Телемеханические системы ЖАТ. Завьялов ТОАТ. Курсовая работа по дисциплине Теоретические основы автоматики и телемеханики на тему Телемеханические системы жат
 Скачать 1.86 Mb.
|
|
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I» (ФГБОУ ВО ПГУПС) Факультет «Автоматизация и интеллектуальные технологии» Кафедра «Автоматика и телемеханика на железных дорогах» Специальность 23.05.05 Системы обеспечения движения поездов Специализация Автоматика и телемеханика на железнодорожном транспорте КУРСОВАЯ РАБОТА по дисциплине «Теоретические основы автоматики и телемеханики " на тему: «Телемеханические системы ЖАТ»
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I» (ФГБОУ ВО ПГУПС) Факультет «Автоматизация и интеллектуальные технологии» Кафедра «Автоматика и телемеханика на железных дорогах» Специальность 23.05.05 Системы обеспечения движения поездов Специализация Автоматика и телемеханика на железнодорожном транспорте Задание на курсовую работу по дисциплине «Теоретические основы автоматики и телемеханики " *** тема: «Телемеханические системы ЖАТ» Срок сдачи обучающимся законченной работы: Необходимые данные для выполнения работы: Структура телемеханической системы с центральным постом - ЦП и несколькими линейными пунктами (постами) - ЛП. Численные значения количества линейных (контролируемых) пунктов (постов) и числом объектов на них. Передаваемый цикл приказа. Фигурными скобками {х,х,х,х} обозначен порядок номера линейных пунктов, на которые необходимо передать приказ, в круглых скобках (х)(х)(х)(х) – номера тех объектов, которые включаются на соответствующем ЛП. Частота тактового генератора 1 Гц. При включении питания схемы памяти на ЦП и ЛП должны автоматически устанавливаться в исходное состояние Список графического материала: структура телемеханической системы с численными значениями количества линейных (контролируемых) пунктов (постов) и числом объектов на них, элементная база, принципиальная схема центрального поста, структурная схема расчета надежности системы, принципиальная схема линейного пункта, временная диаграмма работы отдельных узлов. Содержание пояснительной записки: Записка должна содержать следующие разделы: титульный лист; задание на курсовую работу с исходными данными по варианту; оценочный лист; календарный план выполнения и защиты курсовой работы; содержательная часть: Введение Выбор метода селекции Выбор общей схемы системы телемеханики, согласно выбранному методу селекции Реализация общей схемы с использованием логических элементов Выбор элементной базы Описание работы телемеханической системы Разработка принципиальной схемы центрального поста. Разработка принципиальной схемы линейного пункта. Построение временной диаграммы работы для отдельных узлов Реализация схемы защиты информации Заключение. 6) список литературы. Дата выдачи задания Руководитель: __________________________ Белишкина Т.А. Задание принял к исполнению: ____________ Завьялов Е.А. ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I» (ФГБОУ ВО ПГУПС) Факультет «Автоматизация и интеллектуальные технологии» Кафедра «Автоматика и телемеханика на железных дорогах» Специальность 23.05.05 Системы обеспечения движения поездов Специализация Автоматика и телемеханика на железнодорожном транспорте Оценочный лист на курсовую работу по дисциплине «Теоретические основы автоматики и телемеханики " *** тема: «Телемеханические системы ЖАТ» Оценка курсовой работы
Заключение: рецензируемая курсовая работа соответствует требованиям основной образовательной программы (23.05.05) специальности «Системы обеспечения движения поездов» по специализации «Автоматика и телемеханика на железнодорожном транспорте» Итоговая оценка –
«____» _________________ 20___ г. ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I» (ФГБОУ ВО ПГУПС) Факультет «Автоматизация и интеллектуальные технологии» Кафедра «Автоматика и телемеханика на железных дорогах» Специальность 23.05.05 Системы обеспечения движения поездов Специализация Автоматика и телемеханика на железнодорожном транспорте Календарный план выполнения и защиты курсовой работы по дисциплине «Теоретические основы автоматики и телемеханики " *** тема: «Телемеханические системы ЖАТ»
