Файл: Техническая часть.docx

Содержание
			Введение	4
	1		Техническая часть	5
	1.1		Использование цифровых и микропроцессорных устройств
в ЖАТ				5
	1.2		Использование логических ИМС в устройствах и приборах
СЦБ				7
	1.3		Использование микроконтроллеров в устройствах и
приборах СЦБ				8
	2		Технологическая часть	11
	2.1		Обоснование выбора темы	11
	2.2		Исследование принципов работы логических элементов и
последовательностных устройств				12
	2.3		Основы конструкции микроконтроллеров	17
	2.4		Основы программирования микроконтроллеров	19
	3		Безопасность движения	23
	3.1		Общие положения	23
	3.2		Основы надежности полупроводниковых и
микропроцессорных устройств				25
	4		Охрана труда и техника безопасности	27
	4.1		Общие положения	27
	4.2		Требования охраны труда при использовании и техническом
обслуживание				28
		5	Экология. Общие положения. Отрицательные факторы влияния
		5.1
железнодорожного транспорта				31
		6	Экономика	35
		6.1	Общие положения	35
		6.2	Спецификация использованного материала и оборудования	35
		6.3	Расчет фонда заработной платы	37
		6.4	Затраты на электроэнергию	38
			Заключение	42
			Список используемых источников	43
Перечень графического материала Лист 1 (формат А3) принципиальная схема стенда Лист 2 (формат А3) монтажная схема стенда Лист 3 (Формат А3) электронная схема подключенных устройств

---

Введение.
Устройства систем СЦБ и ЖАТ обеспечивают безопасность движения поездов, стабильность перевозки грузов и пассажиров. Ключевой обязанностью работников службы автоматики и телемеханики является обеспечение работоспособности этих устройств, поддержание их в исправном состоянии. Это невозможно без своевременно и качественно выполненных работ по проверке и регулировке всех устройств, их обслуживанию и замене. Для безопасности движения поезда разрабатывается множество систем автоматики. Новые системы разрабатываются на основе цифровой микроэлектронной техники. Множество процессов автоматизировались, происходят без участия человека. Появились такие системы, которые измеряют ток на удалённом расстоянии. Так же и самодиагностика систем. Появляется все больше возможностей для отслеживания состояния приборов, что помогает быстрее найти причины неполадок и соответственно быстрее их устранить. Это существенно упрощает работу.

В данном проекте решается задача оборудование стенда микроэлектронными элементами.

Конструкция стенда представляет собой отдельно выполненные модули на элементной базе транзисторно-транзисторной логике (ТТЛ). Стенд имеет лицевую и монтажную сторону, где на лицевой панели происходит создание нужной логической схемы и индикация его работы, на монтажной стороне находится увязка ТТЛ элементов.
1.Техническая часть

1.1. Использование цифровых и микропроцессорных устройств в ЖАТ.

Первой бесконтактной системой на Российских (Советских) железных дорогах станционной автоматики является система бесконтактного маршрутного набора (БМН), разработана была эта система в Петербургском государственном университете путей сообщения. Она была спроектирована на транзисторных элементах ИЛИ–НЕ и использовалась совместно с релейной исполнительной группой ЭЦ. Применение транзисторов позволило уменьшить габариты блоков ЭЦ, сократить расходы на содержание аппаратуры, повысить надежность действия устройств. Система БМН была внедрена на станциях Резекне (1968 г.) и Обухово (1969 г.) Электронные системы ЭЦ разработки 60-х годов не получили широкого распространения на сети отечественных и зарубежных дорог, так как элементная база, на которых они строились, не являлась перспективной.

Бурное развитие микропроцессорных технических средств за последние 20 лет открыло широкие возможности переоснащения отрасли железнодорожной автоматики и телемеханики. Внедрение в 1984 году первого отечественного микропроцессорного комплекса автоматизации сортировочных горок послужило началом технического перевооружения СЖАТ на принципиально новой элементной базе. За истекший период уже сменилось несколько поколений информационно-вычислительных средств, мини-ЭВМ, микро-ЭВМ, микроконтроллеров, средств диспетчеризации и др. В настоящее время разработчики нового поколения СЖАТ уже широко используют высоко интегрированные одноплатные промышленные компьютеры, программируемые микроконтроллеры, устройства сбора и преобразования информации.

