Universitatea Politehnica Bucureşti Facultatea Transporturi Catedra Telecomenzi si Electronică in Transporturi
-ProiectSisteme de dirijare a trafcului eroviar
Sutdent: Proesor indrumator:
1.Tema proiectului
Sa se proiecteze o schema care sa simuleze functionarea unui post central pentru monitorizarea circulatiei feroviare (dispecer) cu urmatoarele speci!catii minime" a# Se proiecteaza proiecteaza schema de detectie a materialului rulant# $# Se proiecteaza proiecteaza schema de a!sare a semnalelor semnalelor luminoase cu posi$ilitatea de detectie a arderii unui $ec# c# Sunt analizate analizate defectiun defectiunile ile care care ar putea sa apara in circulatie si se semnalizeaza corespunzator in postul central# d# Se vor analiza cel putin putin % aspecte care tin de !a$ilitatea sistemului realizat# e# Solutiile alese tre$uie &usti!cate' pentru !ecare !ecare se vor reprezenta avanta&e si dezavanta&e#
2.Introducere ntroducere instalatiei de dispecer
3.Schema bloc
Bloc de alimentare ++-v
Bloc de detectie a materialului
Bloc de alimentare de rezerva ++-v
Bloc de alimentar e %,
Bloc de procesar e
Bloc de alimentar e de rezerva %,
Bloc de alimentar e *+,
Bloc de alimentar e %, din uC
Blocul semnalelor luminoase
Bloc de a!sare
Bloc de alimentar e de rezerva *+,
Bloc de alimentar e de rezerva %, din uC
locul de alimentare ! Conecteaza sistemul de monitorizarea circulatiei feroviare la reteaua electrica prin furnizarea calitatii necesare de current electric pentru asiurarea unei $une functionari#
locul de detectie a materialului rulant . ,eri!ca prezenta trenurilor prin diferite metode(circuite de cale sau numaratoare de osii in cazul nostru cu $o$ina) enerandu/se astfel date care urmeaza a ! prelucrate# locul de procesare . Prelucreaza datele care au fost enerate de catre $locul de detectie a materialului rulant si le transforma in informatii pe care controlorii de tra!c feroviar le analizeaza si iau deciziile necesare# 0cesta prelucreaza si datele $locului de semnalizare care ia decizia potrivita pentru aprinderea $ecului corespunzator# locul semnalelor luminoase . Semnalele luminoase permit sau restrictioneaza accesul materialului rulant pe zone indicand restrictiile prin culorile rosu al$en si verde# Pe lana modalitatea clasica de conectare a circuitului pentru a a!sa semnalele tre$uie avut in vedere situatia in care se poate defecta un $ec si va ! nevoie de un mod de functionare de rezerva# locul de afsare . Permite a!sarea semnaleleor luminoase care au fost sta$ilite in urma proceselor de decizionare# Semnalele sunt a!sate pe semafoarele de pe calea ferata si in cadrul dispecerului prin PC conectat la semafoare# 0cest $loc ia deciziile semnalelor luminoase din proramul microcontrolerului# locul de alimentare de re"erva . ntrucat se poate intampla sa se intrerupa alimentarea principala a circuitului din diferite cauze tre$uie sa e1iste o alimentare de rezerva pentru ca procesul de monitorizare a tra!cului sa !e continuu pana se remediaza defectiunea astfel se pot crea pro$lem cum ar !" intarzieri si accidente feroviare#
#.locul de alimentare
Blocul de alimentare pentru circuitul de detectie si cel de decizie si comanda este impartit in doua categorii : cel principal si unul sau mai multe de rezerva; ele fiind conectate la reteaua nationala in mai multe puncte(surse). Sunt necesare blocurile de rezerva deoarce defectarea blocurilor principale si lipsa unor alte sisiteme auxiliare cauzeaza pierderi material,financiare dar ce este mai grav pierderea de vieti omenesti. Deasemenea blocurile de rezerva asigura o functionare limitata a sisitemului in cazul in care pe calea ferata apar distrugeri cauzate de factorul uman(frurturi,distrugeri,etc) Pentru circuitul de procesare si becuri vom folosi o sursa stabilizata de !, respectiv v montata alaturi de blocul de procesare. "ceasta are urmatoare sc#ema electrica:
0ceasta are la intrare ++-, de la reteaua nationala si furnizeazaza in secundar o tensiune de %, c#ao punte redresaore formata din diode *n2--% care are pe !ecare alternanta o scadere de tensiune de *2, din valoarea efectiva data de secundarul transformatorului care insa este redata de condensator astfel incat la intrarea sta$ilizatorului vom avea o tensiune rezultata de %2, in ol# Sta$ilizatorul este de tipul 3456*+CT care furnnizeaza la iesirea acestuia o tensiune constanta de *+, iar apoi un 3456-%CT care furnizeaza tensiunea continua de %,#
5.Blocul de detectie a materialului rulant
Sesi"orul de cale$detectorul de osii%
0re rol in detectia prezentei materialului rulant#El poate ! amplasat pe lunimea sectorului functionand dupa urmatorul aloritm" 3a intrarea trenului in sectorul de cale se transmite un impuls care actioneaza sesizorul' acesta incepe contorizarea osiilor # 7upa iesirea trenului din sectorul respectiv sezizorul intra intr/o stare de 8repaus9 # Ca sesizor de cale vom folosi $o$ine#
Condensatorul C* este unul standard de 25-nF la tensiunea de %--, folosit pentru !ltrare impreuna cu 3* si este standard pentru toate aparatele electrice in special motoare de curent alternativ# Transformatorul co$orator de tensiune T:* foloseste tensiunea de ++-, din primar si *+,in secundar in functie de ;uctuatiile campului manetic prin $o$ina 3* atunci cand o roata de tren trece prin &urul acesteia si o transmite transformatorului T:+ care o co$oara la randul lui din *+, in una de %, in secundarul acestuia# Tensiunea aceasta de curent alternativ din secundarul transformatorului T:+ este apoi introdusa intr/o punte redresoare formata cu diode standard *<2--% !ltrata cu a&utorul unui condensator electrolitic de *--uF=*+, si transmisa
sta$lizatorului de tensiune 34563-%# Condensatorii C> si C2 sunt pentru decuplarea circuitului interat respectiv !ltra& la frecvente inalte a tensiunii de iesire# Circuitul sesizor contine o $o$ina care va ! in;uentata ?n momentul trecerii rotii de tren pe deasupra modi!ca inductanta acesteia si ca urmare tensiunea de la iesire initial relata pentru a ! nula va deveni diferita de zero# n momentul in care roata de tren trece pe deasupra circuitului oscilant starea de echili$ru al cicuitelor manetice va ! pertu$ata si astfel va ! indusa tensiune si in primarul transformatorului respectiv la aparea pe C2 tensiunea de %,#n principal $o$ina 3* in paralel cu C* se comporta ca un !ltru trece &os al frecventei de %- @z# 0tenuarea tensiunii de *+, din secundarul T:* devine nula in momentul pertur$arii caracteristicii acestui !ltru de roata trenului frecventa de taiere crescand la o armonica de *-- @z sau %-- @z deci tensiunea aceasta siur va aparea in primarul T:+# 0cesta este un detector capa$il sa semnalizeze prezenta trenului pe sectorul de $loc chiar daca acesta este stationat# Bo$inele 3* si 3+ sunt de tipul BAU:--@T/ ++-, ++U@ *D0 alimentate de la reteaua nationala de enerie# 7etalii despre BAU:--@T/++-," Bo$ina de curenti mari ++U@ *D0 *% nductanta" ++G@ Toleranta inductantei" H *% :ezistenta ma1ima in current continuu" 6---Gohmi Current continuu" *D0 Current alternativ" *D0 7imensiunea carcasei" >+#%*mm 1 *I#%*mm 4iezul $o$inei" radial
