

Rosu Comunicatia CAN nu mai este posibila.

LED ERR (nu si la TBC702T)

Rosu RESETARE.

Rosu clipitor Eroare fatala.

LED CAN PL (numai la TBC702T)

Nici o semnalizare Comunicatie CAN inactiva.

Verde clipitor S-a inregistrat un numar mare de erori.

Comunicatie partial activa.

Verde Stare normala de operare.

Modulele tip CPU 727T sunt dotate cu o baterie de Li (de capacitate 180mAh)

pentru a permite functionarea ceasului intern (real-time clock) si pentru pastrarea

datelor memorate in memoria RAM.

Bateria permite o functionare de 750 de zile, daca nu s-a alimentat niciodata modulul

respectiv.

Acest timp poate creste proportional cu timpul cat a fost alimentat modulul.

De exemplu, la o alimentare zilnica medie de 12 ore , timpul creste la 4 ani.

In orice caz insa, dupa 5 ani bateria trebuie inlocuita. Data inlocuirii este indicata pe

modul. A se vedea exemplele:

07.2010 indica luna si anul cand trebuie inlocuita bateria.

Sau:

04.2010 indica luna si anul cand trebuie inlocuita bateria.

5 Normative

Software-ul utilizat pentru dezvoltarea aplicatiei este conform cu standardul

CEI 61131-3 - Automate programabile. Partea 3.

Toate automatele programabile, cu exceptia displayurilor corespund standardului

SR EN 50155 – Aplicatii feroviare. Echipamente electronice utilizate pe materialul

rulant.

Datorita procesului de armonizare dintre standardele EN si cele ale CEI,

SR EN 50155 acopera si cerintele de testare ale CEI 60571 Echipamentul

electronic folosit pe vehiculele feroviare.

Principalele caracteristici tehnice ale automatelor programabile utilizate

(unitatile TBC702T si CPU723/727T):

Tensiunea de lucru: 24Vcc, -30%+25%

(16,8 . 45Vcc, pentru nodul de bus de tren)

Varf de tensiune: 1,4xUn, timp de 1s

Domeniul temperaturii de lucru: -25 . +70°C

Domeniul temperaturii de stocare: -40 . +85°C

Grad de protectie IP40

Socuri de forma semi-sinusoidala, cu durata de 50ms, acceleratie de varf

5g.