丁 倩 王曉靜 米 恒 徐萬俊
(陜西長嶺特種設備股份有限公司,陜西 寶雞 721006)
轉轍機是重要的信號基礎設備,對于保障行車安全,提高運輸效率,減輕行車人員的勞動強度具有非常重要的作用。目前,市面上的轉轍機種類有很多,可按動作能源和傳動方式、供電電源種類、動作速度以及閉鎖方式等進行分類,按供電電源種類分又分為直流轉轍機和交流轉轍機。直流轉轍機限時保護主要用來解決直流轉轍機的保護問題,當?shù)啦磉M入轉換狀態(tài)時開始計時,到達設定的時間停止計時,限時時間達到設定時間時,道岔控制繼電器應落下。當發(fā)生故障道岔長時間不能轉換到位,保護機構會切斷道岔轉換回路,到達保護直流轉轍機直流電機不會被燒毀的目的。
直流轉轍機限時保護報警系統(tǒng)應用在直流轉轍機道岔控制電路中,直流轉轍機限時報警系統(tǒng)由直流轉轍機限時報警總機(以下簡稱總機)和直流轉轍機限時報警分機(以下簡稱分機)兩部分構成。在道岔工作過程中,當轉轍機受影響不能轉換到位時,保護器會在限定時間內切斷轉轍機動作電源,同時,通過報警端子輸出報警信號至分機進行匯總,然后上傳給總機進行處理,一般分機可以同時支持處理8 路保護報警信息。
直流轉轍機限時保護報警系統(tǒng)具備以下功能:
1.1 室外的監(jiān)測分機與室內的監(jiān)測總機能夠進行實時通信,總機顯示分機的狀態(tài)。
1.2 報警總機連接微機監(jiān)測系統(tǒng),從而實現(xiàn)兩者間通信。
1.3 可存儲報警信息,并提供報警信息查詢功能。
1.4 具有人機界面,通過該界面對系統(tǒng)進行配置。
1.5 報警信息可通過人機界面進行顯示。
直流轉轍機限時保護報警系統(tǒng)由兩部分組成:分別為位于室外的監(jiān)測分機和位于室內的監(jiān)測總機。監(jiān)測分機由電源部分、單片機控制部分和通信部分組成,電源部分為單片機和通信電路提供合適、穩(wěn)定的工作電源,通信部分則分為兩個方面通信,分別是:第一方面防護器與分機的通信,主要是通過光耦合器將防護器狀態(tài)信息傳給單片機;第二方面是分機將狀態(tài)信息通過通信總線發(fā)送給總機。一個監(jiān)測分機可監(jiān)測8 路防護器的工作狀態(tài),主要功能是監(jiān)測防護器的工作狀態(tài),并把防護器的狀態(tài)信息發(fā)送給主機。分機整個電路所使用的元器件均集中安裝到分機結構殼體中,對外預留直流24V 電源接口、8 路防護器接口及通信接口。
監(jiān)測總機有2 路檢測通道,每路檢測通道最多設置100 個監(jiān)測分機的尋址地址,2 路通道共計連接200 個監(jiān)測分機,每一個監(jiān)測分機監(jiān)測8 路防護器的工作狀態(tài).總機能夠顯示每個檢測分機的故障狀態(tài),實現(xiàn)實時定位報警。主機整個電路所使用的元器件均集中安裝到主機結構殼體中,對外預留220V 電源接口和通信接口。
2.1.1 分機硬件設計
2.4.3 浸出物檢測 采用熱浸法測定,直接粉碎得到的枸杞子粉末與經上述3種預處理方法得到的枸杞子粉末,其浸出物量分別為75.4%、75.6%、72.6%、72.5%,均未少于55.0%。
a.電源電路
電源電路如圖1 所示,電源可直接利用防護器的直流電源,輸入端KZ 和KF 則為從防護器獲得的直流24V電壓。分機系統(tǒng)需要5V 和3.3.V 電源電壓,直接利用輸入電源經過降壓后取得。設計中電源電壓經過防雷電路和濾波電路后輸入到LM2576-12 穩(wěn)壓器輸出12V 電壓,經過濾波進而通過LM7805 轉換成5V 電壓。單片機供電電源3.3V 通過簡單的轉換芯片即可完成。
圖1 電源電路
b.MCU 電路
單片機硬件電路如圖 2 所示,MCU 采用STM32F103RBT6 是由法意半導體公司(ST)開發(fā)的以ARM Cortex-M 為內核的32 位嵌入式微控制器,具有運算速度快、體積小、功耗低、豐富外圍接口等優(yōu)點。最高工作頻率72MHz,128KbFlash 程序存儲器,提供功能強大的庫函數(shù),編程簡單。單片機最小系統(tǒng)使用外部晶振,SWD 作為編程口,使用撥碼盤進行地址設置,通過LED0顯示系統(tǒng)的工作狀態(tài)。
圖2 單片機硬件圖
c.通信電路
