Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние проблемы автоматизации учета и контроля расхода дизельного топлива 9
1.1 Автоматизированная система управления локомотивным хозяйством на железнодорожном транспорте 9
1.2 Постановка задачи автоматизации технологического процесса контроля и учета дизельного топлива на подвижном составе 21
1.3 Анализ объектов автоматизации 25
1.3.1 Технические требования к радиоэлектронной железнодорожной аппаратуре 25
1.3.2 Анализ конструкций топливных баков тепловозов 26
1.3.3 Характеристики топлива для тепловозных дизелей 30
1.4. Эффективность автоматизированной системы учета и контроля дизельного топлива 36
1.5. Выводы по главе 1 41
2. Измерительные средства автоматизированной системы учета и контроля дизельного топлива 43
2.1 Методика измерения количества топлива 43
2.2 Модель расчета погрешности измерения массы дизельного топлива 53
2.3 Измерители уровня 59
2.3.1 Гидростатические измерители 59
2.3.2 Измерители уровня по времени прохождения сигнала 66
2.3.3 Поплавковые измерители уровня 76
2.3.4 Емкостные измерители уровня 80 2.4. Выводы по главе 2 83
3. Принципы технической реализации автоматизированной системы учета и контроля дизельного топлива 86
3.1. Методы повышения точности измерения уровня в баках тепловозов 86
3.1.1 Методы повышения точности измерения, основанные на уменьшении шага установки магниточувствиельных элементов 86
3.1.2. Методы повышения точности измерения, основанные на кодировании информации о количестве топлива 91
3.1.3. Алгоритмические методы повышения точности измерения 97
3.2. Измерители температуры, угла наклона и плотности 103 3.2.1 Измерители температуры 103
3.2.2. Измерители угла наклона и плотности 107
3.3. Принципы аппаратной реализации автоматизированной системы учета и контроля дизельного топлива 110
3.3.1. Устройство и принцип работы контроллера датчиков 112
3.3.2. Устройство и принцип работы блока центрального контроллера 114
3.3.3. Устройство и принцип работы блока синхронизации и переноса данных 115
3.4. Выводы по главе 3 117
4. Информационное и математическое обеспечение автоматизированной системы 119
4.1. Алгоритмическое обеспечение блока измерения и обработки 119
4.1.1. Алгоритмическое обеспечение блока центрального контроллера 119
4.1.2. Алгоритмическое обеспечение контроллера датчиков 128
4.2. Структура базы данных автоматизированной системы 136
4.3. Прикладное программное обеспечение автоматизированной системы 145
4.4. Выводы по главе 4 152
Заключение 153
Список литературы 15 5
- Автоматизированная система управления локомотивным хозяйством на железнодорожном транспорте
- Модель расчета погрешности измерения массы дизельного топлива
- Методы повышения точности измерения, основанные на уменьшении шага установки магниточувствиельных элементов
- Алгоритмическое обеспечение блока центрального контроллера
Введение к работе
Решение стратегической задачи экономии топливно-энергетических ресурсов на железнодорожном транспорте невозможно без автоматизации технологического процесса учета и контроля расхода топлива, так как в настоящее время затраты на топливо, электроэнергию и' другие материальные ресурсы являются одной из наиболее значительных статей расходов железнодорожной отрасли. Так в 2004 г. на топливно-энергетические ресурсы пришлось 11 %, а на материальные - 14 % всех расходов отрасли.
В [1] указывается, что одним из важнейших элементов инфраструктуры железнодорожного транспорта является локомотивное хозяйство, включающее склады топлива, пункты экипировки тепловозов, а также подвижной состав. От эффективности его работы зависит себестоимость перевозок, одним из путей снижения которой является организация контроля расхода топлива на всех объектах локомотивного хозяйства.
Эффективность учета, контроля, нормирования и анализа расхода топлива тепловозами в эксплуатации можно повысить за счет применения современных средств измерения расхода топлива и параметров работы локомотива, автоматизации процессов измерения и регистрации, новых алгоритмов обработки данных в условиях локомотивного депо.
Для решения топливно-энергетической проблемы на базах нефтепродуктов, пунктах экипировки тепловозов дизельным топливом и маслом используется автоматизированная система измерений и учета нефтепродуктов «Ольха 500». Она обеспечивает выдачу дозы нефтепродуктов по команде оператора, обработку информации, полученной от входного блока и преобразователя расхода, управление вентилями входных блоков, а также запись, хранение, выбор и распечатку требуемой информации [29].
