Разработка мультиплексной системы управления электрооборудованием автомобиля КАМАЗ-5490 с использованием контроллера

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

За последние 20 лет автомобильная электроника совершила качественный скачок вперед, который можно сравнить по значимости с переходом от рамного принципа построения автомобилей к несущему кузову. Количество и качество электронных систем достигли такого уровня, что в автомобиле уже сложно найти узел, куда бы не подходили провода от систем управления и диагностики. В результате, современный автомобиль -- это сплав новейших технологий в агрегатостроении и электронике, в котором превалирующую роль постепенно занимает электронная часть. В то время как механические узлы улучшаются по интенсивному пути развития (увеличиваются мощность, эффективность, надежность), электронные системы развиваются по экстенсивному принципу, занимая новые области применения.

На мировом рынке электронных компонентов, автоэлектроника является одним из самых динамично развивающихся секторов, в который выгодно вкладывать средства. Наблюдается устойчивый рост потребления автомобильной индустрией электронных компонентов различной степени интеграции. Причем этот рост слабо подвержен влиянию неблагоприятных экономических факторов. Даже в некоторых подсегментах автомобильной электроники наблюдается более высокий рост: автомобильная промышленность стала за последнее время основным и самым крупным потребителем микроконтроллеров (МК). Примерно каждый выпускаемый в мире 3-й МК находит применение в устройствах автоэлектроники.

Основными причинами такого бурного развития автоэлектроники можно разделить на субъективные и объективные. К субъективным причинам относится распространение средства вычислительной техники в современном обществе. Объективными причинами являются возрастающие требования по безопасности, функциональности и надежности, к снижению массогабаритных показателей автомобильных систем. Применение электронных систем позволяет добиться значительного улучшения этих эксплуатационных свойств автомобиля, так что во многих странах автомобиль без электронных систем уже стал неконкурентоспособным.

Основной путь решения надвигающейся проблемы, по которому идет сейчас автомобильная электроника всего мира, - внедрение принципиально иной схемы управления электрооборудованием, которая базируется на шине интерфейса. Этот путь уже выбрали для себя ведущие мировые автопроизводители, да и в нашей стране предпринимались подобные шаги, в том числе и на КАМАЗе.

программирование контроллер электрооборудование автомобиль



Раздел 1. Аналитическая обзор

1.1 Интерфейсная система

Представим краткое описание принципов интерфейсной системы управления (ИСУ). По существу, ИСУ выделяется использованием упомянутой выше шины интерфейса для передачи сигналов управления между соответствующими контроллерами. Что же представляет собой это непривычное для классической схемы слово "шина"? Это всего лишь от 2-х до 5-ти (в зависимости от типа и метода реализации) параллельно проложенных проводов минимально возможного сечения. Однако эти несколько тонких проводов полностью меняют подход к принципу управления электрооборудованием.

Классический метод управления представляет собой прямую адресацию, при которой нажимаемая клавиша передает сигнал по проводнику непосредственно или через контакты реле на исполнительное устройство. Например, нажали выключатель - включилась лампа. Однако такой принцип управления ведет к тому, что автомобиль неизбежно покрывается паутиной проводов с соответствующим количеством разъемов и контактов. Для каждого нового исполнительного устройства нужно специально прокладывать новые провода, которые пересекаются с проводами основной системы. Результатом, как правило, является переработка нескольких жгутов проводов.

