Основные принципы построения безопасных схем

 

В аппаратуре КЭБ-1 применены безопасные схемы логического умножения (схемы И) и ячейки-памяти (триггеры).

Основным принципом построения безопасных схем И является применение оптопар для гальванической развязки между входами и выходами и между самими входами. Контроль всех элементов схемы достигается проверкой импульсной работы транзисторов и ИМС (интегральных микросхем), которая осуществляется трансляцией тактовых импульсов ТИ.

Двухвходовая схема И (рис. 3.1а), построенная согласно указанным принципам, работает так. При поступлении ТИ светодиод оптопары OD1 возбуждается. Если в этот момент на Вх1 поступает положительный потенциал (сигнал Х1), то обратное сопротивление фотодиода падает (фотодиод работает в фотодиодном режиме) и транзистор VT1 открывается. После окончания ТИ диод оптопары OD1 теряет возбуждение, и транзистор VT1 закрывается. Таким образом, через светодиод второй оптопары OD2 протекает импульсный ток. Если на второй вход Вх2 поступает второй потенциальный сигнал Х2, то на коллекторе VT2 (выход) выделяется ТИ. В случае отсутствия одного входного сигнала или повреждения любого элемента схемы выделение на выходе импульсов ТИ прекращается.

Если один из входных сигналов, например, Х2 является импульсным, то схема И дополняется накопительным конденсатором (рис. 3.1б). При поступлении на Вх1 потенциального сигнала транзистор VT1 работает в импульсном режиме. Когда транзистор VT1 закрыт, то происходит заряд конденсатора С1, когда транзистор открыт, то конденсатор С1 отдает часть заряда конденсатору С2, благодаря чему на этом конденсаторе создается отрицательное напряжение. Отрицательное напряжение с конденсатора С2 поступает на анод фотодиода OD2, если при этом на вход Вх2 поступает импульсный сигнал Х2, то транзистор VT2 работает в импульсном режиме и на выходе схемы выделяется импульсная последовательность.

 

Рис. 3.1 Безопасная схема И

а) для потенциальных сигналов; б) для импульсных сигналов

 

Принцип построения безопасной ячейки памяти (рис. 3.2) заключается в использовании накопительного конденсатора, заряд на котором образуется за счет входных импульсов. Наличие заряда обеспечивает прохождение входных импульсов на выход ячейки памяти, если на входы разрешения Е1 и Е2 поданы соответствующие сигналы.

 

Рис. 3.2 Ячейка памяти

 

Работает схема ячейки памяти так. Тактовые импульсы ТИ отрицательной полярности подаются на базу транзистора VT1, однако пройти на вход ячейки они не могут, пока конденсатор С2 не заряжен. Для включения ячейки необходимо на вход “пуск” подать короткий положительный импульс, который зарядит конденсатор С2. Наличие положительного напряжения на конденсаторе С2, которое через резисторы R2 и R3поступает на эмиттер VT1, обеспечивает импульсный режим этого транзистора. Если на вход разрешения Е1 поступает отрицательный сигнал, то транзистор VT2 также работает в импульсном режиме. Когда транзистор VT2 закрыт, конденсатор С1 заряжается, когда открыт – С1 разряжается через открытый транзистор на конденсатор С2. Таким образом, на конденсаторе С2 создается положительное напряжение, которое поддерживает транзистор VT1 в рабочем состоянии. Коллекторный ток транзистора VT1 протекает через светодиод оптопары OD2 и, если на второй вход разрешения Е2 подан отрицательный сигнал, то транзистор VT3 работает в импульсном режиме и на выходе ячейки действуют ТИ.

Если поступление входных ТИ прекратится на время больше постоянной цепи разряда , то положительное напряжение на верхней обкладке конденсатора С2 исчезнет, транзистор VT1 закроется и прохождение импульсов через ячейку прекратится. Возобновление прохождения импульсов возможно только после подачи сигнала “ПУСК”.

 

Аппаратура КЭБ-1

Генератор кодовый ГК-КЭБ. ГК-КЭБ предназначен для работы в составе кодовой автоблокировки на электронной элементной базе КЭБ, обеспечивает выработку кодовых сигналов для рельсовых цепей переменного тока частотой 50 или 25 Гц и выполнен в виде единого блока по габаритам и установочным размерам аналогичного блоку КПТШ числовой кодовой автоблокировки.

 

Рис. 3.3 Функциональная схема блока ГК-КЭБ

 

Функциональная схема блока ГК-КЭБ (рис. 3.3) содержит следующие узлы: входное устройство ВУ, микро-ЭВМ, четыре ячейки запуска ЯЗ, элемент контроля кодовых импульсов ЭККИ, три буферных элемента БЭ, два силовых элемента 1СК и 2СК. Схема работает следующим образом. Входное устройство обеспечивает гальваническую развязку и преобразование уровней управляющих сигналов, создаваемых контактами сигнальных реле З, Ж1 и обратного повторителя ОЖ, к уровню сигналов микро-ЭВМ. Преобразованные таким образом сигналы поступают на микро-ЭВМ, которая на основе заданных управляющих сигналов формирует на выходе Р1.0 соответствующий кодовый сигнал, заполненный импульсами 10кГЦ. Сигнал управляет силовыми коммутаторами, которые осуществляют непосредственную манипуляцию питающего конца кодовой рельсовой цепи вместо контакта трансмиттерного реле. Для предотвращения дробления кодовых импульсов и перерождения, тем самым, кодового сигнала в более разрешающий в схеме предусмотрены элемент контроля кодовых импульсов ЭККИ и ячейки запуска ЯЗ.

