LKJ2000检修培训

LKJ2000监控装置检修培训,河南思维自动化设备有限公司2009年11月,2,目录,第一章 概述第二章 监控装置的电路原理第三章 故障处理的一般方法第四章 常见故障的处理,3,第一章 概 述,1.1 监控装置的特点 1.2 系统的构成 1.3 装置的硬件性能,4,1.1 装置的主要特点,LKJ2000型监控装置是机车运行的安全监控设备，它能协助司机有效地防止“二冒一超”等事故的发生。装置是在铁道部科教司、运输局领导下，由河南思维自动化设备有限公司、株洲电力机车研究所及北方交通大学联合研制的新型列车超速防护设备。它是在信号设备的发展及铁路大提速的形势下，在LKJ-93型列车运行监控记录装置的成功应用基础上，借鉴国外先进ATP及ATC技术，采用了先进的32位微处理器技术、数字信号处理技术，并结合多年来监控装置的运用经验,研制而成的更新换代产品。主要特点有：,5,1.1 装置的主要特点,1、装置的基本工作方式是将运行全程线路的参数事先存储于主机中，作为监控工作的依据，并能够与地面信息交换, 采用车载或车载数据与地面信息相结合的控制模式。2、系统采用双机热备冗余方式（模块级冗余），当主机出现故障的情况下，自动切换到备机工作，当任意一个单元或通道出现故障的情况下，自动启用备用单元或通道，大大提高了工作的可靠性。3、采用先进的32位微处理MC68332作为系统主CPU，具有较高的执行速度、控制精度，较高的稳定性和很强的数据处理能力。,6,1.1 装置的主要特点,4、采用控制器局域网（CAN）作为系统内部通讯方式进行数据交换。CAN总线器件本身带CRC校验功能，具有高强的检错与容错的能力，使数据传输可靠性进一步提高。5、监控功能的制动模式限速曲线采用实时计算，并考虑客/货车，制动机种类、线路坡度等因素对制动距离的影响，使制动距离尽量接近于实际。6、对故障导向的安全措施作了较多的考虑。对速度信息故障、机车信号信息故障、过绝缘节校正故障，通讯故障等都有具体的的处理。,7,1.1 装置的主要特点,7、采用10英寸TFT高亮度液晶显示屏（也可选用数码显示器）作为显示界面，以图形、文字、曲线的方式预示前方的桥隧、坡道、曲线、车站、道岔、线路限速等情况，使装置与司机之间更好地交换信息。8、具备大容量IC卡读写功能，能够解决对乘务员的参数输入，临时限速的控制，大交路大轮乘文件转储困难等问题。9、具备列车事故状态记录器（黑匣子），可以详细记录事故前30分钟的内容，结构合理，不易损坏。,8,1.1 装置的主要特点,10、在系统内比LKJ-93型多安装了机车闸缸压力传感器，可以记录和检查机车小闸使用的情况。 11、采用带背光面膜，光线暗时，面膜自动点亮，方便操作。 12、采用6U标准插件及机箱结构，具有灵活、维修方便等优点。 13、系统电磁兼容性满足IEC61000标准三级要求，抗干扰能力强，工作可靠性高。,9,1.2 系统组成,LKJ2000型监控装置采用了分布式系统结构，使系统组织灵活、配置方便；分布式的数据采集和预处理可以提高采样精度，同时可以大大减轻主CPU的工作负担。主CPU系统以及各模块间通过完全隔离的串行总线联接，减少了相互间的干扰，从而使系统有很高的可靠性。分布式的系统结构要有一种分布式的总线作为底层依托，我们使用CAN总线做为新一代监控装置的总线方式，CAN是专门用于工业自动化领域的一种网络，不同于以太网等管理及信息处理网络，其物理层特性和网络协议更加强调工业自动化的底层监控。它采用了最新的技术及独特的设计，各项性能远高于已经陈旧的其它现场通讯总线。,10,1.2 系统组成,系统结构如下图所示，它由主机箱、显示器、速度传感器、压力传感器、双针速度表、转储器、事故状态记录器构成，并与SJ-93或SJ-94通用式机车信号一起构成一个超速防护系统。,11,1.2 系统组成,系统机构图,12,1.2.1系统组成主机箱,主机箱采用6U（高度）160（插件深度）插件的标准机箱，宽度为84R，外形尺寸为534mm（宽）340mm（深）358mm（高）。主机箱为系统控制中心，其内部由A、B两组完全相同的控制单元组成（左边为A组、右边为B组）。每组含有8个插件位置（包括一个预留的插件）,两组插件在机箱内对称排列。这7个插件从中心往两边排列依次是监控记录插件、地面信息插件、通信插件、模拟量输入/出插件、数字量输入插件、数字量输入/出插件、电源插件。装置内插件布置如图1-3。机箱采用后盖板对外出线方式。所有输入输出信号均通过机箱后盖板连接器引出。所有110V信号引入线均有滤波、浪涌吸收及电气隔离，以防止机车各种电气干扰对监控装置正常工作的影响。