Однако на подвижном составе процесс учета и контроля расхода топлива в настоящее время не автоматизирован. Контроль количества топлива в баке тепловоза проводится машинистом визуально либо по мерному стеклу, имеющему шкалу с ценой деления, равной 250 л, либо по
градуированным мерным рейкам с ценой деления 50 дм . Расход топлива
рассчитывается машинистом по объемному расходу и заданной плотности топлива, принимаемой постоянной в течение определенного промежутка времени. Все это приводит к значительным погрешностям при определении количества топлива в баке тепловозов, невозможности выполнения анализа расхода топлива с учетом фактически выполненной работы, к искусственному завышению нормативов расхода топлива локомотивами, что открывает возможность для его использования не по назначению.
В настоящее время специалистами ВНИИЖТ разработана и проходит испытания автоматизированная система учета, контроля и анализа расхода топлива маневровыми тепловозами [2], которая обладает рядом существенных недостатков.
Поэтому большую актуальность приобретает разработка универсальной автоматизированной системы учета дизельного топлива на подвижном составе.
Целью работы является разработка методов автоматизации учета и контроля дизельного топлива на тепловозах.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
С помощью единого метода и аналитических средств провести выбор критериев оценки технологической и экономической эффективности автоматизированных систем учета и контроля дизельного топлива в баках тепловозов, которые позволят провести рациональный выбор измерительных средств.
Разработать и формализовать модель технологического процесса автоматического измерения количества топлива на подвижном составе и оценить технологическую эффективность автоматизированной системы по критериям безошибочности, трудоемкости и затрат времени.
3. Провести предельные оценки разрешающей способности
измерительных зондов с целью выявления способов повышения точности
измерения количества топлива в баках тепловозов.
Проработать техническую реализацию автоматизированной системы учета и контроля дизельного топлива на тепловозах.
Создать информационное и математическое обеспечение автоматизированной системы, с использованием предложенных методов, формализации и моделей.
Проведенные в диссертации исследования базируются на использовании методов исследования человеко-машинных систем, теории вероятности и теории информации.
Основные результаты работы состоят в следующем:
Сформулирована и решена задача повышения эффективности учета и контроля расхода дизельного топлива на подвижном составе на основе методов автоматизации технологических процессов. .
Разработана и исследована модель технологического процесса измерения количества топлива, позволяющая оценить технологическую эффективность автоматизированной системы по критериям безошибочности, трудоемкости и затрат времени.
Разработана адаптированная модель погрешности измерения объемно-массовым статическим методом измерения количества топлива в баках тепловозов.
4. Обобщены и сформулированы общие технологические требования
к измерительным средствам автоматизированной системы учета и
контроля дизельного топлива на подвижном составе.
На основе анализа методов повышения точности измерения магнитопогружных зондов предложен новый способ их реализации, позволяющий на практике существенно уменьшить погрешность измерения.
Разработано алгоритмическое и математическое обеспечение измерительного блока автоматизированной системы.
Результаты диссертационной работы нашли применение при разработке автоматизированной системы учета и контроля дизельного топлива, опытная эксплуатация которой проводилась на Юго-Восточной железной дороге и в ОАО "Воронежский промышленный железнодорожный транспорт".
В первой главе обоснована необходимость использования автоматизированной системы учета и контроля расхода дизельного топлива в автоматизированной системе управления локомотивным хозяйством (АСУТ). Проведен анализ характеристик дизельного топлива и получены их аналитические зависимости от температуры. Предложена система критериев для оценки эффективности автоматизированной системы.
Вторая глава посвящена разработке моделей технологического процесса измерения расхода дизельного топлива и их анализа с помощью аппарата функциональных сетей. Разработана адаптированная модель погрешности измерения количества топлива. Рассмотрены современные измерители уровня и показано, что поплавковые измерители наиболее полно удовлетворяют требованиям, предъявляемым к измерительным средствам, предназначенным для эксплуатации на подвижном составе.
В третьей главе рассмотрены методы повышения точности магнитопогружных зондов измерителей уровня и предложен новый способ уменьшения погрешности измерения. Рассмотрены принципы технической реализации измерительного блока автоматизированной системы.
