Устройство и работа мпк1, мпк2
Блок БУ-193-02 имеет в своем составе два одинаковых микропроцессорных контроллера МПК1 и МПК2, один из которых находится в работе, другой – в резерве.
Объединение комплектов МПК1 и МПК2 по выходам осуществляется при помощи диодов (схема монтажного "ИЛИ"). На рисунке 1.12 показана схема работы выходных каскадов съемных блоков БВВ-057 на катушку контактора КМ или катушку промежуточного реле KV.
Напряжение 50 В от шкафа питания через аппараты защиты (автоматы SF) и контакты реле КV63, определяющие рабочую аппаратуру (МПК1 или МПК2), поступает на блок управления БУ-193-02. С внешних разъемных соединителей блоков это напряжение поступает на транзисторные ключи V129 – V136 съемных блоков БВВ-057. При поступлении команды на открытие любого транзисторного ключа V129 – V136 через вольтарические гальванические развязки V121 – V128, соответствующий транзистор открывается и ток от шкафа питания начинает протекать через датчики тока D34 – D41 и диоды V145 – V152 в нагрузку (катушки контакторов КМ или промежуточных реле KV, и далее в шкаф питания по проводу минус 50 В).
Рисунок 1.12 – Управление контакторами электровоза аппаратурой МСУД-Н
От датчиков тока D34 – D41 сигналы заводятся в схему защиты выходных транзисторов V129 – V136. Диоды V137 – V144 объединяют сигналы двух микроконтроллеров МПК1 и МПК2, защищая выходные цепи неработающий микроконтроллер от попадания напряжения при работе включенного, а также исключают попадание напряжения на входы цепей контроля выходного сигнала второго МПК. Диоды V145 – V152 защищают выходные транзисторы V129 – V136 от перенапряжений, возникающих при отключении в индуктивности катушек контакторов КМ и реле KV.
На рисунке 1.13 показано объединение выходов съемных блоков БВУ-047 для управления тиристорами ВИП1.
Напряжение 24 В от внутреннего источника питания через транзисторный ключ V46 – V50, V78 – V82 активного съемного блока А18 или А19, далее через датчик тока (резисторы R69 – R73 или R114- R118), схемы контроля цепей нагрузки, и объединяющий диод V51 –V55, V83 –V87 с защитным от коротких замыканий в проводах внешнего монтажа резистором R84 – R88, R124- R128 поступает на общий провод для обоих съемных блоков А18 и А19 БУ-193-02. Сигнал по этому проводу поступает на вход ячейки ОДО8П ВИП1 (U1). Входная цепь данной ячейки построена следующим образом. Нагрузкой для сигнала от БУ-193-02 является резистор R1. Ток через этот резистор замыкается на общий провод и возвращается в источник питания +24 В БУ-193-02. Параллельно резистору R1 включена цепь из последовательно включенных токоограничивающего резистора R4, стабилитронов V7 и V11. Эта цепь ограничивает сигнал сверху и снизу и выполняет функцию защиты от помех, возникающих при открывании тиристоров ВИП. Сигнал от общей точки включенных последовательно стабилитронов V7 и V11 поступает на базу транзисторного ключа V13, осуществляющего согласование с импульсным усилителем, работающим на развязывающие импульсные трансформаторы. В базу транзистора V13 для его надежного запирания при отсутствии управляющего сигнала включен резистор R11.
Рисунок 1.13 – Формирование управляющих сигналов ВИП
Аналогично выполнены цепи управления ВУВ (U3) от этих же съемных блоков (А18, А19).
По этой же схеме выполнены цепи управления ВИП2 (U2) от съемных блоков БИВ-065 (А20 МПК1 и А21 МПК2).
На рисунке 1.14 показано объединение выходов съемных блоков БВУ-047 для управления тиристорами, шунтирующими обмотки возбуждения тяговых двигателей.