Интерфейсная система передает не сам сигнал включения клавиши, а его "адрес". Цепь прохождения сигнала получается следующая: от выключателя - к контроллеру передающему - по шине интерфейса - к контроллеру принимающему - и затем к исполнительному устройству. Для внедрения новых элементов управления или новых исполнительных устройств достаточно проложить короткий отрезок провода к ближайшему любому контроллеру. В результате все контроллеры будут знать об изменении состояния системы. Если устанавливается новый контроллер, его нужно только связать с шиной в ближайшей точке. Любой контроллер, установленный в любой точке кузова и подключенный к шине интерфейса, будет иметь абсолютно всю информацию об электрооборудовании автомобиля, вплоть до таких частностей, как информация о нажатии любой клавиши, о скорости и оборотах двигателя, а также о температуре, состоянии датчиков и исполнительных устройств. Что дает такое решение? Установка шины интерфейса в автомобиль позволяет значительно повысить функциональность управления электрооборудованием, упростить схему построения жгутов, несколько уменьшить количество разъемных соединений и проводов, сделать дальнейшее совершенствование и развитие системы управления несравнимо более легкой задачей. [1]

Для более полного понимания особенностей интерфейсной системы остановимся на основных функциях, которые она способна выполнять. Отметим, что разработчики не планируют загромоздить панель приборов разноцветными индикаторами и огромным числом выключателей, заменив их многофункциональным жидкокристаллическим дисплеем и клавиатурой. Основной принцип - "ничего лишнего, что может помешать водителю". В базе предусмотрена встроенная система диагностики, в возможности которой входит полный тест всех исполнительных устройств электрооборудования на предмет работоспособности с выдачей информации о неподключенных или неработоспособных устройствах. Наиболее оптимальным является запуск тестовой программы при сходе автомобиля с конвейера перед выездом на испытательный трек. Выполняться она может в автоматическом режиме без участия водителя. А по окончании трекового пробега, взглянув на результат тестирования, водитель должен перегнать автомобиль на стоянку товарных автомобилей, если результат тестирования электрооборудования положительный, или в цех доводки автомобилей - при обнаружении системой неисправности. Данная функция позволит добиться почти 100 % качества сборки электрооборудования. Она же найдет свое применение и при повседневной эксплуатации автомобиля, ведь каждому водителю просто необходимо знать, например, о неисправном контакте стоп-сигнала или габаритного огня, причем сразу после выхода из строя. Эта же функция послужит и для повышения безопасности движения. Кроме того, система диагностики будет способна выполнять все функции диагностического тестера электронного управления двигателем, причем для активации этой возможности достаточно заложить определенную программу в центральный контроллер системы, а информация будет отображаться на встроенном дисплее. Таким образом, создатели готовы развеять недоверие к впрыску у покупателей из глубинки, ведь с таким встроенным устройством найти неисправный датчик можно даже в глухой деревне. Для более полного диагностирования разработчики системы предусмотрели возможность связи с персональным компьютером, на клавиатуре которого будет куда удобнее работать, чем на шести штатных кнопках панели.

Из других функций системы хочется отметить:

- полное отключение абсолютно всех нагрузок, кроме ламп габаритного света;

- включении стартера с последующим восстановлением состояния;

- плавное включение внешней светотехники позволит увеличить срок службы ламп;

- звуковая и световая сигнализация поднятого ручного тормоза при начале движения;

- автоотключение забытых во включенном состоянии фар в светлое время суток или перевод их в экономичный режим в темное время;

- автоматическое включение ближнего света при резком наступлении темноты (например, при въезде в тоннель);

- дублирование работы светотехнического оборудования, т.е. временное выполнение функций вышедшей из строя лампы другими лампами;

- электронная защита от короткого замыкания, с информированием об этом водителя [2].

В большинстве случаев активизация этих и многих других функций решается только программным путем без добавления жгутов и контроллеров.

ИСУ имеет больше перспектив развития и роста возможностей по сравнению с классическим электрооборудованием. Уже сейчас эта система при соответствующей доводке может быть установлена на новые модели. При этом номенклатура комплектующих изделий значительно снизится из-за того, что одни и те же контроллеры соответствующих модулей смогут работать с различными марками и моделями автомобилей. Отметим эту особенность, добавив, что максимальное отличие системы для разных моделей автомобилей будет сводиться только к возможному изменению конструктива [3]. С центрального блока управления задается модель и номер комплектации. Остальное система сделает сама.