,13,1.2.1系统组成主机箱,监控记录,信息处理,通信,模拟量入出,扩展通信,数字量输入,数字入出,电源,主机箱外形示意图,14,1.2.1系统组成主机箱,插件布置图,15,1.2.2系统组成屏幕显示器,屏幕显示器是一个10英寸TFT高亮度彩色液晶显示屏，可以使装置与司机之间更好地交换信息，它以屏幕滚动方式显示实际运行速度轨迹曲线及模式限制速度（或线路允许速度）曲线，以图形、符号、汉字来显示地面信号机的位置、种类以及运行线路的曲线、坡道、桥梁、隧道及道口等信息，同时可显示指导性优化操纵运行速度曲线和手柄级位曲线，以便提示或引导乘务员操作，便于司机认真执行规章制度，改善司机操纵水平，保证列车安全、正点。,16,1.2.2系统组成屏幕显示器,屏幕显示器示意图,17,1.2.3系统组成双针速度表,双针速度表以直观的指针方式指示列车实际运行速度及限制速度值。,18,1.2.4系统组成转储器,用于将车载记录数据转录到转储器内，再将此数据转发到地面微机中。转储器的容量为 8M字节。,19,1.2.5系统组成事故状态记录器,存储列车事故发生前一定时间内高密度记录数据（30分钟），并具有抗冲击、防水及耐高温等性能。,20,1.2.6系统组成传感器,1速度传感器 提供列车运行速度信息，速度传感器安装于机车轮轴上。装置适配于光电式速度传感器或其它脉冲式速度传感器。 2压力传感器 给装置提供列车管压力、均衡风缸压力及机车制动缸压力信号。可以记录和检查机车小闸下闸的情况。,21,1.3.1 装置的硬件性能主机箱,一、主机箱 主机箱是装置的核心，装置的主要功能均由它完成。1、技术性能（1）CPU和时钟基准 监控记录插件： MC68332 fosc=16MHz 通讯插件： DS80C320MCL fosc=11.0592MHz 地面信息处理插件： TMS320F206 fosc=20MHz（2）存贮器配置 监控记录插件： 程序用EPROM 1MB 地面数据用EPROM 1MB（可扩充至2MB） 记录数据RAM 2MB 通讯插件： 程序用EPROM 32KB 数据缓冲RAM 32KB 地面信息处理插件：程序用（CPU） 32KB,22,1.3.1 装置的硬件性能主机箱,（3）数字量光电隔离式输入通道 50V量程输入通道： 通道数=16 110V量程输入通道：通道数=8 （4）数字量输出通道 输出通道数：7 数字量输出方式：继电器触点输出 触点寿命：10万次 所有接点均可在110V电控阀负载下可靠工作（5）频率量输入接口 通道数： 4 信号幅值范围： 0V40V(峰峰值) 信号频率范围： 16KHz（脉冲方波或正弦波交流信号）,23,1.3.1 装置的硬件性能主机箱,（6）模拟量输入通道 通道数： 7 输入信号范围： 05V（7）模拟量输出通道 A、速度表指针驱动 通道数： 2 输出幅值范围： 020mA B、里程计驱动 通道数： 1 信号幅值： 24VDC 脉冲宽度： 200ms,24,1.3.1 装置的硬件性能主机箱,（8）日历时钟 走时误差： 每月不大于60秒（9）绝缘节检测接口 适用于国内已有的移频、交流计数、双频点式及极频制式。（10）电源技术参数 A、输入电压 77V137V B、输出 +5V2% 3A +12V5% 1A -12V5% 1A +24V2% 0.4A +15V5% 0.65A 供速度传感器用 +15V5% 0.65A 供压力传感器用,25,1.3.1 装置的硬件性能主机箱,（11）电源保护 输入欠压保护，75V6V，可自恢复； 输入过压保护，140V2V，可自恢复；（12）通讯接口 与转储器通讯接口： 符合RS-232规范； 与显示器通讯接口： 双路CAN通信； 与IC卡通讯接口： 符合RS-485规范； 与机车或车辆总线接口：符合RS485/422 （HDLC）规范（预留） 与事故状态记录器接口：双路CAN通信；,26,1.3.2 装置的硬件性能主机箱部件,2、主机箱内部件主机箱内安装了14块插件、一块母板、一块过压抑制板、一块后盖板。装置的主要电路都在14块插件内。母板是插座板，通过印制线把各插件连接起来，过压抑制板上主要有滤波器电路和时间继电器电路，后盖板上安装有主机箱对外的连接插座和电源开关。（1）插件机箱内有14块插件（7种）。插件面板宽度为R的整数倍（1R=5.08mm）。每块插件附有防插错机构。插件插入机箱时切勿用力过猛，以免损坏防插错机构。另外，每块插件的捏手都标出了插件的名称及编号，检修时应查看，以免弄错。各插件的功能和电路原理将在后面章节介绍。（2）母板母板正面装有16个48芯和16个96芯插座，每组（一个48芯和一个96芯）插座与一块插件对应。母板的背面装有四个48芯插座（X17、X18、X19、X20）。插件的对外引线通过母板的印制线分别与这四个插座相连，然后通过内部联线送到后盖板的航空插座上。,27,1.3.2 装置的硬件性能主机箱部件,（3）过压抑制板过压抑制板由瞬变干扰信号吸收电路和电源滤波电路、延时继电器三部分组成，安装在后盖板内侧。电源滤波器由LC电路构成，110V进来后，经过滤波电感L201，电容C201，C202和C203滤波，得到一个比较平稳的直流电压，送给电源插件。