«____» _________________ 20___г. Исходные данныеВариант 28 Имеется центральный пост (ЦП) и пять линейных постов (ЛП), расположенных на некотором расстоянии от ЦП. На каждом ЛП расположено до пяти объектов управления (ОУ). Структурная схема представлена на рисунке 1.  Рисунок 1 - Структурная схема системы По варианту записан приказ, который необходимо отправить на объекты управления в определённой последовательности: Количество объектов: I (5), II (5), III (5), IV (5), V (5), Объекты для включения: {V}(1.2.3.4.), {IV}(3.4.), {III} (1.4.),{ II}(1,2),{ I }(1.2.3.4.). ВведениеДля телемеханических систем селекция – это метод выбора объекта из всего множества объектов, подлежащих управлению. Виды селекции различают по виду сигнала и виду разделения сигналов. Сигналы подразделяют на одноэлементные и многоэлементные. В одноэлементном сигнале сообщение несёт один импульс тока, в многоэлементном – все импульсы тока. Выделяют также линейное (рис. 1, а) и временное (рис. 1, б) разделение сигналов. При линейном разделении импульсы тока передаются одновременно каждый по своему каналу. При временном разделении импульсы тока передаются последовательно во времени.  Рисунок 2 - Виды разделения сигналов Сочетания указанных двух признаков дают четыре вида селекции: разделительную, качественно-комбинационную, распределительную и кодовую. Виды селекции характеризуются информационной ёмкостью N и временем передачи сообщения (быстродействием) T. Разделительная селекция – это линейное разделение одноэлементных сигналов. Плюсами разделительной селекции являются минимальное время передачи сообщения и возможность независимой и одновременной передачи приказов различным объектам, а минусами – малая ёмкость и многопроводность (многоканальность). Для передачи сообщений используются полярные качества импульсов постоянного тока, которые формируются ключами S1-S3 и воспринимаются комбинированными реле Л1-Л3 (рис. 2, а). При приёме импульса положительной полярности контакт реле Л занимает левое положение (рис. 2, б). Рассмотрим работу схемы при положении ключей, показанном на рис. 2 штриховой линией. По первому и третьему проводам передаётся импульс тока отрицательной полярности, а по второму проводу – положительной полярности (рис. 3, в). Включаются объекты 1, 4, 5. Таким образом, командное значение имеет каждый импульс тока, который передаётся по отдельному проводу.  Рис. 3. Схема разделительной селекции Качественно-комбинационная селекция – линейное разделение многоэлементных сигналов. Применение многоэлементного сигнала увеличивает ёмкость системы, но исключает возможность одновременного управления несколькими объектами. Недостатком качественно-комбинационной селекции является многопроводность. Схема включения реле, которая изображена на рис. 2, а, не изменяется, а изменяется схема включения УО (рис. 3, а). Командное значение определяется качеством трёх импульсов тока, каждый из которых передаётся по отдельному проводу.  Рис. 4. Схема качественно-комбинационная селекция Распределительная селекция – временное разделение одноэлементных сигналов. Чтобы осуществить временное разделение устанавливаются специальные устройства – распределители Р (рис 4). За полный цикл работы распределителей в канал связи посылают приказы каждому управляемому объекту. Информация на линейные пункты передаётся по порядку. Достоинством данного вида селекции является малопроводность, а недостатками – увеличение времени передачи сообщений, усложнение аппаратуры из-за наличия распределителей, а также небольшая ёмкость. Кодовая селекция – временное разделение многоэлементных сигналов. Кодовая селекция имеет наибольшую ёмкость при наименьшем числе каналов связи. При данном виде селекции схема включения реле совпадает со схемой распределительной селекции (рис. 4), а схемы включения УО – со схемой включения качественно-комбинационной селекции (рис. 3). Кодово-распределительная селекция используется, если управляемые объекты расположены отдельными группами на большом расстоянии друг от друга. Так расположены объекты (стрелки и светофоры) промежуточных станций на железнодорожном участке, поэтому кодово-распределительная селекция используется в диспетчерской централизации. Достоинством кодово-распределительной селекции является возможность с помощью одной команды телеуправления передать приказы нескольким объектам в одной группе.  Рис. 5. Схема распределительной и кодовой селекции Выбор вида селекции 2,4,5,1 - (1,3)(1,2,3)(2,3)(2) Распределительная селекция Расчет: { 1 } (2) (01000) { 2 } (1,3) (10100) { 4 } (1,2,3) (11100) { 5 } (2,3) (01100) 10100 11010 00000 01100 00000 00000 00000 01000 00000 00000 = 50 имп. Кодовая селекция Таблица 1