Развитие системы. Количество устанавливаемых контроллеров системы может быть в будущем значительно увеличено без серьезного изменения основных жгутов и контроллеров, поскольку новый контроллер можно подключить в любом месте, где есть шина интерфейса, и при этом он будет обладать информацией обо всех процессах системы. При этом не имеет значения, сколько контроллеров работает в сети: 5 или 50.

Расширенная диагностика при помощи обычного персонального компьютера. Планируется принцип осуществления расширенной диагностики любым персональным компьютером. Для этого понадобится стандартный кабель связи для обмена по протоколу RS-232, недорогой переходной блок и программное обеспечение.

1.2 Информационные системы на автотранспорте

Информационные системы, применяемые на автомобильном транспорте, могут отражать: условия движения объекта в потоке транспортных средств при воздействии на него окружающей среды, техническое состояние автомобиля и состояние технологического оборудования и производственного процесса. Эти системы входят в диспетчерские системы управления, автоматизированные системы управления технологическими процессами и ав¬томатизированные системы управления производством.

Для получения оперативной информации об условиях движе¬ния используются контрольно-измерительные приборы. Измеряемые и контролируемые параметры в них отражаются на индикаторах, размещаемых на приборной панели и ветровом стекле. В настоящее время индикаторы контрольно-измерительные приборы объединяются в группы и называются комбинацией приборов (индикаторов). Они предоставляют водителю информацию о скорости движения автомобиля, параметрах работы двигательной установки и агрегатов автомобиля, состоянии генераторной установки и батареи, количестве расходных материалов и топлива в баках [4].

Возросшее число измеряемых и контролируемых параметров на ДВС и автомобиле привело к чрезмерному усложнению приборной панели. Эта проблема хорошо известна разработчикам автоматизированных систем управления техническими процессами. Все показывающие, сигнальные и регистрирующие индикаторы не могут быть размещены на ограниченном пространстве передней панели даже при использовании миниатюрных приборов. Восприятие информации от большого числа источников затруднительно, кроме того, принятие на ее основе правильного решения в ограниченные сроки становится невозможным.

Поэтому отдельные приборы измерения и контроля, применяемые на автомобиле, вытесняются информационно-измерительными системами. В них информация, получаемая от большого числа источников, предварительно обрабатывается и в обобщенном виде поступает на общую панель дисплея для визуального восприятия водителем в виде цифр, букв, аналоговых и дискретных знаков и графиков. Таким образом, происходит переход от измерения отдельных параметров к контролю и измерению процессов. В ряде случаев информационно-измерительная система выдает обобщенные характеристики объекта. Дальнейшее развитие таких систем и использование в них уни¬версальных микропроцессоров, получивших название «бортовой компьютер», позволили осуществить диалоговый режим, в котором система может выдавать советы пользователю для принятия решения в конкретной обстановке. Информация в таких системах выдается в виде визуальных и звуковых (тональных и речевых) сигналов. Это обстоятельство позволяет отнести такие системы по сложности организации информационных потоков к разряду автоматизированных систем управления техническими процессами.

Для устранения избыточности информации, поступающей водителю, в информационных системах используют ряд алгоритмов обработки поступающих в систему данных. Только основные па¬раметры измеряются и контролируются локальными системами и выводятся на индикаторы постоянно. Остальные параметры, подлежащие контролю и измерению, ранжируются по степени важности (приоритетам) и выводятся на индикаторы только при отклонении их от заданных значений. Некоторые параметры контролируются в режиме тестирования перед пуском ДВС и агрегатов. Ряд параметров измеряется периодически, а некоторые контролируются по вызову водителя или обслуживающего персонала [5].

Так как контроллеры современных систем управления строятся исключительно на микропроцессорах, то происходит интеграция различных информационных систем в единую систему управления, измерения и контроля. На современном автомобиле используется информационно-управляющая сеть, содержащая до десятка микропроцессоров на разных уровнях управления.