Четвертая глава посвящена разработке алгоритмического и программного обеспечения автоматизированной системы.
Автоматизированная система управления локомотивным хозяйством на железнодорожном транспорте
Локомотивное хозяйство является одним из важнейших элементов инфраструктуры железнодорожного транспорта, от эффективности организации работы которого в значительной степени зависит качество и себестоимость перевозочного процесса.
К объектам инфраструктуры локомотивного хозяйства относятся: основные депо, оборотные депо, пункты технического обслуживания локомотивов, пункты экипировки, склады топлива, смазки и песка, пункты смены локомотивных бригад, базы запаса ОАО "РЖД", а также собственно тяговый подвижной состав. Структура управления локомотивным хозяйством представлена на рис. 1.1.
Локомотивное хозяйство характеризуется автономностью входящих в нее различных по значению хозяйственных подсистем и организационных звеньев, многоуровневой информационной связью и необходимостью жесткого и централизованного управления.
Исходя из необходимости мобильности и обоснованности управленческих решений, в качестве бумажной информационной технологии в структуре локомотивного хозяйства сложилась апробированная на практике система учета, основным документом которой является технический паспорт основного и оборотного депо с приписным парком формы ТУ-50 (оборотные депо, не имеющие приписного парка, имеют паспорт формы ТУ- 51), а таюке система документирования на базе учетных и отчетных форм по различным направлениям деятельности хозяйства.
Современный этап развития средств информатизации позволяет качественно изменить сложившуюся информационную систему локомотивного хозяйства, внедрив АСУТ. АСУТ позволит обеспечить переход на безбумажную технологию работы, автоматическое формирование отчетных форм, выявление и устранение причин, приводящих к некачественному проведению ремонта или неправильной эксплуатации подвижного состава и использованию локомотивных бригад, а также автоматизированный анализ, и контроль принимаемых решений.
В состав АСУТ входят следующие подсистемы: автоматизированные системы технического диагностирования, внедрение которых позволяет повысить надежность локомотивов, уменьшить число браков, снизить затраты на обслуживание тягового подвижного состава, повысить безопасность движения; автоматизированные системы управления расходом электроэнергии и топлива на тягу поездов (в настоящее время автоматизация осуществляется за счет внедрения систем автоведения САВПЭ, САУТ); автоматические системы расшифровки информации с бортовых устройств безопасности. АСУТ представляет собой единую корпоративную информационно-управляющую систему, состоящую из локальных информационных сетей предприятий локомотивного хозяйства, функционирующую в рамках корпоративной информационной вычислительной сети. Она имеет четыре уровня управления: уровень локомотивных депо, уровень службы локомотивного хозяйства дорог, уровень региона управления и уровень Департамента локомотивного хозяйства. АСУТ предполагает в первую очередь внедрение на предприятиях локомотивного хозяйства всех уровней единой компьютерной информационно-управляющей системы. К чисто информационным функциям АСУТ одновременно будут добавляться функции управления. Наиболее важным элементом управления инфраструктурой локомотивного хозяйства является локомотивное депо (ТЧ). Главная задача депо — своевременная выдача локомотивов под поезд. От устойчивой работы локомотивного депо в значительной степени зависит устойчивая работа дороги в целом. Структурная схема информационных потоков в локомотивном депо приведена на рис. 1.2. Результаты работы локомотивного депо, локомотивов и локомотивных бригад фиксируются в маршрутных листах машинистов, представляющих собой комплексный информационный документ, по которому учитывается работа локомотивов, расход топлива и электроэнергии на тягу, рабочее время локомотивных бригад и начисляется заработная плата. Вопросу автоматизации технологии работы локомотивного хозяйства посвящено ряд исследований [1, 2, 3, 9, 10, 16, 32, 34, 38, 39, 47, 48, 49, 53]. В них авторы акцентировали внимание на теоретических основах создания информационно-управляющих комплексов в системе управления локомотивным хозяйством, в частности в работе [1] показана роль автома-тизированнои системы управления локомотивным хозяйством (АСУТ) в АСУ железнодорожным транспортом, приведено описание действующих подсистем АСУТ и автоматизированных рабочих мест (АРМ), рассмотрены перспективы развития АСУТ. Большое внимание уделяется автоматизации обработки маршрута машиниста (ММ), что подтверждается внедрением на ряде дорог собственных разработок систем интегрированной обработки ММ (ИОММ) [9]. Однако в настоящее время требует решения вопрос перехода от ИОММ на вычисляемую форму ММ (ВММ), которая позволит практически полностью избавиться от бумажного ММ. Обработка ММ - одна из наиболее важных и трудоемких функций депо. База данных, создаваемая в результате обработки ММ, является основным источником информации о работе депо. Автоматизация обработки ММ позволит обеспечить эффективное управление тяговыми ресурсами и вагонным парком дороги, повысить оперативность и достоверность отчетной информации, автоматизировать процесс управления. При автоматизации процесса обработки маршрута машиниста должна быть предусмотрена обработка всех типов ММ, которые можно разбить на четыре группы: грузовые, пассажирские, пригородные (электропоезда) и маневровые (маневровые тепловозы).