具体原理说明见以后章节。此板继电器输出电流200mA，输入电压允许变化范围在70V140V之间。时间继电器设定时间为3分钟，在装置出厂时已调好。如果时间不在1805秒，可调整电阻R17。当装置出现严重故障后，110V电源被送到时间继电器的输入端，这时，司机必须在3分钟内切除装置电源，否则时间继电器会启动制动设备紧急排风。,28,1.3.2 装置的硬件性能主机箱部件,（4）后盖板主机箱后盖板装有一个电源开关。当电源开关拨到“开”位时，装置得电。当装置故障时，司机应将开关拨“关”位切断监控装置电源。主机箱后盖板还装有一个26芯插座（X30），二个14芯插座（X31、X37），一个20芯插座（X32），一个16芯插座（X33），一个30芯插座（X34），一个12芯插座（X36），二个10芯插座（X38、X39），供对外连接布线用。,29,1.3.3 装置的硬件性能屏幕显示器,三、屏幕显示器显示器作人机对话用，操作者可通过键盘将信息送给装置，同时，装置也通过显示、语音对使用者进行操作指导。通常一套装置有二个显示器，分别安装在端和端。,30,1.3.3 装置的硬件性能屏幕显示器,1、屏幕显示器技术性能 （1）CPU和时钟基准 兼容PC/AT总线。 低功耗80486DX-100MHz CPU。 （2）存储器配置 内存： 512KB 电子盘： 8MB 400KB 内置固态盘 512KB EPROM固态盘 配置Flash EPROM信息不受电池供电影响 （3）键盘 21个薄膜开关按键,31,1.3.3 装置的硬件性能屏幕显示器,（4）显示屏：采用TFT高亮度彩色液晶屏 分辨率：640480 显示面积：212158（mm） 亮度直径：0.33mm 水平视角：120 垂直视角：90 亮度：300CD/M2（5）报警与语音提示 最大输出功率： 2W 语音信噪比： 40db（6）故障报警蜂鸣器： 1个（7）通讯接口： 与主机采用CAN总线通信方式（8）对外连接座。,32,第二章 装置的电路原理,2.1 系统原理 2.2 监控记录插件原理 2.3 地面信息处理插件原理 2.4 通信插件原理 2.5 模拟量输入/出插件原理 2.6 数字量输入插件原理 2.7 数字量输入/出插件原理 2.8 电源插件原理 2.9 过压抑制板原理 2.10 屏幕显示器硬件原理 2.11 母板的主要功能 2.12 扩展通信板的主要功能,33,2.1.1 系统原理系统说明,一、系统说明LKJ2000型监控装置车载部分主要由主机箱、显示器、事故状态记录器（选件）、速度传感器、压力传感器、双针速度表组成。装置主机采用双套热备冗余工作方式，由A、B两组完全独立的控制单元组成，每组单元都有完整的信号输入及控制输出接口模块连接，单元内部各不带CPU的插件之间采用VME并行总线与监控记录插件连接，不带CPU的插件包括模拟量输入/出插件、数字量输入插件、数字量输入/出插件及电源插件；带CPU的插件之间采用CAN标准串行总线连接，这些模块包括监控记录插件、地面信息处理插件及通信插件。系统内部串行通信网络也采用A、B两组冗余方式。A、B组两个监控记录插件之间采用同步通信方式进行数据交换。主机箱与显示器及事故状态记录器之间采用与主机箱内部网络相同的双路CAN网络进行连接。系统原理框图如下图所示：,34,2.1.1 系统原理系统说明,35,2.1.1 系统原理系统说明,监控记录插件的MC68332系统是监控装置的核心。它负责对各种外部信息进行采样并根据采集的数据和自行设定的数据对制动设备进行控制。色灯信号及机车工况信息由MC68332通过数字量输入插件、数字量输入/出插件的并行口采集。模拟量输入/出插件负责频率信号、模拟信号的采集（输入）及输出： 模拟量输入信号通过模拟量输入/出插件的信号条件变换电路、A/D转换器进行A/D转换后，送上数据总线，由MC68332进行读取、处理。 速度、转速信号通过模拟量输入/出插件信号的信号条件变换电路后送到MC68332的TP输入口，由MC68332再进行处理。 速度输出信号由MC68332输出，通过模拟量输入/出插件的信号调整电路，D/A转换、V/I转换后驱动双针速度表。 原边电流、原边电压信号经模拟量输入/出插件上“乘法器”电路处理后，产生原边功率信号（频率信号），送入MC68332的TP输入口,36,2.1.1 系统原理系统说明,通信插件通过CAN总线与MC68332交换信息，通过RS485串口与外部设备（如TAX2）交换信息。地面信息处理插件通过CAN总线接收MC68332送出的信号制式，送出的过绝缘节（JYJ）信息则送到MC68332的外部中断IRQ4端，由监控记录插件的CPU进行过机校正处理。同时地面信息处理插件（含点式信息接收模块），接收点式信息发码装置发送的点式信息，并通过双口RAM实现与TMS320系统之间的信息传递。