Для получения информации о техническом состоянии автомобиля перед выездом, в процессе движения и после возвращения на стоянку используются различные контрольно-измерительные приборы, на которые возлагается задача информировать водителя о возникновении аварийных режимов. Водитель, проанализировав полученную информацию- с учетом статистических данных, накопленных им в процессе экс¬плуатации автомобиля, и личной интуиции определяет причину аварийного режима и степень его опасности. Эти операции относятся к функциям систем, обеспечивающих безаварийную эксплуатацию транспортных средств.

На первых этапах создания систем контроля и измерения использовались исключительно простые контрольно-измерительные приборы. В дальнейшем они стали объединяться в бортовые системы контроля.

1.3 Классификация контроллера

1) Страна-производитель.

Некоторое время назад это был очень важный классификационный признак. Считалось, что контроллеры, произведённые в Европе, Америке и Японии, гораздо надежнее, обладают гораздо большим функционалом, чем их «коллеги» из Юго-Восточной Азии и России. В настоящее время этот классификационный признак, скорее всего, потерял актуальность. Российские предприятия набрались опыта и схемотехнические решения у нас подчас даже лучше, чем у западных аналогов. По характеристикам контроллеры-аналоги различных стран-производителей почти не отличаются. Системное и прикладное программное обеспечение либо очень похоже, либо вообще используются стандартизированные продукты (к примеру OS Linux широко используется как на отечественных контроллерах, так и на импортных). Элементная база и в импортных, и в российских контроллерах применяется одна и та же. Кроме того, и отечественные, и европейские, и американские разработчики контроллеров (да и не только контроллеров) в последние годы все чаще размещают производство на одних и тех же площадках в Юго-Восточной Азии. По сути, границы между производителями электроники постепенно исчезают вообще.

На что действительно следует обратить внимание, так это на то, учтена ли при разработке контроллера российская специфика его эксплуатации. К российской специфике можно отнести:

- высокий уровень промышленных помех;

- широкий диапазон изменения параметров атмосферной и промышленной сред;

- возможность информационной связи с рядом морально устаревших, но ещё находящихся в эксплуатации средств автоматизации выпуска российских предприятий 80-х годов;

- возможность информационной связи с рядом морально устаревших, но ещё находящихся в эксплуатации средств автоматизации выпуска российских предприятий 80-х годов;

- низкую культуру оперативного персонала в части общения с вычислительными системами и дисплейными рабочими станциями.

Контроллеры российского производства учитывают российскую специфику их эксплуатации. Но и зарубежные производители также стали адаптировать свои приборы под наши условия, пытаясь занять часть российского рынка. И, справедливости ради, заметим, что сама «специфика» постепенно сходит на нет, развитие персонала, производства и инфраструктуры не стоит на месте.

2) Мощность.

Под обобщённым термином «мощность» понимается разрядность и быстродействие центрального процессора, объём разных видов памяти, число портов и сетевых интерфейсов. Очень часто основным показателем, косвенно характеризующим мощность контроллера и, одновременно, являющимся важнейшей его характеристикой, является число входов и выходов (как аналоговых, так и дискретных), которые могут быть подсоединены к контроллеру. По этому показателю контроллеры подразделяются на следующие классы:

- наноконтроллеры (часто с встроенными функциями), имеющие до 15 входов/выходов;

- малые контроллеры, рассчитанные на 15-100 входов/выходов;

- средние контроллеры, рассчитанные примерно на 100-300 входов/выходов;

- большие контроллеры, рассчитанные примерно на 300-2000 входов/выходов;

- сверхбольшие контроллеры, имеющие примерно от 2000 и более входов/выходов.

Очень важно отметить, что с ростом мощности контроллера растёт его цена. Причем при переходе разница по цене между различными классами контроллеров очень значительна. Одна из задач при разработке системы управления - это чётко зафиксировать число входных и выходных сигналов объекта управления, чтобы избежать лишних затрат при выборе контроллера.

3) Область применения.