Расчет: Тк.с.=001000*001010*011000*011001*011010*100001*100010*000001= =8*6=48 имп. Кодово-распределительная селекция Расчет: 00110100 01111100 10001100 00001000 Тк.р.с = (3+5)*4 = 32 имп. Вывод: Руководствуясь критерием минимального времени передачи приказа, то в данном случае разумно использовать кодово-распределительную селекцию. Разработка структурной схемы  ПУ  Рис. 6 Структурная схема системы с кодово-распределительной селекцией Элементы схемы: ПУ – Пункт управления КП – Контролируемый пункт (место, где находятся органы управления УО) ЛС – Линия связи (соединяет ПУ и КП) ТГ1 – Тактовый генератор 1 (управляет работой распределителя 1, который осуществляет пространственно-временное разделение сигналов и имеет n позиций) ТГ2 – Тактовый генератор 2 (управляет работой распределителя 2, который, в свою очередь, работает синхронно и синфазно с распределителем 1) М – Модулятор (на модулятор М поступает сигнал с выходов триггеров регистра 1) ГК – Генератор качеств (находится под управлением модулятора М) ЛБ1 – Линейный блок 1 (обеспечивает согласование входного сопротивления ГК и входного сопротивления ЛС) ЛБ2 – Линейный блок 2 (Воспринимает импульсы тока из ЛС на КП) ДМ – Демодулятор Краткое описание работы схемы: На ПУ установлен кодер, который преобразует данное сообщение в соответствующее ему двоичное n-разрядное кодовое слово, которое передается по ЛС. На КП импульсы тока из ЛС воспринимается линейным блоком ЛБ2 и их качество определяется с помощью демодулятора. На КП принятое кодовое слово записывается в регистре 2. Декодер преобразует данное кодовое слово в сообщение. ТГ2 управляет распределителем 2, который, в свою очередь, работает синхронно и синфазно с распределителем 1. Система с кодово-распределительной селекцией является сочетанием системы с распределительной и системы с кодовыми селекциями. Кодовое слово при этом делится на две части. Избирательная часть содержит  импульсов тока, которые передаются по принципу кодовой селекции. Исполнительная часть содержит  импульсов тока, передаваемых по принципу распределительной селекции.Модулятор - радиотехническое устройство, в котором изменяется один из параметров несущего колебания под воздействием низкочастотного информационного сигнала. Частотный модулятор предназначен для изменения частоты несущего колебания под воздействием информационного сигнала.  Рис. 7. Упрощенная схема частотного модулятора с разрывом фазы  Рис.8. Простейшая схема фазового модулятора Демодулятор - радиотехническое устройство, предназначенное для выделения информационного сигнала из модулированного ВЧ колебания. Процесс получения напряжения (тока), изменяющегося по закону модуляции, из модулированного напряжения высокой частоты называется демодуляцией(детектированием). В зависимости от вида модуляции в передающей части, в демодуляторе осуществляется амплитудная, частотная или фазовая демодуляция.  Рис. 8 Блок-схема фазового демодулятора Генератор качеств  Рис.10 Генератор качеств Выбор элементной базы
Описание работы телемеханической системы Центральный пост: Схема синхронизации (Пусковой узел, генератор тактовых импульсов) Для пуска и остановки тактового генератора, используется D-триггер и счётчик. В момент, когда триггер переходит в состояние логической единицы, схема тактового генератора получает питание и начинает вырабатывать импульсы прямоугольной формы, которые подсчитываются счётчиком. Когда на выходе счётчика появляется двоичный эквивалент числа импульсов, срабатывает логический элемент И-НЕ, который сбрасывает данные счётчика и переводит триггер к сбросу и остановке схемы тактового генератора. Таким образом, схема возвращается в исходное состояние, после передачи приказа.  Рисунок 11 - Схема пускового узла и тактового генератора. Тактовый генератор Мультивибратор представляет собой генератор периодических импульсов прямоугольной формы с заданной амплитудой, длительностью или частотой, в зависимости от поставленной задачи. Пульт управления Для формирования кода объектов, используется 5 сегментный ключ, подключенный к источнику постоянного напряжения на 5В, Для формирования кода станции используется круговой ключ, так же подключенный к источнику постоянного напряжения на 5В. При переключении ключа, на его одном из 5 его выходов формируется напряжение логической единицы. Для запуска схемы используется ключ (START), импульс от которого переводит D триггер в состояние логической единицы, что обеспечивает питание схемы тактового генератора), а также обеспечивает мультиплексор U19 сигналом разрешения на начало работы. Кодер Все выходы от кругового ключа (STATION) подключены