Это позволило создать целую гамму нового поколения СЖАТ. К ним относятся: ДЦ «Сетунь», ДЦ «Юг» с РКП, ДЦ «Диалог», АСДК, РПЦ «Дон», РПЦ «Диалог-Ц», ЭЦ-МПК, ДЦ-МПК, МПЦ «Ebilock-950», АБТЦ, КТСМ-02 и др.

Кроме перечисленных микропроцессорных систем электрической и диспетчерской централизаций, автоблокировки достойное место занимают и системы автоматизации горок. К ним относятся: ГАЦ-МН, ГАЦ-МП, КСАУ КС, КГМ-ПК и ГАЦ-АРС ГТСС.

На базе современных информационных и компьютерных технологий в НПП «Югпромавтоматизация» (г. Ростов-на-Дону) создана и нашла широкое внедрение на сети дорог одна из первых отечественных систем автоматизации контроля, диагностирования и мониторинга устройств ЖАТ, получившая название АДК-СЦБ. Такая система решает следующие основополагающие задачи:

- контроль состояния устройств ЖАТ на станциях и перегонах; автоматическое измерение электрических и временных параметров функционирования устройств СЦБ;

- программная обработка диагностической информации и формирование технических диагнозов состояния предотказов и отказов устройств;

- протоколирование диагнозов и отступлений от установленных норм содержания контролируемых устройств; обмен информацией с существующими СЖАТ;

- централизация результатов диагностирования и мониторинга на уровне дистанции ШЧ и дороги (служба Ш и ЕДЦУ).

Поездной диспетчер на рабочем месте АРМ ДНЦ «Сетунь» , в составе диспетчерской централизации «Сетунь» нового поколения на микропроцессорной основе – это составная и неотъемлемая часть Единого Центра Диспетчерского Управления перевозочным процессом (ЕЦДУ).
1.2. Использование логических ИМС в устройствах и приборах СЦБ.
В 70-е годы в мировой электронике появились интегральные микросхемы (ИМС). Их воздействие на самые различные области человеческой деятельности оказались поистине революционным. Повышение степени интеграции ИМС определило радикальное увеличение сложности решаемых электроникой задач. В устройствах СЖАТ стало возможным заменить электромагнитные реле на ИМС. Работы, проводимые многими научно-исследовательскими организациями и вузами железнодорожного транспорта, определили перспективность и необходимость подобной замены (при существовании, однако, определенных трудностей, связанных со спецификой требований к устройствам СЖАТ). В первую очередь, необходимость применения микроэлектроники обусловлена тем, что материалоемкость ИМС по отношению к используемым электромагнитным реле уменьшается в десятки тысяч раз с соответствующим снижением стоимости аппаратуры, например, меди. Определенную позитивную роль в этом отношении сыграло высвобождение предприятий военно-промышленного комплекса от оборонных заказов и подключение их интеллектуального потенциала и производственных мощностей к разработке и изготовлению аппаратуры СЖАТ. Был разработан и внедрен в эксплуатацию ряд устройств автоматики и телемеханики, в которых применяются наиболее передовые достижения отечественной и зарубежной микроэлектроники. Одновременно с этим заимствуется зарубежный опыт. Некоторые из зарубежных систем СЖАТ проходят опытную эксплуатацию в России с целью определения возможности их адаптации к условиям отечественных железных дорог.

В настоящее время релейные устройства, выполняющие требуемые зависимости стрелок и сигналов, заменяют на электронную аппаратуру, в том числе и на микроэлектронную, включая микропроцессорные ИМС. Выполним анализ количественных соотношений отказов РЦ и входящих в них функциональных узлов во всем объеме перегонных и станционных устройств СЖАТ (по отчетным данным Свердловской железной дороги). Сделанные в результате этого анализа выводы могут быть распространены с определенной степенью точности на любую из дорог РФ или стран СНГ, а также на отечественные устройства СЦБ промышленного транспорта.

Широкое применение находят интегральные микросхемы, имеющие высокую плотность элементов. Интегральная микросхема — это микроэлектронное изделие из монокристалла, выполняющее преобразование и обработку сигналов. Интегральная микросхема состоит из множества элементов (резисторов, конденсаторов, диодов, транзисторов и т. п.), изготовленных в едином технологическом цикле. Применение ИМС позволяет значительно снизить размеры и массу электронных устройств, повысить надежность действия систем, снизить их стоимость и потребление электроэнергии.