0lte detalii" Functioneaza la temperature de pana la L+-- MC radiatii manetice sla$e Tensiune de alimentare mare Se poate monta vertical sau orizontal Pret de productie si vanzare mic (apro1imativ +% :A<) Functio$eaza la temperature intre /%% si L+-- MC 0plicatii in" 0parate care lucreaza la temperature inalte convertoare current continuu / curent continuu Filtre E4
&.locul de procesare: Blocul de procesare este format dintr/un microcontroler 0T4ea>+ deoarece acesta are 2- de pini =A ce pot ! folositi atat pentru detectie cat si interfata de semnalizare sau $locul de procesare# Contine deasemenea un circuit de oscilatie de frecventa de *I4@z si inca unul de reset pentru reinitializarea acestuia in caz de defectiune# 0cesta este alimentat la o sursa de %, prezentata mai sus cu circuitul reulator de tensiune 3456-%CT ailmentata tot de la ++-, si care se a;a tot in punctul in care se a;a si microcontrolerul# 7ispozitivele de detectie sunt conectate la pinii P7%(pin *D) si P7I(pin +-) ai microcontrolerului# Circuitul de procesare va mai avea un crcuit de reset pe care il va actiona operatorul in cazul raspunsului eronat al acestuia# Proramul microcontrolerului " mpulsul la trecerea $o$ina detector intrare conecteaza pinul microcontrolerului PB*(7etector intrare) la %, din sursa de alimentare microcontrolerul sesizand atunci N*O loic# 0cesta are o $ucla repetitiva care memoreaza starea pinului intr/un reistru intern de uz eneral (de e1emplu r*6)# n momentul sesizarii starii de N-O loic la $ornele lui PB* contorul din interiorul microcontrolerului isi va sista activitatea# 0ceasta com$inatie rezulta ca trenul va intra in statie ( va veni din partea stana)# n momentul trecerii materialului rulant prin $o$ina detector iesire pinul PB+ va ! conectat la N*O loic# n alta $ucla repetitiva microcontrolerul va scadea din valoarea reistrului de uz eneral cate o unitate de !ecare data cand va sesiza N*O loic la $ornele lui PB+# :ezulta ca trenul va iesi din statie# Pentru a sesiza ca trenul vine din partea dreapta aloritmul va ! invers# 0cest lucru va ! sesizat in functie de proramul
microcontrolerului in functie de care $o$ina va incepe prima contorizarea osiilor# Pinul PB5(stare $ecuri=detector material rulant) ia de la P0-/ P0> starea $ecurilor(de la PB>/PBI pinul PB5 va prelua Q*Q loic prin transmitere de tensiune de la PB>/PBI)# 7aca PB5 preia Q*Q loic de la PB2/PBI rezulta ca $ecul este aprins si nu va mai transmite Q*Q loic catre a!sa&ul cu leduri# n caz de arderea unui $ec microcontrolerul in pinul PB5(detectie stare $ecuri) nu va mai ! transmisa tensiune pe care microcontrolerul o interpreteaza ca N*O loic(deci va avea Q-Q loic) si transmite PB5 mai departe catre a!sa&ul cu led/uri(led/ul respectiv pentru $ecul respectiv) Q*Q loic pentru aprinderea ledului respectiv# Schema bocului de procesare:
'etalii despre (Tme)a 32:
0Tmea >+ este un microcontroller C4AS de >+ $iti de mica putere $azat pe arhitectura :SC 0,: ?m$unătăRită# 7ispune de un set de *>* de instructiuni si >+ de reiştrii de uz eneral# Cele >+ de reistre sunt direct adresa$ile de Unitatea 3oică şi 0ritmetică (03U) permiRnd accesarea a două reistre independente ?ntr/o sinură instrucRiune# Se o$Rine astfel o e!cienRă sporită ?n