Модель расчета погрешности измерения массы дизельного топлива
Фирма Pepperl + Fuchs [25] предлагает измерительные приборы серии LGC (рис.2.7), представляющие собой зонд с установленным на нем датчиком перепада давления, который погружается в жидкость. Датчик располагается у дна резервуара, где давление действует на его диафрагму, вызывая ее перемещение максимум на 0,005 мм. Влияние атмосферного давления, действующего на поверхность жидкости, устраняется посредством его приложения к задней стороне керамической диафрагмы. Изменения емкости, вызванные перемещением диафрагмы под действием давления, электронная часть измерительного прибора преобразует в сигналы, пропорциональные текущим значениям давления, которое связано линейной зависимостью с величиной уровня измеряемой среды. Пена, отложения, изменения электрических свойств жидкости и форма резервуара не оказывают влияния на результат измерения.
Измерители LHC серии Вагсоп позволяют определить уровень жидкостей или взвесей по давлению, оказываемому ими на металлический или керамический мембранный измерительный преобразователь, который является основным элементом измерителя. Для данных устройств могут быть реализованы различные способы электрических подключений, в том числе на основе сетевых протоколов HART и PROFIBUS-PA.
Акционерное общество "Центрприбор" [44] впервые в России разработало и организовало производство измерительных преобразователей давления "Кварц-ДИ" на базе кварцевых пьезорезонансных чувствительных элементов, представляющих собой мембранную коробку из кварца, спаянную легкоплавким стеклом, на одной из мембран которой предусмотрен резонатор. Измеряемое давление через разделительную мембрану и жидкость вызывает деформацию мембранной коробки и соответствующее изменение резонансной частоты резонатора. Это изменение частоты преобразуется в электронном блоке в токовый или частотный выходной сигнал.
Измерительные преобразователи предназначены для измерения параметров жидких и газоразрядных сред, не агрессивных к материалам корпуса (сталь 12Х18Н10Т) и разделительной мембраны (сплав 36ХНТЮ). НИИтеплоприбор и МПО "Манометр" [31] разработали и освоили выпуск измерительных преобразователей "Сапфир 22М-ДИ" на базе тен-зочувствительных элементов, представляющих собой монокристаллическую сапфировую пластину с тонкопленочными кремниевыми тензорези-сторами. Тензочувствительный элемент соединяется с плоской поверхностью металлической мембраны. Мембрана испытывает деформацию под воздействием внешней нагрузки. Деформация, пропорциональная значению измеряемого параметра, вызывает изменение сопротивлений кремниевых тензорезисторов, образующих замкнутый тензочувствительный мост. С помощью электронного устройства это изменение сопротивлений преобразуется в стандартный выходной сигнал постоянного тока. Измерительные преобразователи предназначены для измерения параметров нейтральных, химически активных, кислородосодержащих, вязких, кристаллизующихся, высокотемпературных и других сред.
На тепловозе ТЭП70 [42] установлен дистанционный указатель уровня топлива в баке (рис.2.8), выведенный в дизельное помещение.
Его шкала имеет деления через каждые 100 л. Он состоит из закрытого резервуара 4 и открытой измерительной трубки 6 с линейной шкалой 5. Труба 2 соединена тройником с двумя ответвлениями 1, открытые концы которых находятся: один а - в воздушном пространстве резервуара 4, заполненного топливом, другой b - близ дна топливного бака 7. Через редукционный клапан и кран 3 в трубу 2 может быть подан сжатый воздух из тормозной магистрали тепловоза.