Интегральные микросхемы применяют при создании автоматической локомотивной сигнализации единого ряда с непрерывным каналом связи (АЛСН-ЕН), агрегатной системы ДЦ, горочного микропроцессорного комплекса (КГМ), аппаратно-программный комплекс диспетчерского контроля (АПК-ДК), электропитающие панели и т.д. Особенно широко ИМС применяют в вычислительной технике, где используют большое количество стандартных схем. К ним относятся усилители, генераторы, преобразователи, дешифраторы, мультиплексоры, сумматоры, триггеры, счетчики и т. д.

---

1.3. Использование микроконтроллеров в устройствах и приборах СЦБ.

Микроконтроллер — это специальная микросхема, предназначенная для управления различными электронными устройствами. Микроконтроллеры впервые появились в том же году, что и микропроцессоры общего назначения (1971).

Несмотря на то, что микропроцессорные системы называют еще «малообслуживаемыми» системами, они также нуждаются в техническом обслуживании (ТО) постовых и напольных устройств. Правда, технология обслуживания претерпела коренные изменения. Именно, при внедрении микропроцессорных систем железнодорожной автоматики и телемеханики (ЖАТ) стали все чаще применять такое выражение, как техническое обслуживание устройств СЦБ по «состоянию». Оно означает, что процесс технического обслуживания запускается по фактическому состоянию объектов сигнализации, централизации и блокировки (СЦБ). Применение ТО устройств по фактическому состоянию позволяет снизить затраты на обслуживание, количество обслуживаний, число отказов.

Основой такого вида ТО является техническое диагностирование (ТД) и прогнозирование состояния объекта (мониторинг).

Под мониторингом понимается непрерывный во времени контроль технического состояния устройств СЦБ и ЖАТ, постоянная оценка их работоспособности (диагностирование) и выдача сообщений в случаях неисправности этих устройств или предотказного состояния в системе управления и дальнейшего анализа.

Непрерывный или периодический контроль параметров состояния объектов СЦБ и ЖАТ проводят с помощью средств технического диагностирования и мониторинга (СТДМ).

В инфраструктуре ЖАТ для выявления предотказного состояния в устройствах и системах СЦБ, широкое применение нашли такие системы технического диагностирования и мониторинга, как:

1. Аппаратно-программный комплекс диспетчерского контроля (АПК-ДК);

2. Автоматизированная система диспетчерского контроля (АСДК);

3. Автоматизированная система диагностирования и контроля устройств сигнализации, централизации и блокировки (АДК-СЦБ);

4. Контрольно-диагностический комплекс станционных устройств СЦБ горочной зоны (КДК СУ ГАЦ).

Приведенные системы в своем составе имеют различные аналоговые и дискретные датчики сбора, обработки и хранения диагностической информации. Первым этапом данного процесса является сбор и обработка получаемой информации на уровне дистанции СЦБ, которая, в свою очередь, храниться на серверах дистанции. После, собранная информация с помощью сети передачи данных (СПД) поступает на сервер мониторинга дороги.

---

Все перечисленные выше системы, решают следующие основные задачи:

-осуществляют контроль за техническим состоянием устройств СЦБ и ЖАТ;

-производят поиск места и определяют причины отказов;

-прогнозируют техническое состояние устройств и систем СЦБ и ЖАТ.

Для реализации этих задач в хозяйстве автоматики и телемеханики создаются центры технического диагностирования и мониторинга (ЦМ), а в дистанциях СЦБ выделяют специализированные бригады по обработке диагностических данных и обслуживанию устройств ТДМ.

 

2.Технологическая часть.

2.1. Обоснование выбора темы.

Последнее время все чаще поднимаются вопросы повышения безопасности железнодорожных перевозок, оптимизации работы хозяйств СЦБ, необходимости перехода на принципиально новый уровень управления движением поездов. При этом внедряемые технические средства должны быть не просто многофункциональными и надежными, но и высокорентабельными, экономически эффективными. Появление нового поколения средств автоматики и телемеханики, основанного на микропроцессорной элементной базе, привело к тому, что вероятность отказов в новых устройствах железнодорожной автоматики меньше, чем в традиционных релейных устройствах. Цифровая и микропроцессорная техника по габаритам намного меньше старой элементной базы, потребление электроэнергии значительно уменьшилась взамен релейной логики. Затраты на производство и обслуживание модульной микропроцессорной аппаратуры значительно ниже.