 

Рис. 3.4 Временные параметры числового кода

 

Сущность защиты от такого опасного отказа заключается в следующем. Сформированный кодовый импульс, например, кода КЖ, поступает с выхода микро-ЭВМ Р1.0 на вход ЭККИ. При этом по сигналу с выхода Р1.1 микро ЭВМ ячейка запуска кода КЖ вырабатывает запускающий импульс, поступающий на вход «запуск» ЭККИ, вследствие чего кодовый импульс проходит через ЭККИ и поступает в силовой коммутатор СК. Коммутатор замыкает цепь питающего трансформатора, и в рельсовую линию посылается кодовый импульс. Импульс запуска на выходе Р1.1 микро-ЭВМ формируется в начале кодовых импульсов КЖ, К или первого импульса кода Ж, на выходе Р1.2 – в начале второго импульса кода Ж, на выходе Р1.3 – в начале всех импульсов кода З. ЭККИ представляет собой динамическую память, поэтому, если поступление кодового импульса прервется на время более 300-400мкс, то ЭККИ сбросится в исходное состояние до поступления очередного импульса запуска, чем исключается трансляция через ЭККИ второй половины раздробленного импульса.

 

Таблица 11

Зависимость между входными управляющими сигналами и выходными

кодами ГК-КЭБ в режиме генерации кода

	Перемычки	Входы	Выходы
Выходы Режим Генерация кода	в1	в4	в5	в6	в7	Силовой коммутатор	а3-а5	а7-а9	вЗ	сО	вО
с6-с5 с4-с3 в9-с7	- - - - П -	- - - - - П	- - - П - -	х - М М - -	- х П П х х	СК1 (выход а3 - а5)	о/к о/к К КЖ Ж З	о/к о/к о/к о/к о/к о/к	о/к о/к К КЖ Ж З	КЖ КЖ КЖ КЖ КЖ КЖ	Ж Ж Ж Ж Ж Ж
с6-с1 с9-с3 в9-с8	- - - - П -	- - - - - П	- - - П - -	х - М М - -	- х П П х х	СК2 (выход а7-а9)	о/к о/к о/к о/к о/к о/к	о/к о/к К КЖ Ж З	о/к о/к К КЖ Ж З	КЖ КЖ КЖ КЖ КЖ КЖ	Ж Ж Ж Ж Ж Ж
Условные обозначения: 4) М – минус питания; 5) о/к – отсутствие кода; 1) х – сигнал не влияет на состояние выхода; 2) «-» - сигнал на входе отсутствует; 3) П – плюс питания;

Генератор выпускается в одном из двух вариантов: ГК5-КЭБ или ГК7-КЭБ, отличающихся друг от друга параметрами кодирующих импульсов и длительностью кодового цикла. Помимо стандартных кодов КЖ, Ж, и З, вырабатываемых трансмиттером КПТШ для кодовой автоблокировки, в генераторе ГК-КЭБ предусмотрен дополнительный код К, используемый для организации защитных участков. Структура кодовых сигналов, вырабатываемых генератором, показана на рис. 3.4. Максимальное значение напряжения коммутируемого сигнала частотой 50 или 25Гц должно быть не более 260 В при токе не более 5 А.Питание ГК-КЭБ осуществляется от сети переменного тока напряжением 230В частотой 50 Гц. Потребляемая мощность не более 10 В-А.

Блок ГК-КЭБ совместим с аппаратурой числовой кодовой автоблокировки, имеет два равнозначных кодовых выхода для обеспечения работы при любом направлении движения. Каждый из выходов может управляться от внутреннего или внешнего устройства, что позволяет использовать изделие в качестве генератора или транслятора кодов.

Для обеспечения функций ликвидируемых приборов в генераторе ГК КЭБ предусмотрены дополнительные выходы:

1) «Ж» (вывод В0) – для обеспечения режима мигания на предвходной сигнальной установке;

2) «КЖ» (вывод С0) – для импульсного включения реле ПТ на сигнальных установках, ограждающих переезд;

3) «КП» (вывод В3) – для импульсного включения реле ДПТ при организации кодирования поезду, движущемуся в неправильном направлении.

На лицевой панели ГК-КЭБ установлены три светодиодных индикатора:

1) «КОД» - для контроля формируемого кода;

2) «ВЫХОД 1» и «ВЫХОД 2» - для контроля кода на работающем выходе.

При работе ГК-КЭБ светодиодный индикатор зажигается синхронно с выдаваемым кодом. Зависимость между входными управляющими сигналами и выходными кодами соответствует таблице 11.

Входное устройство.