e1ecuRie (de pnă la zece ori mai rapide dect microcontrorelerele convenRionale CSC)# Caracteristicile principale ale acestuia sunt" >+B de memorie Flash reinscripti$ilă pentru stocarea proramelor ' *B de memorie :04 ' *B de memorie EEP:A4 ' două numărătoare=temporizatoare de 6 $iRi ' un numărător=temporizator de *I $iRi ' conRine un convertor analo . diital de *- $iRi cu intrări multiple ' conRine un comparator analoic ' conRine un modul US0:T pentru comunicaRie serială (port serial) ' dispune de un cronometru cu oscilator intern ' oferă >+ de linii =A oranizate ?n patru porturi (P0 PB PC P7)# E1istă o maistrală enerală de date la care sunt conectate mai multe module" unitatea aritmetică şi loică (03U) ' reistrele enerale ' memoria :04 şi memoria EEP:A4 ' liniile de intrare (porturile . =A 3ines) şi celelalte $locuri de intrare=ieşire# 0ceste ultime module sunt controlate de un set special de reistre !ecare modul avnd asociat un număr de reistre speci!ce#
*.locul semnalelor luminoase:
Blocul de semnalizare contine 2 semnale Jal$en ,erde :osu si :osu de rezerva# 0cestea sunt alimentate la *+, si au o putere de incandescenta de +% # Sunt comandate de relee prin pinii microcontrolerului PB> PB2 PB% si PBI (2 % I 5) prin punerea la masa in interiorul acestuia actiune ce inseamna un nivel loic de N-O sau N*O(%,)# Pentru calculul rezistentelor puse la intrarea in microcontroler se calculeaza in functie de PU de unde rezulta +#*0 si astfel vom putea calcula :(*+/%)v=+#*0>#> Ahm de putere() sau >#2 cu apro1imatie de putere(V) Pincipiul de semnalizare este urmatorul" microcontrolerul 0tmea >+ comanda pinii PB> PB2 PB% PBI PB5 (2%I56 ) cu * loic corespunzatori releelor de actionare :eleu* :eleu+ :eleu> :eleu2 inchizandu/le circuitul de alimentare# Prin acestea va incepe sa circule curent din sursa de alimentare de lana microcontroler si isi vor atrae contactele comform secventei :eleu*/ rosu :eleu+/ al$en :eleu> / verde :eleu2 / rosu de rezerva# Contactele !ind atrase vor conecta $ecurile la masa fapt ce determina aprinderea acestora# Comanda se va face pentru !ecare $ec in parte situatia cand doua $ecuri ar putea ! aprinse simultan este eliminata din soft# Becurile pot ! cu du$lu !lament pentru protectia la ardere# Pentru aprinderea $ecului de al$en microcontrolerul poate primi comanda din statia de aparteneta# n cazul in care $ecul rosu al$en sau verde se arde in pinul PB5(stare $ecuri=detectie material rulant) nu va mai ! transmisa tensiune pe care microcontrolerul o interpreteaza ca N*O loic si va pune in functiune $ecul de rezerva aferent prin pinul PBI(rosu de rezerva)#
Schema blocului semnalelor luminoase:
8.Blocul de afisare
$a afisare vom folosi led%uri de &!, 'm" legate la pinii portului P al microcontrolerului prin rezistente de protectie de : *+(%&)!,'"+ -.
7aca diferenta dintre contorizari este diferita de zero va ! transmisa tensiune catre pinul led/ului pentru detectia materialului rulant( P72 ) care microcontrolerul o va interpreta cu Q*Q loic deci rezulta ca linia este ocupata si se va aprinde led/ul de a!sare# n caz de arderea unui $ec microcontrolerul in pinul PB5( stare $ecuri#detectie material rulant) nu va mai ! transmisa tensiune pe care microcontrolerul o interpreteaza ca N*O loic(deci va avea Q-Q loic) si transmite PB5 mai departe catre a!sa&ul cu led/uri(led/ul respectiv pentru $ecul respectiv) Q*Q loic pentru aprinderea ledului respectiv# Detectia arderii focului de verde poate constitui si un raspuns eronat din partea instalatiei si nu unul fals, de aceea acest lucru mai este semnalat si de mecanicul in statie sau de acarii care pot verifica acest lucru in teren.