并通过CAN总线把点式信息传送给监控记录插件。常用制动、紧急制动继电器接点输出由MC68332通过数字量输入/出插件的并行口控制。MC68332通过CAN总线与显示器、事故状态记录器交换信息。机车110V电源经过过压抑制板进行滤波及干扰信号吸收处理后送入电源板进行电源变换产生5V、15V、24V、12V等各路输出电压。,37,2.1.2 系统原理VME总线概述,二、VME总线概述1、VME总线是在VERSA总线和欧洲板结构基础上提出的开放式32位标准总线，是用于实现信息传输的公共通路（VME是Versa Module Europa的缩写 ）。VME总线的最大实际传输率可达30Mbps，其所有传输均采用异步控制方式，地址和数据均以非多路复用的并行方式传输。2、VME总线结构：VME总线采用标准96针DIN416针型连接器实现总线连接。3、VME总线主要由四组总线构成：A、数据传输总线：用于传输地址和数据信号。 它包括：寻址线 A01-A31、AM0-AM5（地址修改码）、LWORD（长字）。 数据线 D00-D31； 控制线 AS（地址选通）、DS0-DS1（数据选通）、 BERR（总线出错）、DTACK(数据传输应答）、WRITE（写信号）。,38,2.1.2 系统原理VME总线概述,B、仲裁总线：用于多处理器对总线资源占用权的裁决。它包括：Bg0In Bg3In（总线授权03输入）、Bg0OutBg3Out（总线授权03输出）、BR0 BR3(总线请求0-3)、BBSY（总线忙）、BCLR（总线清除）。C、优先中断总线：主要用于突发事件响应和处理。它包括：IRQ1 IRQ7（中断请求）、IACK（中断应答）、IACKIN（中断应答输入）、IACKOUT（中断应答输出）。D、公用总线：主要用于给各VME总线系统中功能模块提供服务。它包括：SYSRESET（系统复位）、SYSCLK（系统时钟，16MHZ，占空比50%）、ERCLK（串行时钟）、SERDAT（串行数据）、ACFAIL（交流故障）、SYSFAIL（系统故障）。4、LKJ2000型中VME总线采用单总线连接器，96条信号线，支持16位数据线，24位地址线。由母板上的各96针插座和各插件板上的96针插头共同实现VME结构。,39,2.1.3 系统原理CAN总线,三、CAN总线CAN(ControllerAreaNetwork)属于现场总线的范畴，它是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络，现场总线是当今自动化领域技术发展的热点之一，被誉为自动化领域的计算机局域网。它的出现为分布式控制系统实现各节点之间实时、可靠的数据通信提供了强有力的技术支持 。较之目前许多RS-485基于R线构建的分布式控制系统而言，基于CAN总线的分布式控制系统在以下方面具有明显的优越性：,40,2.1.3 系统原理CAN总线,首先，CAN控制器工作于多主方式，网络中的各节点都可根据总线访问优先权(取决于报文标识符)采用无损结构的逐位仲裁的方式竞争向总线发送数据，且CAN协议废除了站地址编码，而代之以对通信数据进行编码，这可使不同的节点同时接收到相同的数据，这些特点使得CAN总线构成的网络各节点之间的数据通信实时性强，并且容易构成冗余结构，提高系统的可靠性和系统的灵活性。而利用RS-485只能构成主从式结构系统，通信方式也只能以主站轮询的方式进行，系统的实时性、可靠性较差；,41,2.1.3 系统原理CAN总线,其次，CAN总线通过CAN控制器接口芯片82C250的两个输出端CANH和CANL与物理总线相连，而CANH端的状态只能是高电平或悬浮状态，CANL端只能是低电平或悬浮状态。这就保证不会出现象在RS-485网络中，当系统有错误，出现多节点同时向总线发送数据时，导致总线呈现短路，从而损坏某些节点的现象。而且CAN节点在错误严重的情况下具有自动关闭输出功能，以使总线上其他节点的操作不受影响，从而保证不会出现象在网络中，因个别节点出现问题，使得总线处于“死锁”状态。,42,2.1.3 系统原理CAN总线,而且，CAN具有的完善的通信协议可由CAN控制器芯片及其接口芯片来实现，从而大大降低系统开发难度，缩短了开发周期，这些是只仅仅有电气协议的RS-485所无法比拟的。另外，与其它现场总线比较而言，CAN总线是具有通信速率高、容易实现、且性价比高等诸多特点的一种已形成国际标准的现场总线。这些也是目前CAN总线应用于众多领域，具有强劲的市场竞争力的重要原因。,43,2.1.4 系统原理双机热备原理介绍,四、双机热备工作原理介绍为了提高工作可靠性，系统采用双机主从热备冗余方式，系统主机由A、B两组完全独立控制单元组成， 如下图所示：,44,2.1.4 系统原理双机热备原理介绍,系统双机冗余结构示意图,45,2.1.4 系统原理双机热备原理介绍,1、双机中两个单元互为热备，两个单元同时工作，一个处于主机工作状态，另一个处于备机工作状态，一旦主机单元任何一块插件或插件上的某一通道发生故障时，备机单元的相应插件或相应通道将马上投入工作（电源插件和监控记录插件除外）。