ВУ преобразует входные сигналы, формируемые контактами сигнальных реле, в сигналы, пригодные для цифровой обработки. Схема ВУ представлена на рис. 3.5. Гальваническая развязка от внешних цепей осуществляется с помощью оптронов U1, U2 и U3. При движении в правильном направлении в случае горения на светофоре зеленого огня через фронтовые контакты сигнальных реле З и Ж замкнута цепь светодиода оптопары U2, ее фототранзистор открыт, поэтому на его коллекторе устанавливается нулевой потенциал, поступающий на вход 3.5 микро-ЭВМ. Одновременно с конденсатора С2 через точку В подается положительное напряжение в ЯЗ импульсов кода З. Контроль пробоя фототранзистора оптопары U2 осуществляется за счет ЯЗ. В случае его пробоя на входе Р3.5 микро-ЭВМ будет постоянно действовать нулевой потенциал, что могло бы привести к опасной ситуации. Однако, если реле З без тока, то возбуждение ЯЗ не происходит (положительный потенциал в точке В отсутствует) и выработка генератором кода З становится невозможной.

 

Рис.3.5 Схема входного устройства

 

Если реле З без тока, то возбужден фотодиод оптопары U1, на вывод 3.4 микро-ЭВМ поступает нулевой потенциал и на ячейки запуска 1-го и 2-го импульсов кода Ж через точку Б также подается питание.

Если на светофоре красное показание, то реле Ж обесточено и нулевой потенциал поступает на вывод Р3.6 микро-ЭВМ с коллектора фототранзистора оптопары U3, при этом контактами КО1 и КО2 контролируется фактическое горение красного огня на светофоре. При перегорании основной и резервной нитей лампы красного огня выработка кода КЖ прекращается и происходит перенос красного огня на предыдущий светофор.

При движении в неправильном направлении обесточиваются реле направления 1Н и 1ПТ. Контактом 1Н из схемы исключается контроль нитей красного огня, так как напольные светофоры отсутствуют, а контактом 1ПТ снимается шунт с контакта сигнального реле красного огня, за счет чего работа сигнальной установки переводится в режим с защитным участком. При занятом блок-участке сигнальное реле К обесточено, питание на светодиод U3 не поступает, поэтому генератор вместо кода КЖ будет формировать в рельсовую цепь код К.

Таким образом, в зависимости от состояния входных цепей микро-ЭВМ вырабатывает соответствующие импульсы числового кода, заполненные частотой 10кГц. Эти импульсы с выхода P1.0 далее поступают в ЭККИ.

Элемент контроля кодовых импульсов.

ЭККИ контролирует непрерывность поступления кодового импульса на силовые коммутаторы СК, чем исключает устойчивое перерождение кода в более значащий. Принципиальная схема ЭККИ представлена на рис. 3.6. Работает схема так. В начале поступления кодового импульса с выхода Р1.0 микро-ЭВМ через буферный элемент DD1 в ЭККИ из ячейки запуска подается положительный импульс, который заряжает конденсатор С45, вследствие чего транзистор VT17 получает возможность работать в ключевом режиме. Одновременно с этим начинает работать в импульсном режиме транзистор

 

 

Рис.3.6 Схема элемента контроля кодовых импульсов

 

VT16. Когда транзистор VT16 закрыт, на базу транзистора VT17 через конденсатор С43 и диод VD43 поступает положительное напряжение, закрывая последний. Когда транзистор VT16 открыт, то конденсатор С43 разряжается через диод VD44, а на базу транзистора VT17 поступает нулевой потенциал, что ведет к открытию последнего (потенциал базы p-n-p транзистора ниже потенциала эмиттера). Таким образом, через светодиод оптопары U8 протекает импульсный ток, из-за чего в импульсном режиме работает транзистор VT18, а, следовательно, и транзистор VT19. При этом, когда транзистор VT19 закрыт, конденсатор С44 заряжается, когда открыт – конденсатор С44 разряжается на С45. Таким образом, на конденсаторе С45 создается положительный заряд, обеспечивающий ключевой режим транзистора VT17. Вместе с тем колебания, создаваемые на коллекторе транзистора VT19, поступают через пару Дарлингтона на светодиод оптопары U19, из-за чего на коллекторе транзистора VT22 создаются кодовые импульсы.

Ячейки запуска.

ЯЗ обеспечивают периодический запуск ЭККИ по управляющим сигналам микро-ЭВМ. В ГК-КЭБ имеется четыре ЯЗ. Схема ячеек запуска представлена на рис. 3.7. В каждой ЯЗ имеется дозирующий и накопительный конденсаторы (например, С17 и С21 для импульсов кодов КЖ и К). Рассмотрим работу ЯЗ импульсов КЖ или К. Если ГК-КЭБ формирует код КЖ (К), то на светодиод оптопары U9 поступает напряжение П из ВУ (вход А).

 

Рис.3.7 Принципиальная схема ячеек запуска

 

С выпрямителя В выпрямленное, но не сглаженное напряжение, имеющее пульсацию частотой 100 Гц, подается на вход элемента DD3.3, который формирует из него прямоугольные импульсы частотой 100Гц. Эти импульсы

 

через буферный элемент DD1.6 и транзистор VT8 управляют работой последовательно включенных оптронов U5, U6, U7, при этом через их светодиоды непрерывно протекает импульсный ток 100 Гц. Выходным транзистором оптрона U5 управляется оптрон U9, который также работает с частотой 100Гц. Когда оптрон U9 закрыт, происходит заряд дозирующего конденсатора С17 через резистор R36. При открытии U9 дозирующий конденсатор С17 отдает заряд накопительному С21. Таким образом, напряжение на конденсаторе С21 ступенчато возрастает с частотой 100 Гц.