Согласно положениям гидростатики давление топлива у конца b трубы равно сумме атмосферного давления Ра и избыточного Ри = pgh, пропорционального высоте h уровня топлива в баке. Давление воздуха, поданного через редукционный клапан, заведомо выше давления топлива у устья трубы при максимальном уровне топлива в баке. Поэтому поданный в трубу воздух вытеснит из нее топливо, и будет выходить (стравливаться) через толщу массы топлива в баке в атмосферу. По мере ухода воздуха его давление выравнивается с давлением топлива и истечение воздуха из трубы 1 прекратится. Оставшийся воздух, замкнутый в объемах труб 1, 2 и резервуара 4, будет оказывать давление на топливо в резервуаре, вытесняя его в топливомерную трубку 6.
Так как трубка 6, как и пространство над топливом в баке, сообщается с атмосферой, то высота подъема топлива в трубке будет соответствовать высоте h топлива в баке. Это позволяет градуировать шкалу 5 непосредственно в единицах объема. По мере расхода топлива его уровень понижается, соответственно понизится и давление в устье трубы 1 (у ее конца Ь) и избыток воздуха «стравится» через топливо в атмосферу до выравнивания давлений. Таким образом, будет обеспечиваться непрерывное изменение показаний топливомера по мере расхода топлива.
Точность показаний топливомера зависит как от уровня топлива в резервуаре 4 прибора, так и от температуры топлива. Так как топливомер находится в дизельном помещении, возможна разница между температурами топлива в резервуаре 4 и в топливном баке. Если топливо в баке значительно холоднее, чем в резервуаре 4, то вследствие большей плотности топлива в баке топливомер будет показывать завышенный уровень топлива.
Методы повышения точности измерения, основанные на уменьшении шага установки магниточувствиельных элементов
Как было показано выше основным недостатком измерителей количества топлива в баках тепловозов, построенных на основе магнитных погружных зондов, является низкая точность измерения, равная шагу установки магниточувствительных элементов. Можно предложить следующие способы повышения точности измерения: 1. Уменьшение шага установки магниточувствительных элементов; 2. Кодирование информации о количестве топлива. 3. Алгоритмические методы. В настоящее время в технике широко используются следующие типы магниточувствительных элементов: магнитоуправляемые герметизированные контакты (герконы); магниторезисторы; магнитодиоды и магнитотран-зисторы [17]; полупроводниковые приборы, использующие эффект Холла;
В измерительных погружных зондах серии LMC [12] реализована так называемая линейная схема измерения (рис. 3.1). В ней герконы, при воздействии на них магнитного поля, замыкают соответствующий резистор, тем самым, изменяя общее сопротивление измерительной цепи. Основным достоинством линейной схемы измерения является минимальное количество проводников, необходимых для подключения ее к блоку обработки. В настоящее время промышленностью выпускаются два типа миниатюрных герконов: МКА-07101 и МКА-10109, у которых длина стеклянного корпуса равна 7 мм и 10 мм, соответственно. Таким образом, минимальный шаг установки герконов не может быть меньше 5...8 мм.
Магниторезисторы широко используются в качестве датчиков углового положения, скорости вращения, продольного перемещения, линейного положения и т.п. Фирма "INFINEON TECHNOLOGIES" выпускает два типа магниторезисторов [63] на основе InSb и GMR резисторов, которые представляют собой многослойные структуры из магнитных и немагнитных материалов. Причем сопротивление GMR резисторов чувствительно только к направлению магнитного поля. Аналогичные типы магниторезисторов выпускают и ряд других фирм [64]. Магниторезисторы поставляются в пластмассовых корпусах, имеющих габаритные размеры 10 х 10 мм или диаметр 6,1 мм, а также в корпусах типа SOH (габаритные размеры 3,2x2,3x0,7 мм), SOT-143 (3,0x1,4x1,1 мм) и MW-6 (2,9x1,3x1,1 мм). Использование последних трех типов магниторезисторов в качестве чувствительных элементов зонда позволяет получить шаг установки около 3 мм. Это, по крайней мере, в два раза лучше, чем при использовании герконов.