Область применения - один из наиболее важных признаков классификации. Область применения контроллера накладывает целый ряд требований к контроллерам и очень сильно сужает круг поиска при разработке систем управления.

Специализированный контроллер со встроенными функциями

Обычно им является минимальный по мощности контроллер, программа действия которого заранее прошита в его памяти, а изменению при эксплуатации подлежат только параметры программы. Число и набор модулей ввода/вывода определяется реализуемыми в нем функциями. Часто такие контроллеры реализуют различные варианты функций регулирования. Основные области применения: локальное управление какой-либо малой технологической установкой или механизмом.

Так, например, управление нагревом муфельной печи имеет смысл осуществить при помощи отдельного температурного контроллера. Во-первых, контроллер можно будет расположить возле самой печи, что избавит от необходимости далеко вести провода от датчиков, а во-вторых, температурные контроллеры, как правило, имеют органы индикации, которые позволят видеть текущее значение температуры.

4) Контроллер для реализации логических зависимостей (коммандоаппарат).

Главные сферы применения такого контроллера: станкостроение, машиностроение, замена релейно-контактных шкафов во всех отраслях промышленности. Он характеризуется прошитой в его памяти развитой библиотекой логических функций и функций блокировки типовых исполнительных механизмов. Для его программирования используются специализированные языки типа релейно-контактных схем. Набор модулей ввода/вывода у такого контроллера рассчитан, в основном, на разнообразные дискретные каналы. Наиболее простыми представителями данного класса контроллеров являются интеллектуальные реле [6].

5) Контроллер, реализующий любые вычислительные и логические функции.

Наиболее распространённый универсальный контроллер, не имеющий ограничений по области применения. Центральный процессор контроллера имеет достаточную мощность, разрядность, память, чтобы выполнять как логические, так и математические функции. Иногда, для усиления его вычислительной мощности, он снабжается ещё и математическим сопроцессором (во многих современных процессорах математический сопроцессор интегрирован в сам кристалл). Инструментальные средства для программирования таких контроллеров, как правило, поддерживают несколько языков программирования, таких как язык релейно-контактных схем, функционально-блоковых диаграмм, язык С, Basic, Pascal и тому подобные. Как правило, также предоставляется большая библиотека уже реализованных логических, математических и коммуникационных функций. В состав модулей ввода/вывода входят модули на всевозможные виды и характеристики каналов (аналоговых, дискретных, импульсных и т. д.).

6) Контроллер противоаварийной защиты.

Он должен отличаться от контроллеров других классов:

- особенно высокой надежностью, достигаемой различными вариантами диагностики и резервирования (например, диагностикой работы отдельных компонентов контроллера в режиме реального времени, наличием основного и резервного контроллеров с одинаковым аппаратным и программным обеспечениями и с модулем синхронизации работы контроллеров, резервированием блоков питания и коммуникационных шин);

- высокой готовностью, т. е. высокой вероятностью того, что объект находится в рабочем режиме (например, не только идентификацией, но и компенсацией неисправных элементов; не просто резервированием, но и восстановлением ошибок программы без прерывания работы контроллеров);

- отказоустойчивостью, когда при любом отказе автоматизируемый процесс переводится в безопасный режим функционирования.

Контроллер цепи противоаварийной защиты должен иметь сертификат, подтверждающий безопасность его работы в цепях противоаварийной защиты.

7) Контроллер телемеханических систем автоматизации.

Данный класс универсальных контроллеров удобен для создания систем диспетчерского контроля и управления распределёнными на местности объектами. В контроллерах данного класса повышенное внимание уделяется программным и техническим компонентам передачи информации на большие расстояния беспроводными линиями связи. В качестве таких линий часто используются УКВ-радиоканалы с обычными или транковыми радиостанциями. При этом возможна передача информации от каждого контроллера в диспетчерский центр, а также эстафетная передача информации по цепи от одного контроллера к другому до достижения диспетчерского центра.

