Разработка узла управления элементами железнодорожной индикации в составе контрольно-оповестительной системы мониторинга смещения грунта
ВВЕДЕНИЕ
Российские железные дороги осуществляют обслуживание 77 из 85 субъектов Российской Федерации. В рейтинге глобальной конкурентоспособности по перевозкам пассажиров и грузов РЖД прочно занимает высокие позиции. Но даже учитывая колоссальные объёмы перевозимого груза, а по официальным данным на 2021 год это только 3 514,6 тысячи тонн в сутки – компания достигла, как отметил председатель правления ОАО «РЖД» на заседании Совета Федерации 2020 года, мирового лидерства по безопасности перевозок.
Общая протяжённость железнодорожного полотна по РФ составляет более 85 тысяч километров и пролегает оно по самым разным, с точки зрения геодезии, районам России. В качестве примера можно рассмотреть Горьковскую железную дорогу, которая считается наиболее карстоопасной, то есть подверженной возникновению карстовых провалов в районе пролегания железнодорожных путей.
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ6
1 Литературно-патентный обзор8
1.1 Литературный обзор8
1.2 Патентный обзор10
1.3 Анализ результатов и планируемые решения17
2 ОПИСАНИЕ РАЗРАБАТЫВАЕМОГО УЗЛА УПРАВЛЕНИЯ19
3 ВЫБОР ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫ25
4 РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СХЕМЫ43
5 РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМА РАБОТЫ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ55
6 НАПИСАНИЕ ПРОГРАМЫ ДЛЯ МИКРОКОНТРОЛЛЕРОВ58
ЗАКЛЮЧЕНИЕ63
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ64
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
Обзор компании // ОАО "РЖД" URL: https://company.rzd.ru/ru/9394/page/103290?id=17220 (дата обращения: 06.04.2023).
Контрольно-оповестительные системы для карстоопасных участков железнодорожного пути // Транспортная газета "Евразия вести" URL: http://eav.ru/publ1.php?publid=2017-08a22 (дата обращения: 06.04.2023).
О компании // АО "РМГ" URL: https://гкрмг.рф/ (дата обращения: 06.04.2023).
О компании // ООО «ПетроФайбер» URL: https://petrofibre.ru/ (дата обращения: 06.04.2023).
Ethernet // Энциклопедия Lanmarket URL: https://lanmarket.ua/entsiklopediya/telekommunikatsionnye-tekhnologii/ethernet.html (дата обращения: 08.04.2023).
W5500 Datasheet Version 1.1.0 [Электронный ресурс]. - URL: http://docs.wiznet.io/img/products/w5500/W5500_ds_v110e.pdf (Дата обращения: 10.04.2023).
HR961160C Electrical Specification [Электронный ресурс]. - URL: https://static.chipdip.ru/lib/173/DOC013173678.pdf (Дата обращения: 14.04.2023).
Quartz resonator HC49S [Электронный ресурс]. - URL: https://static.chipdip.ru/lib/177/DOC006177803.pdf (Дата обращения: 14.04.2023).
LM138/LM338 5-Amp Adjustable Regulators [Электронный ресурс]. - URL: https://static.chipdip.ru/lib/173/DOC013173219.pdf (Дата обращения: 14.04.2023).
Nexperia distributor | 8-bit serial-in, serial or parallel-out shift register with output latches [Электронный ресурс]. - URL: https://static.chipdip.ru/lib/173/DOC013173219.pdf (Дата обращения: 14.04.2023).
К293КП4АТ. Микросхема интегральная. Документация [Электронный ресурс]. - URL: https://optron.proton-orel.ru/k293kp4at (Дата обращения: 14.04.2023).
SONGLE RELAY SRD [Электронный ресурс]. - URL: https://static.chipdip.ru/lib/304/DOC004304501.pdf (Дата обращения: 16.04.2023).
Ultra-low-power Arm Cortex-M3 MCU with 128 Kbytes of Flash memory, 32 MHz CPU, USB [Электронный ресурс]. - URL: https://www.st.com/resource/en/datasheet/stm32l151cb-a.pdf (Дата обращения: 16.04.2023).
65W Single Output Switching Power
Данные о необходимом состоянии элементов системы оповещения поступают с сервера на Ethernet контроллер логической платы, и далее по интерфейсу SPI на микроконтроллер STM32L151CBT6A, где после операции парсинга данных формируется пакет, в котором в битовом виде содержаться информация о необходимом состоянии каждого из элементов системы оповещения, ответственных за отдельные километры перегона. Этот пакет передаётся на силовую плату по интерфейсу SPI, поступая на сдвиговые регистры, которые управляют переключением нормально-замкнутых реле. Нормально-замкнутые реле коммутируют 24В. На выходе каждого реле параллельно панели оператора установлены оптроны, выходы которых подключены к сдвиговым регистрам с параллельным входом, данные сдвиговые регистры собирают информацию о состоянии каждой отдельной линии и на их основе микроконтроллер STM32 формирует пакет данных, который, в последствии, отправляет обратно на сервер. Опрашивая сдвиговые регистры, система может выявить ошибку или обрыв в цепи. В случае, если сигнал на переключение реле был отправлен, а состояние не изменилось – значит произошёл обрыв, либо один из элементов системы вышел из строя.
В случае нештатной ситуации в работе системы: обрыв питания или связи – система должна переводить все реле в замкнутое состояние. Для этого в качестве коммутирующих элементов выбраны нормально-замкнутые реле, которые в случае нештатной ситуации перейдут в замкнутый режим и переведут все подконтрольные элементы индикации в одно фиксированное состояние.