Однако нелинейная зависимость их сопротивления от магнитной индукции не позволяет использовать их в линейной схеме измерения. Кроме этого практически невозможно подобрать более 300 магниторезисторов, у которых сопротивления изменялись точно в соответствии с арифметической прогрессией. Таким образом, магниторезисторы можно использовать в качестве чувствительных элементов измерительного зонда только в том случае, если имеется доступ к каждому резистору. Отсюда следует, что количество выводов измерительного зонда будет равно числу магниторезисторов. При длине зонда 910 мм (высота топливного бака подавляющего числа отечественных тепловозов) и шаге установки 3 мм необходимо более 300 выводов. Последнее, даже при существующем уровне производства многослойных печатных плат, осуществить весьма затруднительно.
С точки зрения габаритных размеров, использование магнитодиодов является весьма эффективным. Так магнитодиоды КД301 [17] имеют габаритные размеры корпуса всего 2,0x2,0x1,1 мм. Поэтому минимальный шаг их установки в зонде определяется разрешающей способностью магнитного поля. Оценки показывают, что с помощью постоянных магнитов при диаметре зонда 8... 12 мм можно сконцентрировать магнитное поле заданной напряженности в зазоре 1...2 мм. При воздействии на магнитодиод магнитного поля увеличивается прямое падения напряжения на нем. Поэтому для определения места расположения магнитодиода в зонде, необходимо проводить измерение напряжения на всех диодах. Это приводит к тому, что количество проводников, соединяющих зонд с измерителем, также как и в случае использования магниторезисторов, является недопус- тимо большим. Так при длине зонда всего 910 мм и шаге установки 2 мм потребуется 455 проводников.
В магнитотранзисторах воздействие магнитного поля на них приводит к перераспределению тока между двумя его коллекторами. Следовательно, также как и в случае использования магнитодиодов, необходимо контролировать токи коллекторов всех транзисторов. Это приводит к тому, что количество проводников в таком измерителе будет еще больше, чем в измерителе, построенном на основе магнитодиодов. Именно по этой причине нет информации об использовании магнитодиодов и магнитотранзи-сторов в измерительных системах подобного типа.
Преобразователи Холла, вырабатывающие э. д. с. Холла под воздействием магнитного поля, имеют четыре контакта. Поэтому их применение в качестве датчиков измерительной системы будет еще более проблематичным, чем магнитодиодов или магнитотранзисторов. Однако ряд фирм выпускают цифровые микросхемы, в которых сигнал с преобразователя Холла усиливается и преобразуется в выходной цифровой сигнал. Эти схемы имеют всего три вывода, причем два из них - выводы питания. Последнее позволяет отказаться от линейной схемы построения измерительного зонда, и перейти к двух координатной схеме [22] (рис. 3.2). Они сгруппированы в блоки по п штук, а по линиям т последовательно во времени подается напряжение питания на каждый блок. В этом случае, задача определения минимального количества проводников, необходимых для опроса схемы, может быть сведена к классической задаче нахождения наименьшей величины полупериметра прямоугольника заданной площади [11].
Алгоритмическое обеспечение блока центрального контроллера
Контроллер датчиков работает совместно с электронной измерительной линейкой (рис. П1.1), на которой расположено 128 магниточувстви-тельных микросхем типа К1116КПЗ, и предназначен для решения следующих задач: 1. Последовательный опрос магнитосхем, расположенных на измерительной линейке, и определение номеров тех магнитосхем, на выходах которых сформирован сигнал логического 0. 2. Нормализация сигналов, поступающих с датчика плотности и преобразование их в цифровую форму. 3. Чтение данных, поступающих с датчика угла наклона. 4. Опрос датчика температуры. 5. Коррекция результатов измерения уровня в соответствии с данными, поступающими с датчика угла наклона. 6. Расчет количества топлива в баке тепловоза в соответствии с градуиро-вочной таблицей и данных, поступивших с датчиков плотности и температуры. 7. Формирование последовательного кода о количестве топлива и передача его в блок центральный контроллер (БЦК). Для решения указанных задач в состав БУ входят следующие функциональные узлы (рис. П1.2): 1. Микроконтроллер АТ89С2051 (микросхема DD\), предназначенный для преобразования информации, поступающей с измерительной линейки и датчиков и осуществляющий связь с БЦК. 2. Узел последовательного опроса измерительной линейки, выполненный на дешифраторе DDA (К1533ИДЗ) и транзисторах VT\...VT\6 (КТ501В). 3. Мультиплексор данных, построенный на ИС DD2, DD3 типа К555КП11, который позволяет проводить опрос измерительной линейки и выходы датчика угла наклона. 4. Нормализатор сигналов с датчика плотности, выполненный на операционном усилителе типа К140УД12 (DAI), и АЦГЫ 7813 (микросхема DAT), предназначенный для преобразования этих сигналов в 12-ти разрядный двоичный взвешенный код.