В настоящее время, в связи с большим скачком в развитии сотовой связи, всё большее распространение получает передача информации через сети GSM. По сравнению с транковыми сетями сети GSM имеют ряд достоинств и недостатков, обсуждение которых выходит за рамки данной статьи. Тем не менее отметим, что всё большее количество производителей контроллеров для телемеханических систем автоматизации предлагают коммуникационные модули со встроенными GSM-модемами.

8) Открытость архитектуры.

По структуре контроллеры подразделяются на два класса: контроллеры, имеющие фирменную закрытую структуру, и контроллеры открытой структуры, основанной на одном из магистрально-модульных стандартов.

При закрытой фирменной структуре изменения (модификации) контроллера возможны, обычно, только компонентами производителя. Сами изменения достаточно ограничены и заранее оговорены производителем.

При открытой магистрально-модульной структуре, имеющей стандартный интерфейс для связи центрального процессора с другими модулями контроллера, ситуация кардинально меняется:

- открытость и широкая доступность стандарта на шину, соединяющую модули разного назначения, даёт возможность выпускать в данном стандарте любые модули разным производителям, а разработчикам контроллеров даёт возможность компоновать свои средства из модулей разных фирм;

- возможность любой модификации и перекомпоновки средств путем замены в них отдельных модулей, а не замены самих средств, удешевляет эксплуатацию;

- сборка контроллеров из готовых модулей позволяет точнее учитывать конкретные технические требования и не иметь в них лишних блоков и элементов, не нужных для данного конкретного применения;

- широкая кооперация разных фирм, поддерживающих данный стандарт на шину и работающих в этом стандарте, позволяет пользователям модулей не быть привязанными к конкретному поставщику и иметь широкий выбор необходимой ему продукции.

В качестве примера распространённого стандартного интерфейса для обмена информацией внутри контроллера можно привести интерфейс VME. Эта шина была разработана фирмой Motorola и впоследствии была стандартизирована IEC как ANSI/IEEE 1014-1987 (отечественный аналог - ГОСТ Р МЭК 821-2000).

9) PC-совместимость.

По этому признаку все контроллеры можно разделить на два класса: PC-совместимые и PC-несовместимые. Каждый из этих классов имеет свои достоинства и недостатки.

PC-совместимые контроллеры можно охарактеризовать следующими особенностями:

- они имеют классическую открытую архитектуру IBM PC;

в них используется элементная база, та же, что и у обычных PC;

- они работают под управлением тех же операционных систем, которые широко используются в персональных компьютерах, например Windows, Unix, Linux, QNX;

- программируются они теми же языками, которые используются для разработки программного обеспечения для PC;

- на них, как правило, возможна работа программного обеспечения, разработанного для персональных компьютеров, при наличии требуемых для программного обеспечения аппаратных ресурсов.

PC-несовместимые контроллеры можно охарактеризовать так:

- архитектура контроллеров закрыта, она, как правило, является ноу-хау разработчика;

- элементная база, на которой строятся контроллеры, существенно отличается от используемой в PC, она разная у разных производителей;

- операционные системы, под управлением которых работают контроллеры, совершенно другие, нежели те, которые используются в РС, они часто разрабатываются самими производителями именно для данного типа или линейки контроллеров;

- так как в таких контроллерах практически не используются стандарты, предлагаемые разработчиками распространённых операционных систем для PC, то работа PC-программ на этих контроллерах оказывается невозможной.

Из рассмотренных выше характеристик можно сделать вывод о сравнительных достоинствах и недостатках РС-совместимых и несовместимых контроллеров. РС-совместимые контроллеры по сравнению с РС- несовместимыми контроллерами в целом обладают большей мощностью, легче стыкуются с различными SCADA, MES, ERP системами, системами управления базами данных, открыты для большинства стандартов в областях коммуникаций и программирования, они в среднем дешевле, проще обслуживаются и ремонтируются.