Микропроцессорные устройства являются интеллектуальными системами, обладающими возможностью совершенствования путем изменения программного обеспечения и использования более перспективных принципов выполнения (алгоритмов) защиты. Изменение алгоритмов и программ, возможно, осуществлять в ходе эксплуатации. Также цифровые микропроцессорные устройства не требуют использования больших токов и напряжения, потребления ими мощность крайне мала.

В связи с этим изучения работы микропроцессорных устройств в недалеком будущем очень важно.

2.2 Исследование принципов работы логических элементов и последовательностных устройств.
Логические элементы - это элемент, осуществляющий определенные логические зависимость между входными и выходными сигналами. Логические элементы имеют один или несколько входов и один или несколько выходов. Значения «нулей» и «единиц» выходных сигналов логических элементов определяются логической функцией, которую выполняет элемент, и значениями «нулей» и «единиц» входных сигналов, что отправляются на вход. Существуют элементарные логические функции, из которых можно составить любую сложную логическую функцию.

У элементов два состояния логическая «1» и логический «0». За логическую единицу принимают порог напряжения от 2,7 до 5 Вольт, за логический ноль принимают порог напряжения от 0 до 0,5 Вольт. Промежуток от 0,5 до 2,7 Вольт соответствует пренеопределённому состоянию, то есть в этом состояние может приняться как 1 так и 0 никто не может этого предсказать.

Основные логические элементы:

• 
  И сложение (конъюнкция)
  
• 
  ИЛИ умножение (дизъюнкция)
  
• 
  НЕ (отрицание)
  
• 
  исключающая ИЛИ
  

Логический элемент «И» – логическое умножение. Этот логический элемент, выполняет над входными данными операцию конъюнкции или логического умножения. Данный элемент может иметь от 2 до 8 входов (наиболее распространены в производстве элементы «И» с 2, 3, 4 и 8 входами) и один выход.

Условные обозначения логических элементов «И» приведены на рисунке 1. На западных схемах значок элемента «И» имеет прямую черту на входе и закругление на выходе. На отечественных схемах — прямоугольник с символом «&». В тексте логический элемент «И» с тем или иным числом входов обозначается как «2И», «4И» и т.д. означает количество входов элемента.

В таблице 1 истинности для элемента «2И» показано, что на выходе элемента будет логическая единица лишь в том случае, если на всех входах будет логическая единица. В других случаях на выходе будет ноль.


Таблица 1 - Таблица истинности для элемента «2И».

Вход Х1	Вход Х2	Выход Y
0	0	0
1	0	0
0	1	0
1	1	1

Рисунок 1 Условно графическое изображение элемента «2И», на схеме а – отечественный вид; б – зарубежный аналог.
Логический элемент «ИЛИ» – логическое сложение. Логический элемент, выполняющий над входными данными операцию дизъюнкции или логического сложения. Он, так же как и элемент «И» выпускается с двумя, тремя, четырьмя и т. д. входами и с одним выходом обозначаются данные элементы так: 2ИЛИ, 3ИЛИ, 4ИЛИ и т. д. Условные обозначения логических элементов «ИЛИ» показаны на рисунке 2. На западных схемах значок элемента «ИЛИ» имеет закругление на входе и закругление с заострением на выходе. На отечественных схемах — прямоугольник с символом «1».

В таблице 2 истинности для элемента «2ИЛИ» показано, что для появления на выходе логической единицы, достаточно чтобы на одном из входов была логическая еденица. Если логические единицы будут сразу на двух входах, то на выходе также будет единица.

Вход Х1	Вход Х2	Вход Y
0	0	0
1	0	1
0	1	1
1	1	1

Таблица 2 – Таблица истинности для элемента «2ИЛИ»

Рисунок 2 Условно графическое изображение элемента «2ИЛИ», на схеме а – отечественный вид; б – зарубежный аналог.
Логический элемент «НЕ» – отрицание. Логический элемент, выполняющий над входными данными операцию логического отрицания. Данный элемент, имеющий только один вход, называют еще инвертором, поскольку он инвертирует входной сигнал. На рисунке 3 приведено условное обозначение логического элемента «НЕ». На западных схемах значок элемента «НЕ» имеет форму треугольника с кружочком на выходе. На отечественных схемах — прямоугольник с символом «1», с кружком на выходе. В таблице 3 истинности для элемента «НЕ» показано, что высокий потенциал на входе даёт низкий потенциал на выходе и наоборот.
Таблица 3 - Таблица истинности для элемента «НЕ».