当主机单元的监控记录插件或电源插件发生故障时，备机单元将马上转为主机工作状态，故障单元将自动退出主机工作状态。监控记录插件的1B灯点亮，表示其正处于主机工作状态。2、双机中每组单元都有完整的信号输入及控制输出接口模块。每组单元中110V等级数字量输入/输出模块、50V等级数字量输入模块及模拟量输入/输出模块均是不带CPU的插件，这些插件与主机CPU是通过VME总线方式连接，而地面信息处理、通信、显示器等单元部件，本身都有独立的CPU来处理本单元的信息，这些单元与主机CPU之间通过CAN串行总线来交换信息。,46,2.1.4 系统原理双机热备原理介绍,3、系统内部CAN串行通信网络也采用A、B组冗余方式工作。A、B两组总线同时进行发送和接收，复位时系统以CANA为主，当CANA出现故障时自动切换至以CANB为主。4、为了保证记录的数据的完整性和唯一性，备机不进行主动记录，备机记录的数据来源于主机。,47,2.1.5 系统原理电路原理分析方法,五、电路原理分析方法由于LKJ2000型监控装置是一个多CPU系统，所以要明确各CPU的工作任务及相互之间的密切联系，要注意各CPU间信息交换方式。深入理解LKJ2000型比LKJ-93A型新增的双机冗余、CAN总线、VME总线等知识。在理解系统原理的基础上理解各插件的电路原理，学习各插件原理时，了解各主要芯片的功能、作用及其实现方法，弄清各信号的走向。监控装置各功能模块以欧洲标准的插件方式联接，通过母板完成各插件的CAN总线连接、VME总线连接、输入/输出信号的连接。所以要通过母板明确各插件间的联系。,48,2.2 监控记录插件原理,监控记录插件负责完成监控运行参数的记录和同步，通过CAN总线及VME总线与其它插件或装置进行数据信息交换，并具有将所记录的数据向转储器传送的功能。其原理如下图所示：,49,2.2 监控记录插件原理,监控记录插件原理框图,50,2.2 监控记录插件原理,本插件是监控装置的核心，它以32位单片机MC68332为核心器件。其主要的功能包括：1、以预先存储在EPROM(U5、U6)内的线路运行参数为依据，通过实时检测列车速度，计算列车的走行距离和限制速度，从而不断确定和校正列车的位置和控制速度；2、确定列车距信号机的距离，检测列车速度是否超过限速；3、实时采样列车制动管压力和内燃机柴油机转速或电力机车原边电流、电压；,51,2.2 监控记录插件原理,4、控制数字量输入，继电器输出；5、完成监控运行状态参数的记录和同步；6、提供系统内部的日历时钟；7、通过同步通信实现工作主机与热备主机之间的数据交换；8、通过双路CAN串行通信总线或VME并行总线实现对系统其它功能模块的控制与管理。9、文件的转储传送功能；10、向地面信息处理插件传递当前地面轨道电路信号制式及闭塞方法，并以中断方式接收地面信息处理插件的过节信号。,52,2.2.1 监控记录插件原理器件说明,一、本插件主要器件说明（一）主CPU介绍 1、LKJ2000型监控装置的主CPU选用MOTOROLA公司生产MC68K系列的MC68332，其主要性能与LKJ-93型主CPU（8097BH）主要性能比较说明如下表所示：,53,2.2.1 监控记录插件原理器件说明,CUP性能比较,54,2.2.1 监控记录插件原理器件说明,2、新型监控装置采用MC68332作为主CPU的优点：（1）由于具备高速输入功能，使得速度、转速等脉冲信号的测量变得非常容易，不需复杂的外部电路，其高速通道的分辨率为0.2s，可获得相当高的测量精度。（2）PWM输出功能使模拟量输出功能更容易实现，无需D/A转换器。（3）尽管MC68332还不能称为故障安全型CPU，但它具备很强的故障处理功能，可处理各种外部及内部故障，包括：中断错误、总线错误、非法指令、地址错误、格式错误及除零错误等。作为以故障安全为研究重点之一的新型监控来说，MC68332的故障安全性能非常重要。,55,2.2.1 监控记录插件原理器件说明,（4）MC68332最高可达16.78M的工作频率；采用流水线工作方式（即取指令和执行指令可重叠进行），此功能大大加快了CPU运行速度，使得其处理速度远远高于普通的微处理器，复杂的制动计算因而变得快速而准确。（5）芯片的寻址范围宽、内部片选功能有利于最小的CPU模块单元的组成。其内部数据处理能力达32位（外部数据总线宽度为16 位），具有16M字节的寻址空间，无需扩充地址总线即可满足寻址要求。（6）其内置异步和同步通信接口、内部RAM以及内部片选逻辑功能大大简化了外围电路的设计，特别是它的内部定时处理器单元（TPU）可以脱离CPU独立工作，以相当高的分辨率专门处理16路输入/输出通道，一方面大大减轻了CPU负担，另一方面也提高了速度、距离及转速等参数的测量精度。