通信電路采用MAX487 進行分機和總機之間的通信,MAX487 是美國MAXIM 公司生產的新型光電隔離新接口轉換器,可實現(xiàn)單端或差分信號之間的相互轉換,并可有效的防止雷擊和共地干擾。總機允許最多100個MAX487 收發(fā)器接在總線上,在最后一個連接的分機上加上120 歐姆的匹配電阻。由于MAX487 收發(fā)器工作電壓為5V,而單片機工作電壓為3.3V,因此設計中使用EL3H7 光耦隔離解決電平匹配問題。在A、B 信號線上加上了TVS 和電阻防止信號浪涌沖擊。如圖3 所示。
圖3 通信電路圖
2.1.2 總機硬件設計
a.電源電路
電源電路分為兩部分功能,第一部分將交流220V 電壓轉成直流24V 電壓,設計中采用的是金升陽LH05-10B24 型的電源模塊,該模塊具有穩(wěn)壓輸出、低紋波噪聲、輸出短路、過流過壓保護功能,并且轉換效率高達84%原理如圖4(a)所示。然后將24V 電壓經過濾波,通過 PWB4805 轉 換 成 5V 給 MCU 最 小 系 統(tǒng) 和MAX487CSA 通信電路提供工作電源電壓。原理如圖4(b)所示。
圖4
b.MCU 電路
總機的MCU 電路和分機的MCU 電路相同,根據(jù)外圍電路不同配置不同的IO 口即可,具體詳情參見2.2.1節(jié)第2 項內容。
c.通信電路
總機的通信電路和分機通信電路相同,具體詳情參見2.2.1 節(jié)第3 項內容。
d.時鐘電路
時鐘電路的原理如圖5 所示。時鐘芯片采用美國ALLAS 公司推出的DS1302,該芯片具有涓細電流充電能力,采用串行數(shù)據(jù)傳輸,可為掉電保護電源提供可編程的充電供電功能,也可實現(xiàn)關閉充電功能。電路外接普通的32.768kHz 晶振。
圖5 時鐘電路圖
e.CAN 通信電路通信電路采用CAN 的通信方式,原理如圖6 所示。電路使用的主要芯片為MCP2551, 該芯片是MACROSHIP 生產一款高速CAN 收發(fā)器,具有容錯功能,可作為CAN 協(xié)議控制器和物理總線接口,可為CAN協(xié)議控制器提供差分收發(fā)能力。它的工作效率高達1Mb/s,可連接節(jié)點高達112 個。
圖6 CAN 通信電路圖
2.2.1 檢測分機程序設計
直流轉轍機限時保護報警系統(tǒng)采用主機輪詢的方式進行通信,即主機向分機發(fā)送請求發(fā)送狀態(tài)命令,當分機匹配到自己的地址后向主機發(fā)送狀態(tài)消息,如果沒有匹配到自身的地址,則處于等待狀態(tài)。檢測分機程序流程圖如圖7 所示。
圖7 檢測分機程序流程圖
2.2.2 檢測總機
顯示程序用來顯示監(jiān)測分機監(jiān)測的保護器工作狀態(tài)。顯示界面主要有故障記錄,分機狀態(tài),時間設置,分機設置。分機設置界面可以設置連接了的分機,主機會給這些分機發(fā)送請求命令。分機狀態(tài)用來顯示分機狀態(tài),分機狀態(tài)共有三種,當分機工作正常時,在對應的分機框中顯示“√”,對應的主界面右下角顯示“系統(tǒng)正?!弊謽?;當分機發(fā)生故障時,在對應的分機框中顯示“×”,對應的主界面右下角顯示“分機故障”字樣;當分機未連接時,會默認顯示“-”。顯示程序流程圖如圖8 所示。
圖8 顯示程序流程圖
2.2.3 通信
通訊程序用于支持直流轉轍機限時保護報警系統(tǒng)監(jiān)測主機與室外監(jiān)測分機的通信。為了避免多臺分機同時報警造成總線上數(shù)據(jù)沖突,故采用輪詢方式進行通信,確保不會總線同時被占用導致通信線上的數(shù)據(jù)沖突。
通信協(xié)議的原理如下:分機在平時保持監(jiān)聽狀態(tài),當接收到報警線上總機發(fā)送的請求發(fā)送狀態(tài)信息時,將接收到的信息解碼得到地址碼。分機識別到與自身地址碼相同時,分機發(fā)送自身狀態(tài)信息,否則不會發(fā)送,處于監(jiān)聽狀態(tài),避免了總線上數(shù)據(jù)沖突。通信軟件流程圖如圖9所示。
圖9 通信軟件流程圖
本文提供了一種直流轉轍機限時保護報警系統(tǒng)的設計方法。實現(xiàn)了分機與總機實時通信、顯示分機狀態(tài)、可查詢報警信息、可通過人機界面系統(tǒng)配置以及可同通過人機界面對報警信息的顯示功能。實用性強,便于推廣使用。