Вход Х	Выход Y
0	1
1	0

Рисунок 3 Условно графическое изображение элемента «НЕ», на схеме а – отечественный вид; б – зарубежный аналог.
Логический элемент исключающий «ИЛИ». Логический элемент, выполняющий над входными данными операцию логического сложения по модулю 2, это означает, что складываются входы и если сумма равна 1, то на выходе будет 1, если 2 и 0, то на выходе будет 0. Этот элемент имеет два входа и один выход. Часто данные элементы применяют в схемах контроля. На рисунке 4 приведено условное обозначение данного элемента. Изображение в западных схемах — как у «ИЛИ» с дополнительной изогнутой полоской на стороне входа, в отечественной — как «ИЛИ», только с заменой на «=1».

Этот логический элемент еще называют «неравнозначность». В таблице 4 истинности для исключающего «ИЛИ», показан высокий уровень напряжения будет на выходе лишь тогда, когда сигналы не симметричны, если даже на входе будут одновременно две единицы, на выходе будет ноль — в этом отличие от «ИЛИ».
Таблица 4 - Таблица истинности для исключающего «ИЛИ».

Вход Х1	Вход Х2	Выход Y
0	0	0
1	0	1
0	1	1
1	1	0

Рисунок 4 Условно графическое изображение элемента исключающее «ИЛИ» на схеме а - на российских; б - на зарубежных.
Последовательностным цифровым устройством (ПЦУ) называют устройство, если его выходные сигналы Y зависят не только от значений входных сигналов X, но и от значений, которые он сохранил в «памяти». Последовательным цифровым устройством является: триггер, счетчик.

Триггер - устройство, которое находится в одном из двух устойчивых состояний и переходит из одного в другое под воздействием входного сигнала. По способу приёма информации, триггеры подразделяются на асинхронные и синхронные.




Рисунок 5 Триггеры а - асинхронный, б - синхронный.
Счетчик – это устройство, которое считывает импульс, и в зависимости от вида счетчика либо последовательно увеличивает счет на выходе, либо уменьшает. В зависимости от направления счёта, счётчики разделяют на суммирующие, вычитающие.




б)

Рисунок 6. Счетчики; а - суммирующий; б – вычитающий.

---

2.3. Основы конструкции микроконтроллеров.

Микроконтроллер (МК) является микросхемой, который состоит из:

- устройства ввода/вывода информации;

- управляющего устройства (УУ);

- арифметико-логического устройства (АЛУ);

- запоминающего устройства (ЗУ).



Рисунок 7. Архитектура типового микроконтроллера.

Устройство ввода/вывода информации. Для ввода/вывода информации используются порты. Порты классифицируются по типу сигнала:

– цифровые порты – которые работают с цифровыми сигналами, логическими “нулями” и логическими “единицами”;

- аналоговые порты – которые работают с аналоговыми сигналами, использующими плавно весь диапазон входных напряжений от нуля вольт до напряжения питания МК;

- смешанные порты – они могут оперативно переключаться с режима “цифровой порт” в режим “аналоговый порт”, и обратно.

Устройство управления. Коды операции команд программы, воспринимаемые управляющей частью микропроцессора, расшифрованные и преобразованные в ней, дают информацию о том, какие операции надо выполнить, где в памяти расположены данные, куда надо направить результат и где расположена следующая за выполняемой команда.

Арифметико-логическое устройство. Для выполнения арифметических и логических операций.

Запоминающее устройство, для записи выполненной логической операции, для последующей модуляции этой операции.

Принцип работы микроконтроллера. Несмотря на сложное устройство принцип работы микроконтроллера очень прост. Он основан на аналоговом принципе действия. Система понимает лишь две команды («есть сигнал», «нет сигнала»). Из этих сигналов в его память вписывается код определенной команды. Когда МК считывает команду, он ее выполняет.

В каждом из МК прописаны свои базовые наборы команд. И только их он способен принимать и выполнять. Сочетая отдельные команды между собой, можно написать уникальную программу, по которой будет работать любое электронное устройство именно так, как требуется.

---