,56,2.2.1 监控记录插件原理器件说明,3、MC68332的组成模块MC68332是采用模块化结构的芯片。具有不同功能的模块被设计在一个芯片内，这些模块主要有：中央处理器CPU32、系统集成模块SIM、队列串行模块QSM、片上存储器RAM、定时处理器TPU等。 模块功能见下页图：,57,2.2.1 监控记录插件原理器件说明,68332功能模块,58,2.2.1 监控记录插件原理器件说明,MC68332的组成模块,59,2.2.2监控记录插件原理CPU最小系统,二、CPU最小系统1、板内系统总线 （1）数据总线D0-D15 （2）地址总线A0-A23 （3）控制总线,60,2、复位电路(DS1232)监控装置系统复位信号流程如下图 ：,复位信号流程示意图,2.2.2监控记录插件原理CPU最小系统,61,3、晶体振荡电路MC68332 的最高工作频率为 16.78 MHz，本设计中采用外部 EXTAL 提供 16MHz 的频率信号作为系统时钟。频率产生由内置振荡电路和 U37四脚晶振来完成。 4、面板指示灯驱动电路U16（HC273）用来点亮面板指示灯(HL1A/BHL4A/B)，U36 用来点亮面板指示灯(HL5A/BHL8A/B)。 当 HC273 输出为“0”时，点亮面板灯，为“1”时灭灯。U16及 U36 的数据闩入脉冲 CLK 由片选信号 CS2和 A16/或后形成，在 R/W 的上升沿，CLK将 MC68332 送到总线上的数据锁存到 U16 及 U36 中。HC273 的 CLR（清零端接）RESET（复位信号）。HC273 是带有清零端的八D锁存器。,2.2.2监控记录插件原理CPU最小系统,62,5、存储器电路及时钟电路 （1）数据与程序存储器电路 U3/U4 27C4001、U5/U6 27C801（2）运行数据记录存储器电路U11(低8位）、U12（高8位）、U13 (低8位）、U14 （高8位），（DS1250）用于存储运行记录文件 （3）时钟电路 时钟电路由挂在数据总线上的自带备用电池的RAM芯片U15（DS1386）及其外围电路组成.,2.2.2监控记录插件原理CPU最小系统,63,2.2.3 串行通信接口,三、串行通信接口主CPU（MC68332）的队列串行模块QSM提供了两个串行通信接口：A、串行通信接口SCI，为异步串行通信接口；B、队列式串行外部接口QSPI，为同步串行通信接口，用于与带有同步接口的外设通信。本插件中，用异步串行通信接口实现监控主机与转储器之间的通信，用队列式同步串行外部接口实现主备双机实时记录数据的一致性。,64,2.2.4 双路CAN总线通信电路,四、双路CAN总线通信电路1、双路CAN供电电路 2、双路CAN总线电路CAN总线是最早在我国得到应用的现场串行通信数据总线之一，它完成ISO/OSI国际标准七层框架中物理层和数据链路层功能。其主要特点有：A、多主机依据优先进行总线访问；B、无破坏性，基于竞争的仲裁；C、借助接收滤波的多地址帧传送；D、远程数据请求；E、配置灵活性；F、系统宽度数据相容性；G、错误检测和出错信令；H、发送期间丢失仲裁或出错的帧可自动重新发送；I、暂时错误和永久性故障节点的判别以及故障节点的自动脱离；J、CAN总线标准支持全双工通信，传输速率可达1Mbps,节点数可达256个。其容错能力和抗干扰能力强，传输安全性高。,65,2.2.4 双路CAN总线通信电路,LKJ2000型监控装置系统内部采用CAN总线作为串行通信网络，并采用CANA、CANB两组冗余方式工作，以提高设备工作的可靠性。LKJ2000系统CAN总线上挂接的模块有：监控记录插件、地面信息处理插件、通信插件、I端显示器、II端显示器以及事故状态记录器。其中每一个模块都分别通过CAN控制器、光电隔离、CAN总线收发器挂接到CANA和CANB两条独立的CAN总线上。,66,2.2.4 双路CAN总线通信电路,双端机车装两个显示器时，在两个显示器内部加接匹配电阻，通过拨动显示器底板上DIP开关S1设置。当S1的5、6设置为ON状态时，R1、R2分别作为CANA、CANB的匹配电阻。（在屏幕显示器与LKJ2000主机连接时，出厂设备已将S1-5、6设置为ON状态）。,67,2.3 地面信息处理插件,地面信息处理插件主要是完成地面轨道电路绝缘节点的识别，为监控记录插件提供用以校正前方信号机距离的绝缘节信号。并留有接收并处理地面轨道点式或叠加信息（哈大线）的接口。LKJ-93A型监控装置的绝缘节检测插件对机车地面感应器信号采用模拟电路进行滤波，而我国铁路信号的制式相对比较复杂，而每一种制式又必须有与之相对应的滤波电路，因此造成电路相对复杂，且不能完全兼顾。为解决上述问题带来的诸多不便，在LKJ2000型监控装置中，采用了数字信号处理（DSP）技术实现数字滤波。