С началом нового кодового цикла с вывода порта Р1.1 микро-ЭВМ на светодиод U13 поступает единичный сигнал. К этому моменту времени напряжение на конденсаторе С21 уже достаточно для включения фототиристора оптопары U13, поэтому фототиристор включается, и в ЭККИ поступает положительный импульс запуска за счет разряда конденсатора С21. После выключения тиристора вновь начинается заряд конденсатора С21, который закончится через 0,75с. Следовательно, если произойдет дробление импульса КЖ, то вторая часть “раздробленного” импульса пройти через ЭККИ не сможет, так как его запуск произойдет только при поступлении импульса нового цикла.

Аналогичным образом работает вторая ЯЗ U10, U14 при формировании первого импульса кода Ж, третья ячейка U11, U15 – при формировании второго импульса кода Ж, четвертая ячейка U12, U16 – в импульсе кода З. Время заряда накопительных конденсаторов во второй и третьей ячейках составляет 1,5с.

Силовые коммутаторы.

Кодовые импульсы, выделяемые на выходе ЭККИ, управляют силовыми коммутаторами. В блоке ГК-КЭБ предусмотрены два СК. Принципиальная схема каналов СК приведена на рис. 3.8. На этом рисунке также показаны схемы питающих концов РЦ. Работает схема так. С выхода ЭККИ кодовый сигнал через внешние перемычки поступает (в данном случае одновременно) на светодиоды оптопар U17 первого и U18 второго каналов. При установленном нечетном направлении движения на первый канал через фронтовые контакты реле 1ПТ и 1Н подается положительное напряжение П1, вследствие чего транзистор оптопары U17 и транзистор VT14 работают в ключевом режиме. Когда транзистор VT14 открыт, ток протекает через светодиоды оптопар U1 и U2, если в этот момент на выводе «н» вторичной обмотки трансформатора 1П действует положительная полуволна синусоидального питающего напряжения, то включается тиристор оптопары U1, и цепь вторичной обмотки трансформатора замыкается, так как реле 1ПТ находится под током. Когда положительное напряжение на выводе «н» снизится, тиристор выключится, после чего в начале следующей полуволны (отрицательной) включится тиристор оптопары U2. После смены направления движения коммутацию кодового тока будут производить тиристоры оптопар U3 и U4.

Рис.3.8 Силовые коммутаторы

 

Буферные элементы.

Буферные элементы (БЭ) преобразуют сигналы микро ЭВМ в сигналы, уровень которых достаточен для возбуждения реле. В блоке ГК-КЭБ имеется три БЭ. Принципиальная схема одного БЭ приведена на рис. 3.9.

 

Рис.3.9 Принципиальная схема буферного элемента

 

Транзистор VT5 работает в ключевом режиме, оптопара U4 осуществляет гальваническую развязку между схемой генератора и внешними цепями, транзистор VT7 усиливает сигнал, обеспечивая возбуждение реле, подключенного к выводу блока c0.

Единичный сигнал с вывода Р1.4 микро ЭВМ поступает на базу транзистора VT5, что приводит к возбуждению светодиода оптопары U4. При этом открывается транзистор оптопары, благодаря чему открывается транзистор VT7, и на выводе c0 появляется напряжение. Диод VD6 замыкает экстраток, возникающий при закрытии транзистора VT7.

Приемник - дешифратор ПД-КЭБ. ПД-КЭБ предназначен для работы в составе кодовой автоблокировки на электронной элементной базе и обеспечивает прием и дешифрацию кодовых сигналов, поступающих на его вход (рис. 3.3). ПД-КЭБ применяется в рельсовых цепях переменного тока с частотой 50 или 25Гц взамен приборов ИМВШ (ИВГ), БС-ДА, БИ-ДА и БК-ДА и выпускается в двух модификациях: ПД5-КЭБ, ПД7-КЭБ, отличающихся параметрами принимаемых импульсов и длительностью кодового цикла. ПД-КЭБ, в отличие от дешифраторной ячейки, дешифрует только код от соответствующего генератора (5-го или 7-го типов), но его входное устройство работает от любого кода, что позволяет использовать ПД-КЭБ для трансляции кодов из одной рельсовой цепи в другую без дешифрации.

Приемник-дешифратор выполнен в штепсельном блоке по габаритам и установочным размерам аналогичном блоку БС-ДА числовой кодовой автоблокировки. Питание дешифратора осуществляется от сети переменного тока напряжением 230В частотой 50Гц, потребляемая мощность не более 15ВА.