В то же время РС-несовместимые контроллеры лучше учитывают требования промышленной автоматики; их операционные системы гарантируют отклик контроллера на внешнее событие через заданное время (операционные системы реального времени). Они в целом более надежны, так как больше используют наработанные в промышленности способы диагностики и горячего резервирования, обеспечивающие отказоустойчивость системы в целом. В них шире используются возможности связи с различными полевыми шинами.

Достоинства и недостатки каждого из этих видов контроллеров определяют их области использования. РС-несовместимые контроллеры целесообразно применять на нижних уровнях автоматизации, «поближе» к технологическому объекту. Здесь необходимы связь с периферийными устройствами по полевым шинам, исполнение в реальном времени (с гарантированным временем отклика на внешние воздействия) и надёжность. А открытость контроллера для связи со SCADA, MES или СУБД, как правило, не требуется. РС-совместимые же контроллеры целесообразнее применять на верхних уровнях автоматизации, где требования к реальному времени и связи по полевым шинам отсутствуют, зато становятся строже требования по информационной совместимости контроллеров с корпоративными сетями.

10) Конструктивное исполнение.

По конструктивному исполнению контроллеры можно разделить на несколько групп, мы их условно назовем так:

- встраиваемые;

- размещаемые в общий конструктив;

- модульного типа;

11) Встраиваемые контроллеры

Как правило не имеют корпуса, часто конструкция просто крепится на раме. Требований к защитным оболочкам таких контроллеров не предъявляются, поскольку контроллеры встраиваются в общий корпус оборудования и являются неотъемлемой частью этого оборудования.

12) Контроллеры, размещаемые в общий конструктив.

Такие контроллеры характеризуются тем, что все модули - процессорный, коммуникационные, модули ввода-вывода - размещаются в одном конструктиве. В таких контроллерах, как правило, предусматривается некая «материнская» плата с разъёмами, в которые вставляются все модули контроллера.

Конструктивы таких контроллеров бывают как оригинальными, разрабатываемыми производителями, так и стандартизированными. Одним из примеров стандартизированных конструктивов является конструктив Евромеханика (DIN 41494 / IEC 297-1). Стандарт Евромеханика регламентирует ширину, высоту и глубину рамы контроллера.

13) Контроллеры модульного типа.

Контроллеры модульного типа не используют общего конструктива. Каждый модуль таких контроллеров, будь то процессорный модуль или модуль ввода-вывода, имеет собственный корпус. Так как защитную оболочку для каждого модуля сделать проще, чем для всего контроллера, то именно этот тип контроллеров чаще всего выпускают для жёстких условий эксплуатации в исполнениях IP 67 и выше.

Модули контроллеров с внутренней межмодульной шиной на боковых поверхностях имеют контакты для подключения соседних модулей. А модули контроллеров с внешней шиной, как правило, используют для связи между модулями какую-нибудь скоростную полевую шину, например CAN.

Для правильного выбора контроллера применительно к той или иной задаче, конечно, не будет достаточно классифицировать его по тем или иным признакам. Разработчикам АСУ приходится изучать горы литературы и технической документации. Но тем не менее классификация контроллеров позволяет лучше понять их рынок в целом и сократить время на поиск и выбор наиболее подходящей модели.

1.4 Патентный поиск

Устройство контроля за безопасностью движения автомобильного транспорта.

Номер патента: 2193233

Класс(ы) патента: G07C5/08

Номер заявки: 2000126113/09

Дата подачи заявки: 16.10.2000

Дата публикации: 20.11.2002

Заявитель(и): Низовой Анатолий Васильевич; Луканов Николай Иванович; Низовой Виталий Анатольевич

Автор(ы): Низовой А.В.; Луканов Н.И.; Низовой В.А.

Патентообладатель(и): Низовой Анатолий Васильевич; Луканов Николай Иванович; Низовой Виталий Анатольевич

Описание изобретения: Изобретение относится к системам и устройствам, обеспечивающим безопасность движения, а также может использоваться в системах и устройствах для управления транспортными средствами.