,68,2.3 地面信息处理插件,地面信息处理插件的工作原理是把从地面感应器感应上来的信号经过本插件的放大处理，并传送给DSP 处理器，然后由DSP处理器进行滤波、逻辑判断等处理，检测过绝缘节的条件，并把产生的过绝缘节信息以脉冲的形式传送给监控记录插件。地面信息处理插件主要由四个功能单元组成：信息处理及DSP最小系统；模拟量输入单元；信息交换单元（包括接收轨道信息板信息及通过CAN总线交换信息的通信模块）；指示灯驱动电路单元。各个单元的电源供电由系统的电源模块提供。地面信息处理插件电路原理框图如下图所示 :,69,2.3 地面信息处理插件,地面信息处理插件原理框图,70,2.3.1 主要器件介绍,一、本插件主要器件介绍（一）TMS320F206介绍TMS320F206是一种数字信号（DSP）处理芯片。它结合了先进的哈佛总线结构、片内外设、片内存储器和高效专用的指令系统使TMS320F206具备以下优点：1、32K X 16字节的片内快闪EEPROM减少了系统的花费和促进了最小化。2、增强的TMS320结构设计提高了性能与多功能性。3、F206芯片引脚与指令兼容于C203芯片。4、F206 DSP的软件源代码兼容于C1X和C2X DSP且向上兼容与第五代DSP（C5X）。5、新的静态设计技术降低了电源的消耗并提高了对辐射的承受能力。,71,2.3.1 主要器件介绍,数字信号处理器DSP(DigitalSignalProcessor）是在模拟信号变换成数字信号以后进行高速实时处理的专用处理器，其处理速度比最快的CPU还快1050倍。在当今的数字化时代背景下，DSP已成为通信、计算机、消费类电子产品等领域的基础器件，被誉为信息社会革命的旗手。业内人士预言，DSP将是未来集成电路中发展最快的电子产品，并成为电子产品更新换代的决定因素，它将彻底变革人们的工作、学习和生活方式。,72,2.3.2 各单元电路原理介绍,二、各单元电路原理介绍1、信息处理及DSP最小系统2、模拟量输入单元 主要组成元器件是隔离DC-DC变换器W1（DCP010505D）和隔离放大器OP1（ISO124）。地面信息处理插件的设计要求与其它单元要在电气上保持隔离。本插件使用的DC-DC变换器DCP010505D可由单电源实现双路双极性的电压隔离输出，此双路电源输出分别经过R16，C23，C25及R17，C24，C26的滤波，输出电源+5VA和-5VA供放大器使用。隔离放大器ISO124用于模拟轨道信息的隔离传输，此模拟信号经过TLC320AC02的A/D变换后送给DSP处理器TMS320F206。电路如下图2-3-2所示,73,2.3.2 各单元电路原理介绍,模拟量输入单元原理图,74,2.3.2 各单元电路原理介绍,3、信息交换单元 地面信息处理插件与外部交换信息，主要包括两部分，一是地面信息处理插件（含点式信息接收模块），接收点式信息发码装置发送的点式信息，通过双口RAM实现与TMS320系统之间的信息传递。并通过CAN总线把点式信息传送给监控记录插件；二是通过两路CAN总线利用串行通信的方式与监控装置系统其它单元交换信息（在此主要是接监控记录插件实时传送的当前的信号制式信息）。CAN总线协议的实现利用Intel的芯片TN82527，同时设计为两路实现CAN总线级的双路备份工作。另外使用了光耦完成电气隔离。（CAN电路原理参考监控记录插件部分）。信息交换单元的原理如下图所示：,75,2.3.2 各单元电路原理介绍,信息交换的原理框图,76,2.3.2 各单元电路原理介绍,4、指示灯驱动电路本部分由16只发光二极管组成，可用于系统的自检及工作状态指示。主要由U15（74HC273）和U16（74HC273）及一些发光二极管、限流电阻排组成。当某一灯需要点亮时，相应数据端输出低电平。电路如下图所示：74HC273是锁存器，它的片选信号CS3/由三八译码器产生。,77,2.3.2 各单元电路原理介绍,指示灯驱动电路,78,2.4 通信插件原理,通信插件主要完成监控装置与其它设备之间的通信调理，以使不同通信格式、不同通信接口和速率的设备可以和监控主机交换数据。通信插件设置的通信接口有：1、两路半双工RS485通信接口，可分别与TAX2综合监测装置和列车总线连接；2、一路HDLC全双工/半双工通信接口，可与地面点式信息等设备连接；3、两路独立CAN通信接口，与主机内其它挂在CAN总线上的模块通信。通信插件主要由五个功能模块组成：1、CPU最小系统；2、隔离电源；3、CAN通信接口；4、RS485通信接口；5、HDLC通信接口。由插件上的CPU负责与内外设通信及协议转换。所有通信线路均使用独立的隔离电源，其中两路CAN使用主机提供的两路CAN专用隔离电源，对外RS485接口均有静电防护功能。,79,2.4.1 本插件主要器件介绍,一、本插件主要器件介绍芯片SJA1000SJA1000是使用于汽车和通用工业环境控制器局部网（CAN）的独立控制器。