к микросхеме, содержащей инверторы, это необходимость, вызванная тем, что входы кодера, который формирует код станции, изначально с инверсией. После кодер подключается своими выходами к такой же схеме, данные из которой попадают к сдвиговому регистру. Распределитель. Для преобразования параллельного кода в последовательный, в работе используется 8ми разрядный мультиплексор. Для преобразования параллельного кода в последовательный, на входы A, В, С подаётся двоичный эквивалент номера входа, так как счётчик ведёт счёт от 0 до 8, мы получаем преобразованный, последовательный код на выходе Y. Линейный пункт Пусковой триггер При появлении в линии связи первого тактового импульса, переходит в состояние логической единицы и обеспечивает микросхему (распределитель, демультиплексор) разрешением на начало работы. Счётчик Состоит из микросхемы, которая подсчитывает число тактовых импульсов и на своих выходах QA-QD транслирует двоичный эквивалент. Таким образом, демультиплексор получат сигнал на параллельное, последовательное преобразование приказа, полученного из линии связи. Когда на выходах микросхемы появляется двоичный эквивалент числа 8, инвертор даёт декодеру разрешение на чтение данных, а когда на выходах микросхемы появляется двоичный эквивалент числа 9, элемент И-НЕ, даёт сигнал сброса на счётчик и пусковой триггер. Распределитель Для преобразования последовательного кода в параллельный, используется микросхема демультиплексор-буфер, который получает данные из линии связи на свой вход D и записывает их в каналы с номерами, соответствующими коду номера, полученного от счётчика. Декодер На 8м такте, на разрешающие входы декодера, поступает сигнал логической ед. эквиваленту полученного числа, в нашем случает от 1 до 4х. Далее, если буфер подключен к выводу декодера, с номером аналогичным двоичному эквиваленту в принятом приказе, то сигнал через инвертор поступает на буфер. Буфер Если буфер получает разрешение от декодера, он записывает данные, полученные из мультиплексора-буфера в свою память, после чего транслирует их на объекты управления. В качестве примера, для построения осциллограмм, будет передан приказ на 1й линейный пункт. Временные диаграммы работы схемы с пояснениями Разработка принципиальной схемы центрального поста  Рис.14. Принципиальная схема центрального поста. Разработка принципиальной схемы линейного пункта  Рис. 15. Принципиальная схема линейного поста (ЛП1) Построение временной диаграммы работы для отдельных узлов  Рисунок 16 - Временная диаграмма работы Центрального Поста  Рисунок 17 - Реализация подключения осциллографа на ЦП  Рисунок 18 - Временная диаграмма работы Линейного Пункта 1  Рисунок 19 - Реализация подключения осциллографа на ЛП Заключение : В процессе данного курсового проекта было произведено ознакомление с разными видами селекции (распределительная, кодовая, кодово-распределительная). Рассматривались методы селекции для заданного варианты с последующим выбором одной из трех рассматриваемых. Для данного варианта была выбрана кодово-распределительная селекция. В данной курсовой работе были рассмотрены центральный пост (ЦП) и пять линейных постов (ЛП). На каждом ЛП располагалось до пяти объектов управления (ОУ). Для передачи цикла приказа была использована кодово-распределительная селекция. Система с кодово-распределительной селекцией является сочетанием двух систем. Достоинством кодово-распределительной селекции является возможность с помощью одной команды ТУ передавать приказы нескольким объектам в одной группе. Также для данного вида селекции разработана структурная схема, принципиальные схемы центрального и линейного пунктов. Предложенная принципиальная схема передачи данных, обеспечивает надёжное управление удалёнными объектами, что было подтверждено моделированием системы, с помощью программы-симулятора NI Multisim. Были получены временные диаграммы, наглядно демонстрирующие работу схемы. Литература: Сапожников В. В., Кравцов А.Ю., Сапожников Вл. В. «Теоретические основы железнодорожной автоматики и телемеханики», Москва, «Транспорт», 2008. Интернет ресурс - https://ru.wikipedia.org/wiki/Микросхемы_серии_7400 Дрейман О.К. "Разработка функциональных узлов по заданным характеристикам системы телемеханики" Л. 1989. Мальцев П.П. Долидзе И. С. Критенко М. И. “Цифровые интегральные микросхемы. Справочник.” М.: Радио и связь, 1994. Интернет ресурс - https://www.microshemca.ru Приложение:   Санкт-Петербург 2021 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