Напряжение +50 В от ИПЛЭ 50/50-400×2 через блок БУ-193-02 поступает на панели тиристоров ПТ-246 (А9 и А10). Для каждого канала управления тиристорами на панелях А9 и А10 установлены RCV-фильтры (R1, C1, V1). Напряжение питания с фильтров поступает на первичную обмотку импульсного трансформатора Т1 и далее через проводной монтаж – в блок БУ-193-02. Каждый съемный блок БВУ-047 (А18, А19) имеет в своем составе по шесть каналов управления шунтирующими тиристорами. Каждый канал состоит из оптотранзисторной развязки с выхода которой через резистор (R9 – R14) управляющий сигнал подается на затвор транзисторного ключа (V9 – V14). Истоки транзисторов V9 – V14 подключены к цепи минус 50 В. Стоки транзисторов через токоограничивающие резисторы R17 – R40, исключающие насыщение магнитопроводов импульсных трансформаторов, выведены из блока БУ-193-02 для подключения к первичным обмоткам импульсных трансформаторов Т1, расположенных на панелях А9, А10. Параллельно цепи сток-исток транзисторов V9 – V14 включены ограничители напряжения V17 – V22, защищающие транзисторы от выбросов напряжения, возникающие на индуктивностях первичных обмоток импульсных трансформаторов при закрывании транзисторов.
Рисунок 1.14 – Формирование управляющих сигналов шунтирующими тиристорам
Структурная схема МПК1 (МПК2) с внешними связями для секции грузового электровоза показана на рисунке 1.15.
Независимо от типа электровоза привязка БУ-193-2 к цепям управления тяговым приводом не меняется.
Блок входных сигналов БВС-056 содержит формирователи:
- сигнала слежения за потенциальными условиями открытия тиристоров α0;
- полярности полупериода п/п, сфазированного с первой гармоникой напряжения на входах ВИП;
- сигнала блокировки БЛК, информирующего процессор БМК-055 о переходных процессах в устройстве синхронизации;
- элементы выделения уровня напряжения контактной сети Uкс;
- сигнал, пропорциональный длительности коммутации в силовых цепях γ.
На плате БВС-056 располагаются два комплекта устройств обработки сигналов датчиков и формирователей перечисленных сигналов соответственно для МПК1 и МПК2, поэтому в блоке БУ-193-02 применен только один съемный блок.
Входы БВС-056 подключаются к датчикам напряжения ДН, формирующим сигналы слежения за потенциальными условиями UСЛ1 и UСЛ2 и сигналы синхронизации UСИ1 и UСИ2. В качестве датчиков напряжения использованы трансформаторы ТР-135 (датчики слежения) и ТО-89 (датчики синхронизации).
Алгоритм, записанный в постоянной памяти БМК-055, реализует замкнутую систему автоматического регулирования. Входы схемы обработки сигналов длительности коммутации Uγ1… Uγ4 блока БВС-056 в цепях выпрямительно-инверторных преобразователей U1, U2, подключаются к датчикам угла коммутации ДУК. В качестве ДУК использованы датчики типа ДУК-4-01.
Рисунок 1.15 – Структурная схема МПК1 (МПК2) с внешними связями грузовых электровозов
Сигналы аналоговых датчиков тока I1…I4, IВ типа LT1000 выделяются из токового сигнала на панели R100 и приходят на входы АЦП БМК-055. Сигналы задатчиков скорости (VЗ) и тока (IЗ) подключаются непосредственно к входам аналого-цифрового преобразователя микроконтроллера съемного блока БМК-055.
Блок микропроцессорного контроллера БМК-055 выполнен на однокристальном микроконтроллере типа ST10F269Z2Q3, который выполняет всю логическую обработку и вычислительные операции программными методами в соответствии с хранящимся в постоянной памяти контроллера алгоритмом. В соответствии с заложенным алгоритмом сигналы от задатчиков и датчиков системы преобразуются в импульсы, управляющие силовыми преобразователями.
Эту функцию выполняет система автоматического регулирования (САР), поддерживая заданную скорость и ток (силу тяги или торможения).