Функциональная схема ПД-КЭБ (рис. 3.10), содержит следующие узлы:

а) Входное устройство (ВУ), обеспечивающее:

- согласование входного сопротивления электронной схемы с сопротивлением рельсовой цепи на приемном конце;

- детектирование входного кодового сигнала частотой 50 или 25Гц и преобразование его в кодовые посылки, пригодные для последующей цифровой обработки, если его уровень превышает пороговое значение;

б) Схему контроля импульсной работы (УКИР), обеспечивающую:

- контроль уровня входного сигнала, поступающего из РЦ;

- контроль непрерывности поступления кодированного входного сигнала;

в) Однокристальную микро-ЭВМ (ОМЭВМ), осуществляющую:

- расшифровку поступающей с входного устройства кодовой последовательности импульсов;

- выдачу расшифрованного кода в последовательном виде с выхода «SO» на схему сравнения и в параллельном виде на логическое устройство выделения кода;

- формирование на выходе «С» сигнала «ЦИКЛ», представляющего собой чередующиеся импульсы и паузы длительностью в один кодовый цикл (т.е. 1,6 или 1,86 сек.).

- формирование тестового сигнала частотой 10кГц для устройств контроля.

г) Схему логики выделения кода, обеспечивающую срабатывание соответствующего исполнительного реле при совпадении кодов с входного устройства и с микро ЭВМ в течение двух кодовых циклов.

д) Схему сравнения, контролирующую соответствие временных параметров кодовых импульсов с входного устройства и кодовых импульсов с последовательного выхода микро ЭВМ.

е) Схему запуска, используемую для формирования кратковременного сигнала по переднему фронту первого кодового импульса нечетного цикла.

Рис. 3.10 Функциональная схема блока ПД-КЭБ

 

ж) Первую ячейку памяти (1ЯП), проверяющую непрерывность выходного сигнала схемы сравнения в течение нечетного кодового цикла.

з) Вторую ячейку памяти (2ЯП), проверяющую непрерывность сигнала схемы контроля импульсной работы в течение четного кодового цикла.

и) Первый буферный элемент (БЭ1), получает управление от входного устройства при установке перемычки 63-83. На выходе БЭ1 формируется код, соответствующий принимаемому приемником ПД-КЭБ, что позволяет организовать трансляцию кодов из одной рельсовой цепи в другую на разрезной точке.

к) Второй буферный элемент (БЭ2) предназначен для подключения реле ОИ, работающего аналогично такому же реле кодовой автоблокировки. Выход 13-2 используется для подключения к генератору ЧДК.

Кодовый сигнал из рельсовой линии поступает на входное устройство ВУ, в котором преобразуется в кодовые посылки, пригодные для цифровой обработки. Эти посылки выделяются на цифровом выходе D. Помимо этого кодовый сигнал выделяется также на аналоговом выходе А, откуда поступает на информационный вход устройства контроля импульсной работы УКИР. На тактовый вход УКИР поступают тактовые импульсы ТИ частотой 10кГц. Пока из рельсовой линии поступает код, на выходе УКИР действует непрерывная импульсная последовательность 10кГц.

Кодовые посылки с выхода D ВУ поступают на сериесный вход S1 микро-ЭВМ, которая расшифровывает поступающий код с учетом анализа длительности всех импульсов и интервалов. По результатам дешифрации на выходах Р1.3, Р1.4 и Р1.5 выделяется код в параллельной форме. Расшифрованный код сравнивается с кодом, поступившем в предыдущем цикле. Если поступивший код полностью соответствует предыдущему, то он инвертируется и в таком виде выделяется на сериесном выходе SO. При обнаружении несоответствия кодов инверсная трансляция сразу же меняется на прямую.

На выходе С микро-ЭВМ формируется сигнал «ЦИКЛ», представляющий собой чередующиеся импульсы и паузы длительностью в один кодовый цикл (т.е. 1,6 или 1,86сек). Импульс «Цикл» синхронизирован с входным кодом, т. е. начало импульса или паузы «Цикл» совпадает с началом первого кодового импульса после большого (межкодового) интервала. Цикл, при котором на выходе С формируется единичный сигнал, условно принят за четный, а нулевой сигнал – за нечетный.

Цифровые сигналы с выхода D ВУ и с выходов SO и C микро-ЭВМ преобразуются с помощью согласующих каскадов СК в двухполярные. Сигналы с выходов D и SO, преобразованные таким образом, поступают на схему сравнения СС, где производится их сложение. Так как эти сигналы взаимно инверсны, то на выходе СС создается непрерывный потенциальный сигнал, который затем модулятор М преобразует в импульсный частотой 10кГц. Таким образом, при регулярном поступлении числового кода на выходе модулятора действует сигнал 10кГц.

В начале нечетного цикла схема запуска по команде микро-ЭВМ посылает в ячейку памяти 1ЯП запускающий импульс, поэтому на ее выходе выделяются импульсы тактовой частоты.

В следующем (четном) цикле на разрешающий вход Е второй ячейки памяти поступает отрицательное напряжение, поэтому она запускается выходными импульсами ячейки 1ЯП, которые еще некоторое время действуют после окончания нечетного цикла. Благодаря запуску на выходе ячейки 2ЯП в течение всего четного цикла действуют тактовые импульсы ТИ 10 кГц. Эти ТИ поступают на схему логики выделения СЛВ, где происходит преобразование параллельного кода, поступающего с микро-ЭВМ в сигналы, достаточные для возбуждения соответствующих сигнальных реле.