该器件同PCA82C200CAN控制器（基本CAN）软件和硬件兼容。另外，该器件实现了新的运行方式（增强CAN），支持具有新功能的CAN2.0B协议规范。主要性能1、引脚同PCA82C200 CAN控制器兼容；2、电气性能同PCA82C200 CAN控制器兼容；3、与PCA82C200软件兼容（缺省方式为基本CAN）；4、扩展接收缓存器（64字节FIFO）；5、支持CAN2.0B协议规范；6、支持11位标识符，同样支持29位标识符；7、位速率高达1Mb/s;8、时钟频率为24MHz;9、可连接各种微处理器接口；10、CAN输出驱动器状态可编程,80,2.4.2 CPU总线及外围芯片,二、CPU总线及外围芯片通信插件CPU总线及外围芯片如下图所示：,CPU总线及外围芯片,81,2.4.4 CAN通信接口电路,三、隔离电源 四、CAN通信接口电路CAN（控制器局域网的缩写）通信接口完成通信插件与监控主机之间的通信。两路CAN电路完全相同，主要由CAN控制器U13和U14（SJA1000），CAN控制接口芯片U11，U12 （82C250）完成。CAN控制接口的斜率控制电阻R29、R31可以根据不同的波特率选择相应的电阻，以达到较好的电磁兼容性的要求。,82,2.4.5 RS485接口电路,五、RS485接口电路 具备两路半双工通信RS485总线，一路已实现与TAX2综合监测装置通信，由U24、U25、U26、U18及有关外围电路组成；另一路预留与列车总线通信，由U27、U28、U29、U19及外围电路组成。两路485接口电路完全相同。,83,2.4.5 RS485接口电路,接口电路图,84,2.4.6 HDLC接口电路,六、HDLC接口电路HDLC是High level Data Link Control的缩写，也叫高级数据链路控制。HDLC接口电路用于实现与点式信号或机车信号接口，电路以U15（HDLC控制器）为核心，由光耦U20U23、MAX487E（U16、U17）及周围电路共同组成。电路如下图所示。,85,2.4.6 HDLC接口电路,HDLC接口电路框图,86,2.4.7 状态指示电路,七、状态指示电路为方便现场使用，插件面板上设置了12个状态指示灯，其中6只黄色发光管指示插件上6路电源情况，其余绿色为2路485，2路CAN，以及2个可软件设置的状态灯。具体排列如右表：,87,2.5 模拟量输入/出插件原理,模拟量输入/出插件是速度传感器、柴油机转速传感器、列车管压力传感器、电力机车原边电流互感器、双针速度表与监控记录插件之间的接口。把速度传感器、转速传感器输入的信号进行调整处理后送到监控主机插件，把压力传感器（三路/四路）、原边电流/电压互感器、输入的信号进行调整处理、模数转换后送到监控记录插件，同时根据监控记录插件指令送出电流信号驱动双针速度表，送出脉冲信号驱动里程计。本插件有功率测量电路，根据原边电压和原边电流以频率的形式输出原边功率到监控记录插件。,88,2.5 模拟量输入/出插件原理,本插件通过2个插头X1、X2与母板相连。X2上的信号是VME总线，用于和监控记录插件之间传送数据。X1上的信号主要是和机车传感器之间输入输出的模拟信号和频率信号。下面仅对X1的信号作一说明：,89,2.5 模拟量输入/出插件原理,ESO： 送往监控记录插件的柴速频率信号。V0V2： 送往监控记录插件的3路速度频率信号。FPO： 送往监控记录插件的原边功率频率信号。VT0VT2： 速度传感器送来的3路速度信号。VTG： 速度信号的公共地。ESI、ESG： 柴速传感器送来的1路柴速信号。FCI、FCG： 原边电流互感器送来的原边电流信号。FVI、FVG： 原边电压互感器送来的原边电压信号。GY0GY3：机车压力传感器送来的电压信号，包括列车管压力、总风缸压力、I端和II端均衡风缸压力等。,90,2.5 模拟量输入/出插件原理,LCJ： 监控记录插件送来的里程计脉冲信号，该信号目前为备用。LCO+、LCO-： 送往双针表里程计的脉冲信号。 ASO、ASG： 送往双针表的实际速度电流信号。TSO、TSG： 送往双针表的限制速度电流信号。X12V、X12VG：电源插件送来的供显示器的那路电源。该插件通过一个电源模块产生隔离的2路模拟电路用的电源A+12V和A-12V。15V1、15V1G： 电源插件送来的供速度通道的电源。15V2、15V2G： 电源插件送来的供压力传感器的电源。,91,2.5.1 本插件主要器件介绍,一、本插件主要器件介绍（一）AD7755介绍AD7755是美国模拟器件公司（ADI）生产的高精度功率乘法器，内部包含两路模数转换器（ADC），一个基准电压源和用来计算有功功率的全部信号处理电路。（二）ADG508F介绍 8选1多路模拟开关：,92,2.5.1 本插件主要器件