На рисунке 1.16 показана функциональная схема САР «ведущей» секции электровоза в режиме тяги.
Рисунок 1.16 – Функциональная схема САР «ведущей» секции электровоза в режиме тяги
В режиме тяги в БУ-193-02 «ведущей» секции программно реализуется двухконтурная САР подчиненного регулирования. Внешним для САР электровоза является контур регулирования скорости, внутренним - контур регулирования токов тяговых электродвигателей. Значения заданных величин скорости VЗ и ограничения тока IЗ от контроллера машиниста электровоза КМЭ подаются на входы аналого-цифрового преобразователя (АЦП) БМК-055 МПК1 или МПК2, где преобразуются в коды для дальнейшего использования программой. На входы АЦП от датчиков тока ДТ также поступают значения всех токов тяговых электродвигателей I1 – I4. Сигналы от импульсных датчиков скорости ДС n3 - n4 заводятся на входы таймеров БМК-055. На основании заданных и реальных значений токов и скоростей вычисляются значения фаз открытия тиристоров и распределяются по плечам ВИП в зависимости от зоны управления.
Алгоритм управления построен таким образом, что ВИП1 управляется от БМК-055 через БВУ-047 (α1-α8), ВИП2 управляется смещенными по фазе относительно ВИП1 импульсами α1-α18, формируемыми и усиливаемыми в БИВ-065 по заданию, полученному от БМК-055 через последовательный CAN интерфейс.
Углы открытия тиристоров ВИП определяют величину напряжения Ud, прикладываемого к тяговым электродвигателям ТЭД. Величина приложенного к ТЭД напряжения определяет протекающие через последовательно включенные обмотки возбуждения и якоря ТЭД токи, а следовательно скорости вращения якорей и скорость движения локомотива.
В «ведомых» секциях реализована одноконтурная САР, поддерживающая только токи ТЭД, для чего через последовательный интерфейс CAN1/CAN2 передается вычисленное регулятором скорости значение заданного тока IЗ2.
На рисунке 1.17 показана функциональная схема САР «ведущей» секции электровоза в режиме электрического (рекуперативного) торможения.
Рисунок 1.17 – Функциональная схема САР «ведущей» секции электровоза в режиме электрического торможения
В режиме электрического (рекуперативного) торможения в БУ-193-02 «ведущей» секции программно реализуется трехконтурная САР подчиненного регулирования. Как и в режиме тяги, внешним для САР электровоза является контур регулирования скорости. Внутренними относительно контура скорости являются контур регулирования тока якоря, а затем - контур регулирования тока возбуждения тяговых электродвигателей. Значения заданных величин скорости VЗ и ограничения тока якоря IЗ от КМЭ подаются на входы аналого-цифрового преобразователя (АЦП) БМК-055 МПК1 или МПК2, где преобразуются в коды для дальнейшего использования программой. На входы АЦП от датчиков токов якорей ДТЯ и тока возбуждения ДТВ (все обмотки возбуждения ТЭД секции электровоза включены последовательно и питаются от выпрямительной установки возбуждения ВУВ) также поступают значения всех токов якорей IЯ1 – IЯ4 и возбуждения IВ тяговых электродвигателей. Сигналы от импульсных датчиков скорости ДС n3 - n4, аналогично режима тяги, заводятся на входы таймеров БМК-055. На основании заданных и реальных значений токов и скоростей вычисляются значения фаз открытия тиристоров ВИП и ВУВ, которые затем распределяются по плечам в зависимости от зоны управления.
Управление тиристорами распределяющими токи между ТЭД осуществляется на основании сравнения значений реальных токов якорей ТЭД и среднего значения тока всех ТЭД. Используя отмеченные данные процессор БМК-055 вычисляет фазы αШ1 - αШ4 открытия тиристоров шунтирующих обмотки возбуждения.