Входное устройство.

ВУ преобразует кодовый сигнал, поступающий из рельсовой цепи, в кодовые посылки, необходимые для работы последующей схемы. Входное сопротивление ВУ составляет (135 30) Ом. Входное напряжение срабатывания приемника U_СР должно быть (3,5 0,1) В. Номинальный коэффициент возврата приемника К_В=0,86. Принципиальная схема ВУ представлена на рис.3.11. ВУ содержит входной трансформатор TV, диодный мост VD2, компаратор DA1 и формирователи DD1.1, DD1.4 (триггеры Шмита). Работа схемы ВУ происходит следующим образом. При отсутствии кодового сигнала потенциал на входе 2 компаратора также отсутствует, а на входе 3 действует положительный опорный потенциал, определяющий напряжение срабатывания приемника U_СР. Значение этого потенциала зависит от соотношения сопротивлений резисторов R7, R9 и R10. На выходе 6 компаратора действует положительное напряжение 12в, которое через резистор R11 поступает на входы формирователей D1.1 и D1.4, в результате чего на их выходах устанавливается логический ноль. Диод VD9 ограничивает положительное напряжение на входах формирователей до 5В, а диод VD10 ограничивает отрицательное напряжение примерно до - 0,2В.

 

Рис.3.11 Схема входного устройства

 

При поступлении кодового импульса напряжение на конденсаторе С3 возрастает. Когда оно достигнет уровня потенциала на входе 3 компаратора, напряжение на его выходе 6 скачком сменится на отрицательное, ввиду чего напряжение на входе 3 за счет обратной связи уменьшится. Величина этого напряжения определяет напряжение отпускания U_ОТ приемника. Кроме того, на выходах формирователей вместо логического нуля установится единичное напряжение. После окончания кодового импульса напряжение на конденсаторе С3 начнет снижаться, и, когда оно достигнет нового значения напряжения на входе 3, выходное напряжение на выводе 6, скачком сменится с отрицательного на положительное.

Коэффициент К_В приемника зависит от соотношения сопротивлений резисторов R7 и R10. Для определения этого соотношения рассмотрим эквивалентную схему, представленную в правой части рис.3.11. В этой схеме U1 – напряжение на катоде диода VD6, U2 – напряжение на выводе 6 компаратора, а G7, G9 и G10 – проводимости резисторов R7, R9 и R10 соответственно. Практически U1=|U2|=U, причем U 12В. Потенциал точки «а» – это пороговое напряжение на вводе 3 и равен он до срабатывания компаратора напряжению срабатывания U_СР, а после срабатывания – напряжению отпускания U_ОТ.

Согласно методу узловых напряжений, U_СР=U(G7+G10)/(G7+G9+G10) и U_ОТ=(G7-G10)/(G7+G9+G10), разделив второе выражение на первое, получаем формулу для определения соотношения между сопротивлениями резисторов R7 и R10, при котором обеспечивается заданное значение коэффициента возврата Кв:

Для заданного значения Кв = 0,86 находим, что R10=13,3 R7.

При большом уровне кодового сигнала может произойти увеличение длительности импульса на выводе DA1:6, для исключения этого увеличения в схеме предусмотрен диод VD100 и резистор R101, уменьшающие постоянную времени цепи разряда конденсатора С3.

При поступлении импульсов помехи, амплитуда которых превышает 12В, диод VD4 открывается и импульс помехи поступает также на инвертирующий вход компаратора (вывод 3 DA1), то есть в данном случае импульс помехи является синфазным сигналом. Поступление синфазного сигнала на входы ВУ вызывает появление на его выходе сигнала небольшой величины (в идеальном случае его величина равна нулю). Такой выходной сигнал не влияет на состояние формирователей DD1.1 и DD1.4. Таким образом, осуществляется подавление импульсной помехи.

Устройство контроля импульсной работы.

УКИР вырабатывает при наличии входного сигнала непрерывный сигнал с частотой 10кГц. Схема УКИР (рис.3.12) работает следующим образом. В отсутствии кодового сигнала транзисторы VT1 и VT2 закрыты. При этом потенциал эмиттера VT1 положительный и является пороговым напряжением U_ПОР, величина его определяется выражением U_ПОР=5-17R4/(R4+R9+R10). При возникновении помехи, уровень которой меньше значения U_ПОР, состояние транзисторов не меняется.

С поступлением кодового сигнала выпрямленные импульсы из ВУ через диод VD1 подаются на конденсатор С1, напряжение U_C на котором, а следовательно, и на базе транзистора VT1, начинает повышаться. Когда напряжение на базе превысит значение U_ПОР, в транзисторе VT1 появится коллекторный ток, что приведет к открытию транзистора VT2. С дальнейшим увеличением напряжения U_C этот процесс продолжается, в итоге оба транзистора придут в насыщение.

 

Рис.3.12 Схема устройства контроля импульсной работы

 

С окончанием кодового импульса начинается спад напряжения U_С и процесс закрытия транзисторов, который заканчивается, когда напряжение на базе VT1 достигает значения U_ПОР. Для повышения стабильности усилителя VT1, VT2 в схеме предусмотрена отрицательная обратная связь, осуществляемая с помощью резистора R9.