После подачи питания микроконтроллер начинает последовательный опрос 128 магнитосхем, которые объединены по восемь штук в шестнадцать групп, начиная с нулевой (самой нижней) микросхемы. Для этого на входы дешифратора выставляется код 0000, который формирует низкий уровень на выходе S\ дешифратора DD4. Этот сигнал открывает транзистор VT1 и на первую группу магнитосхем подается напряжение питания. Остальные группы в этот момент обесточены и не влияют на информационную шину LI0...LI7. Информационные сигналы с шины LI0...LI7 через мультиплексор поступают на порт Р\ микроконтроллера и проверяются на наличие в них логических 0. Если таковые отсутствуют в считанном байте, то аналогично производится опрос следующей группы магнитосхем, до тех пор, пока не будут найдены сигналы низкого уровня в считанных байтах. Номер группы и номер разряда в байте информации являются адресом магнитосхемы (магнитосхем), напротив которой находится постоянный магнит. Если же во всех считанных байтах отсутствуют логические единицы, то формируется сигнал ошибки, и на индикатор выводятся нули.
В процессе работы дизеля наблюдается вибрация, которая передается поплавку, свободно плавающему на поверхности жидкости. Максимальное же время цикла измерения не превышает значения 125 мкс. Все это приводит к тому, что два соседних по времени измерения могут отличаться на минимальный шаг измерения. С целью исключения этого эффекта в микропрограмме предусмотрен цикл накопления результатов измерений с последующим их усреднением.
Перед выводом информации о количестве топлива, результат измерения корректируется в зависимости от угла наклона локомотива относительной продольной оси, температуры топлива и его плотности. Сформированный таким образом результат измерения передается через последовательный порт микроконтроллера (выход TxD ) на БЦК по двухпроводной линии связи, имеющей оптоэлектронную развязку. Так как в процессе передачи на значительное расстояние (более 6 м) информация может быть искажена, то применяется контроль правильности передачи на четность.
Для этого был выбран 3 режим работы таймера/счетчика микроконтроллера, который позволяет автоматически формировать контрольные биты.
Центральный контроллер предназначен для приема информации о количестве топлива в баке тепловоза от контроллера датчиков и вывода ее на семи сегментные индикаторы. Кроме этого на него возложена задача периодического сохранения данных о количестве топлива в энергонезависимом резидентном ОЗУ, а также управление процессом создания копии резидентной памяти во внешней и синхронизации показаний внешних и внутренних часов реального времени. В состав БЦК входят следующие функциональные узлы (рис. П1.3): 1. Микроконтроллер АТ89С51 (микросхемаDY). 2. Часы реального времени (RTC) DS12SS7 (микросхема D4). 3. Энергонезависимая память D5 типа , емкостью 32К х 8. 4. Регистр индикации, реализованный на ИС D1 типа К1533ТМ9. 5. Интерфейс связи с блоком синхронизации и переноса данных, построенный на двух приемопередатчиках типа К1533АП6 (ИС )8,9). 6. Блок питания МПЕ-15, представляющий собой DC - DC преобразователь бортового напряжения 50 В в напряжение питания + 5 В и имеющий гальваническую развязку с напряжением пробоя свыше 1500 В. В работе [18] показано, что наиболее эффективным решением для систем реального времени является использование микросхем nvRAM в качестве резидентного ОЗУ. Функционирование БЦК определяется микропрограммой, записанной во внутреннюю память микроконтроллера. При включении питания автоматически производится системный сброс и осуществляется инициализация контроллера, заключающаяся в записи констант во внутренние регистры и регистры таймеров/счетчиков, разрешении прерываний от внутренних и внешних источников, а также установки приоритетов между ними. Кроме этого, в служебные регистры часов реального времени записывается следующая информация: - в регистр А - 175;