Алгоритм управления построен таким образом, что ВИП1, ВУВ и ШТ, установленные на панелях тиристоров ПТ, управляются от БМК-055 через БВУ-047 (соответственно: ВИП1 - α1-α8, ВУВ - α9, α10, ВИП2 – α11-α18, ШТ - αШ1-αШ4), ВИП2 управляется смещенными по фазе относительно ВИП1 импульсами α11-α18, формируемыми и усиливаемыми в БИВ-065 по заданию, полученному от БМК-055 через последовательный CAN интерфейс.
В «ведомых» секциях в режиме электрического (рекуперативного) торможения реализована двухконтурная САР, поддерживающая только токи ТЭД, для чего через последовательный интерфейс CAN1/CAN2 передается вычисленное регулятором скорости значение заданного тока якоря IЗЯ и тока возбуждения IЗВ.
Блоки БМК-055 связаны с блоками ввода/вывода БВВ-057 посредством последовательного канала связи типа SPI.
Блоки БВУ-047 содержат импульсные усилители с гальванической развязкой цепей выходных сигналов от цепей микроконтроллера и элементы согласования с внешними устройствами.
Для задания режима работы и формирования сигналов управления контакторами ослабления поля, песочницами панелью индикации пульта машиниста, в состав МПК1 (МПК2) входят блоки ввода/вывода дискретных сигналов БВВ-057. Эти блоки обеспечивают стыковку БУ-193-02 с оборудованием электровоза, работающего с уровнем напряжения бортовой сети 50 В и гальваническую развязку цепей микроконтроллера от бортовой сети.
Блок питания БП-060 обеспечивает питающими напряжениями внутренние цепи блока БУ-193-02 и питание датчиков, подключенных к МСУД-Н. Он содержит также датчик температуры, от которого осуществляется управляющие каналом включения элементов подогрева БО-003 при низких температурах окружающего воздуха.
Питание выходных каскадов БВУ-047 осуществляется от бортового источника 50 В через модуль питания, расположенный на БВУ-047. Питание выходных каскадов БИВ-065 осуществляется от модуля питания, расположенного на блоке БВУ-047.
Структурная схема МПК1 (МПК2) с внешними связями для пассажирского электровоза (ЭП1М, ЭП1П) показана на рисунке 1.18.
Привязка и функционирование МПК1 и МПК2 блока БУ-193-02 пассажирских электровозов ЭП1М, ЭП1П аналогична рассмотренным. Отличия схемы привязки блока БУ-193-02 к оборудованию пассажирских электровозов от грузовых заключается в количестве осей (шесть вместо четырех), а следовательно количество датчиков токов якорей ТЭД (шесть), датчиков скорости (шесть) и тиристоров шунтирующих обмотки возбуждения ТЭД (шесть). Функционально процессор БМК-055 опрашивает и обрабатывает большее количество входов АЦП, а поскольку управление ведется по максимальному току, основной алгоритм реализующий САР, не меняется по сравнению с рассмотренным.
Алгоритмы функционирования МПК1 (МПК2) в составе оборудования электровоза описаны в Руководстве по эксплуатации на соответствующий электровоз:
- ЭП1М, ЭП1П - в Руководстве по эксплуатации ИДМБ.661142.004-01РЭ;
Рисунок 1.18 – Структурная схема МПК1 (МПК2) с внешними связями пассажирских электровозов
- Э5К – в Руководстве по эксплуатации ИДМБ.661145.012РЭ (3ТС.001.015РЭ);
- 2ЭС5К, бустер (3ЭС5К) – в Руководстве по эксплуатации ИДМБ.661145.009РЭ (3ТС.001.012РЭ);
- 2ЕЛ5 – в Руководстве по эксплуатации 3ТС.001.013РЭ1.
Запись технологической программы в память микроконтроллеров МПК1 или МПК2 осуществляется через порт СОМ1 (соединитель Х3 расположенный на передней панели блоков БМК-055 А15 и А16), к которому посредством кабеля подключается такой же порт ПК типа NOTEBOOK или аналогичный РС компьютер. Для перегрузки технологической программы следует воспользоваться программой "SFD7.EXE". Руководство по пользованию этой программой приведено в приложении Б.