Итак, при поступлении кодового импульса транзистор VT2 открывается, на его коллекторе выделяется положительное напряжение и конденсатор С6 получает положительный заряд. В кодовом интервале транзистор VT2 закрыт, и конденсатор С5 получает отрицательный заряд. Таким образом, сигналы противоположной полярности поступают на выводы 4 и 29 микросборки DA1.

На вывод DA1:10 поступают импульсы 10кГц, в момент действия импульса транзистор DA1-VT1 открывается, потенциал на выводе DA1:2 снижается и становится меньше напряжения стабилизации стабилитрона VD5, ввиду чего ток через светодиод оптопары DA1-OD1 не протекает.

В интервале транзистор DA1-VT1 закрывается, ввиду чего в цепи светодиода оптопары DA1-OD1 возникает ток, если напряжение источника +15В больше напряжения стабилизации стабилитрона VD5. Таким образом, контролируется уровень питающего напряжения +15В.

Если конденсатор С6 заряжен (поступает импульс кода), то транзистор DA1-VT2 работает в импульсном режиме. Когда транзистор закрыт, то конденсатор DA1-C1 заряжается, когда транзистор открыт, то на базу транзистора DA1-VT3 с конденсатора DA1-C1 поступает отрицательное напряжение, из-за чего этот транзистор p-n-p типа открывается. Через светодиод оптопары DA1-OD2 протекает импульсный ток 10кГц. Если к тому же на конденсаторе С5 имеется отрицательный заряд (он его получил в интервале кода), то на вход преобразователя DA1-П (схема преобразователя П представлена рис.3.12, в нижней левой его части) поступают отрицательные импульсы, преобразуемые им в двухполярные с уровнем 15В. Импульсы с выхода DA1-П через конденсатор DA1-C2 поступают на базу транзистора DA1-VT8, из-за чего через светодиоды оптопар U1 и U2 и светодиод HL5 протекает импульсный ток 10кГц. Создаваемые при этом сигналы на фотодиодах оптопар U1 и U2 поступают на функциональные узлы ПД-КЭБ, а свечение светодиода HL5 указывает на поступление кода.

Схема сравнения.

Схем а СС (рис.3.13) содержит микросборку DA2, в которой имеется согласующий каскад DA2-CK1 для сигнала, поступающего с ВУ, согласующие каскады DA2-CK2, СК3 для сигналов, поступающих с микро ЭВМ; выпрямительный мост VD1; модулятор на транзисторах VT1 и VT2; опорный элемент VD5; микросборка DA3, содержащая оптопары OD1…OD6.

Согласующие каскады преобразуют однополярные сигналы ВУ и микро ЭВМ в двухполярные более высокого уровня (12В). Эти сигналы поступают на одну диагональ моста VD1. Если эти сигналы одинаковы по длительности и противоположны по знаку, то на другой диагонали выделяется непрерывное напряжение более 20В, достаточное для срабатывания опорного элемента VD5 и прохождения тока через светодиод оптопары DA3-OD1.

 

Рис.3.13 Схема сравнения и ячейки памяти

 

Если сигналы с ВУ и микро ЭВМ не совпадают, то уровень выходного напряжения диодного моста становится недостаточным для срабатывания элемента VD5. Непрерывный сигнал с диагонали моста поступает также на модулятор VT1, VT2. На базу транзистора VT1 подается положительное напряжение через фотодиод оптопары U2, находящейся в УКИР. Если из рельсовой линии поступает кодовый сигнал достаточного уровня, то фотодиод возбуждается с частотой 10кГц. При возбуждении фотодиода транзисторы VT1 и VT2 открываются, из-за чего ток в светодиоде оптопары DA3-OD1 прекращается. Когда фотодиод теряет возбуждение, транзисторы VT1 и VT2 закрываются, через светодиод начинает протекать ток. Таким образом, при приеме кода из рельсовой линии через светодиод оптопары DA3-OD1 протекает импульсный ток 10кГц. При этом с выхода DA2-CK1 следуют двухполярные колебания, которые через диод DA2-VD1 поступают на конденсатор С5, создавая на нем отрицательное напряжение. Это отрицательное напряжение поступает через вывод 4 микросборки DA3 (первый вход схемы И) на фотодиод оптопары DA3-OD1, благодаря чему транзистор DA3-VT1 работает в импульсном режиме.

На выводе 22 микросборки DA2 в течении нечетного цикла действует положительный импульс, в течении четного цикла на выводе 23 формируется отрицательный импульс. Положительный импульс через вывод 8 микросборки DA3 (второй вход схемы И) поступает на фотодиод оптопары DA3-OD2, благодаря чему транзистор DA3-VT2 работает в импульсном режиме. Положительные импульсы, снимаемые с коллектора этого транзистора (выход схемы И), преобразуются с помощью конденсатора DA3-C1 и диода DA3-VD1 в отрицательные и поступают через диод DA3-VD2 на базу транзистора DA3-VT3 (вход первой ячейки памяти). В отсутствии отрицательных импульсов транзистор DA3-VT3 не может открыться из-за высокого значения сопротивления резистора, подключенного к его базе.