+.Schema fnala
1,.'eectiuni
7esi componentele tra!cului feroviar prezinta un rad mare de siuranta pot aparea pro$lem infunctionarea acestora despre care e de preferat sa se stie dinainte#n acest fel se pot tine su$ o$servatie si se poate interveni in timp util pentru a nu pune in pericol siuranta transportului pe caile ferate# Posi$ile e1emple ale defectarii !ecarui $loc de linie in parte" Pentru a preintampina pro$leme ce pot aparea in alimentarea sistemului $locul de alimentare a fost dotat cu o alimentare de rezerva #0stfel in cazul unor pene de curent deteriorari ale ca$lurilor din alimentarea principala furtul sau distruerea unor componente din alimentarea principala sistemul este alimentat prin alimentarea de rezerva pana la remedierea situatiei fara a ! pusa in pericol circulatia pe calea ferata# n cadrul $locului de detectiepot aparea pro$leme in detectarea osiilor atunci cand unul dintre contactele asnam$lului de detectie se defecteaza sau apar erori#0cest lucru poate ! dedus de operatorul uman atunci cand desi este stiut ca sectorul de cale este li$er se o$serva ca sistemul il considera ocupat#n acest caz se reseteaza sistemul si daca nu a fost o eroare de soft se veri!ca senzorii# n cadrul $locului de semnalizare pot aparea pro$leme atunci cand unul din $ecurile de al$en sau verde se ard#7in acest motiv $ecurile sunt de tip $i!lament iar atunci cand un !lament se arde se trece pe al doilea !lament#Se considera ca acest lucru se poate intampla in ma1im un interval al veri!carilor periodice si poate ! detectat in timp util# A a + pro$lema din cadrul acestui $loc poate aparea situatia in care $ecului de rosu i se poat arde am$ele !lamente#n aceasta situatie raspunsul este considerat unul fals fapt ce pune in pericol circulatia pe calea ferata #Ca masura de siuranta in cadrul semaforului va ! montat un asa numit Nrosu de rezervaO care se va aprinde atunci cand Nrosu de $azaO este ars sau alimentarea
catre el este intrerupta# Faptul ca Nrosu de $azaO este ars si semaforul functioneaza pe rosu de rezerva va ! si detectat de catre microcontroler si va ! sesizat in dispecerat# A pro$lema la $locul de semnalizare o reprezinta lipsa totala a alimentarii acest lucru !ind aproape imposi$il dar s/a luat in considerare si o astfel de variant#n acest caz mecanicul va stationa *% minute asteptand remedierea pro$lemeiin caz contrar va circula cu o viteza de *%Km=h pana la urmatoarea statie# A alta pro$lema care poate aparea la acest $loc consta in defectarea de pe placuta microcontrollerelor sau din cadrul surselor de alimentare a condensatorilor electrolitici#0cestia in daca nu sunt inlocuiti la timp se usuca#n urma acestui fenomen se pot transmite informatii false sau chiar se poate defecta intreul sistem# 11.Solutiile alese *# 0m ales a!sor cu led/uri deoarece necesita un spatiu redus si este o metoda mai simpla si mai utila# 0vanta&e" cost redus spatiu redus 7ezavanta&e" nu rezista la supra tensiuni +#0m ales microcontroler pentru dispecer deoarece este o metoda mai avansata cu care putem face mult mai multe lucruri odata# 3a acest $loc am putut conecta si celelalte $locuri necesitand un spatiu redus# 0vanta&e" cost redusdimensiuni si reutate reduse multifunctionalitate# posi$ilitatea resoftarii# 7ezavanta&e" este suscepti$il la erori softVare ># 0m ales metoda detectarii materialului rulant cu detector de osii cu $o$ina deoarece este o metoda simpla si putin costisitoare si este aproape cea mai folosita metoda cu detectoare de osii# 0vanta&e" cost redus
7ezavanta&e" posi$ilitatea de intrarea in contact cu anumite metale care poate da startul contorizarii osiiloer#
12.iabilitate: n cadrul $locului de control si decizie comunicatia se face prin ca$lu coa1ial du$lat petru a evita distruerea sau deteriorarea acestuia# Pentru protectia microcontrolerului am folosit sta$ilizatoare de tensiune la iesirea $locurilor care sunt conectate la microcontroler si care ii transmite si tensiunea care are nevoie microcontrolerul# Becurile sunt de tip $i!lament iar atunci cand un !lament se arde se trece pe al doilea !lament#Se considera ca acest lucru se poate intampla in ma1im un interval al veri!carilor periodice si poate ! detectat in timp util# n caz de ardere a acestora va ! detectata de microcontroler# 3a acest $loc am folosit relee de siuranta# Pentru pierderea puterii semnalului de pe traseu si pentru conditii optime mai $une se folosesc ca$luri coa1iale si sta$ilizatoare de tensiune#
iblio)rafe
http"==VVV#atmel#com=imaes=doc+%->#pdf
http"==VVV#ViKipedia#com
VVV#alldatasheet#com=7atasheet