Запуск первой ячейки памяти происходит так. До поступления положительного импульса цикла конденсатор С7 устройства запуска (У3) находится в заряженном состоянии. С поступлением положительного импульса цикла открывается транзистор DA2-VT1, благодаря чему цепь светодиода оптопары U1 УЗ замыкается, фототиристор этой оптопары включается, и конденсатор С7 через диод VD4 отдает часть заряда конденсатору DA3-C3, что создает положительное напряжение на эмиттере транзистора DA3-VT3, обеспечивая последнему ключевой режим. Таким образом, через светодиоды оптопар DA3-OD3, OD6 начинает протекать импульсный ток. Если конденсатор С3 заряжен, то импульсы поступают на базу транзистора DA3-VT5. импульсный режим работы этого транзистора обеспечивает постоянный подзаряд конденсатора DA3-C3 и, следовательно, ключевой режим транзистора DA3-VT3.

В случае перерыва поступления импульсов на базу транзистора DA3-VT3 на время 0,3-0,4мс конденсатор DA3-C3, не получая подзарядки, разряжается через частично открытый транзистор DA3-VT3. при возобновлении поступления импульсов транзистор DA3-VT3 не работает в ключевом режиме, и прохождение импульсов через этот транзистор не восстанавливается.

Восстановление трансляции импульсов произойдет при поступлении следующего положительного импульса цикла, когда УЗ зарядит конденсатор DA3-C3.

При смене цикла на вход разрешения второй ячейки памяти (вывод 26 микросборки DA3) поступает отрицательное напряжение, а положительное напряжение на выводе 22 микросборки DA2 снижается, однако, благодаря конденсатору С6 положительное напряжение на входе разрешения 1ЯП (вывод 8 микросборки DA3) некоторое время удерживается. Поступление отрицательного напряжения на вывод DA3:26 и импульсов на вывод DA3:24 обеспечивает запуск 2ЯП, т.е. заряд конденсатора DA3-C6. После запуска 2ЯП импульсы из УКИР через транзисторный ключ DA2-VT2 поступают на выход ячейки (вывод DA3:28). Выходные импульсы через триггер Шмита D3.4 поступают на ключ А1”-VT1, создающий на конденсаторе А1”-С2 отрицательное напряжение, которое подается на фотодиод оптопары А1”-U1. через светодиод этой оптопары проходят импульсы 10кГц, в результате чего отрицательные импульсы этой частоты поступают в канал Ж через оптопары.

 

Рис. 3.14 Схема канала Ж

 

Выставленный на выходе микро ЭВМ код в параллельной форме, полученный в результате расшифровки кодового сигнала, подается на схему логики выделения (СЛВ). В СЛВ каждый разряд этого кода преобразуется в сигнал, уровень которого достаточен для возбуждения соответствующего сигнального реле при полной исправности приемника.

СЛВ содержит три идентичные канала: Ж, З и К, выполненных на микросборках. На рис.3.14 представлена схема канала Ж. Она содержит микросборку DA3, трансформатор Т2, диодный мост VD7.1 и светодиод HL2. Микросборка DA3 содержит схему И, на тактовый вход которой (вывод 2) поступает импульсный сигнал 10кГц из второй ячейки памяти через транзисторный ключ, находящийся в микросборке DA4 (канал К), на первый вход (вывод 4) – сигнал из микро ЭВМ (с выхода Р1.3 микро ЭВМ через инвертор DD3.1), а на второй вход (вывод 10) – импульсы из УКИР (DA1).

Работа СЛВ происходит следующим образом. При наступлении четного цикла сигнал 10кГц из второй ячейки памяти начинает поступать на светодиод оптопары DA3-OD1. если при этом из буферного элемента DD3.1 поступает единичный сигнал, то фотодиод оптопары DA3-OD1 возбуждается с частотой 10кГц, благодаря чему транзистор DA3-VT1 работает в импульсном режиме. Когда транзистор закрыт, то конденсатор DA3-C1 заряжается, когда транзистор открыт, то конденсатор DA3-C1 отдает часть заряда конденсатору С3, благодаря чему на конденсаторе С3 образуется отрицательный потенциал. Под действием импульсов, поступающих из УКИР, транзистор DA3-VT2 работает в импульсном режиме. При этом коллекторный ток возбуждает светодиод оптопары DA3-OD2 с частотой 10кГц, что приводит к возбуждению с такой же частотой фотодиода этой оптопары. Таким образом на вход преобразователя DA3-П (схема преобразователя П приводится в левой части рис.3.14) поступает однополярная импульсная последовательность 10кГц, преобразуемая в двухполярные колебания. Эти колебания через конденсатор DA3-C2 поступают на первичную обмотку трансформатора Т2, которые далее выпрямляются диодным мостом VD7.1, благодаря чему на внешних выводах приемника 42-72 создается напряжение, достаточное для срабатывания реле Ж. В нечетном цикле поступление импульсов на DA3:2 прекращается, однако импульсы на вход DA3-П продолжают поступать за счет заряда конденсатора С3. при занятии рельсовой цепи прекращается поступление импульсов из УКИР и реле Ж отпускает якорь.