Известно "Устройство для навигации наземного транспортного средства с визуальным дисплеем" (патент США 5243528, G 06 F 15/50).

Известное устройство вычисляет и отображает визуально на дисплее маршрут транспортного средства от начального положения до пункта назначения. Данное устройство дорогостоящее и не обеспечивает полного контроля действий водителя.

Другим известным устройством является "Устройство определения положения транспортного средства" (патент CШA 5307278, G 06 F 15/50).

Известное устройство осуществляет измерение и обработку навигационных параметров, связанных с движением транспортного средства, но и данное устройство дорогостоящее и сложно в изготовлении, и также недостаточно осуществляет объективный контроль за действиями водителя транспортного средства.

Наиболее близким к заявляемому изобретению по технической сущности является "Тахограф Кинцле-1318" производства Германии и выпускаемый по лицензии фирмой "ФДО Автомобильные компоненты" на Чистопольском часовом. заводе.

Известное устройство - содержит датчик скорости, тахограф, накопитель информации.

При этом датчик скорости подключается к тахографу, выход которого подключен к накопителю информации.

Известное устройство работает следующим образом. Устройство датчиком скорости подключается взамен штатного спидометра автомобиля или параллельно спидометру. Накопителем информации служит диаграммный диск, выполненный из специальной бумаги. Записав на накопителе информации маршрут движения, водитель вставляет его в гнездо тахографа и отправляется в рейс. Электроника тахографа непрерывно фиксирует скорость движения автомобиля, получаемую от датчика скорости, тахограф на накопителе информации фиксирует пробег автомобиля и время.

Детальная обработка накопленных данных помогает автоматизировать учет, снизить эксплуатационные расходы и оптимизировать работу водителя.

Применение тахографов снижает аварийность, дисциплинирует водителей, однако, не исключает конфликты с дорожной инспекцией, так как известное устройство не позволяет воспроизвести дорожную ситуацию в динамике и отсутствует контроль за действием водителя.

Целью предлагаемого устройства является воспроизведение маршрута движения автомобиля в реальном масштабе времени и введение объективного контроля в действиях водителя при управлении транспортным средством.

Поставленная цель в устройстве контроля за безопасностью движения автомобильного транспорта достигается тем, что в нем, как в прототипе, содержится датчик скорости и накопитель информации.

Дополнительно в устройство включены пульт управления, датчик времени, микроЭВМ, дисплей, второй датчик скорости и контроллер. При этом первый и второй датчики скорости и пульт управления соединены соответственно с первым, вторым и третьим входами микроЭВМ, первый и второй выходы которой подключены соответственно к дисплею и контроллеру, а первый и второй входы/выходы микроЭВМ соединены соответственно с накопителем информации и датчиком времени. На четвертый вход микроЭВМ поступают сигналы от датчиков органов управления, а выход контроллера может подключаться к внешним устройствам.

В известных технических решениях признаков, сходных с отличительными признаками заявляемого устройства, не обнаружено, вследствие чего можно считать, что предлагаемое устройство соответствует изобретательскому уровню.

Использование данного устройства при его реализации позволит снизить количество дорожно-транспортных происшествий, так как вводится полный объективный контроль за действиями водителя при управлении транспортным средством с воспроизведением дорожной ситуации в реальном масштабе времени.

Устройство работает в двух режимах: записи и контроля.

Режим записи.

Режим записи осуществляется во время движения автомобиля, когда в накопитель информации с установленным дискретом во времени записываются:

- реальное время, получаемое от датчика времени;

- скорость вращения левого управляемого колеса, получаемая от первого датчика скорости;

- скорость вращения правого управляемого колеса, получаемая от второго датчика скорости;

- сигналы датчиков органов управления автомобилем: стоп-сигнал, правого и левого поворотов, аварийного состояния тормозной системы, аварийной сигнализации, включения стояночных огней правого и левого бортов, включения стояночного тормоза. (Количество сигналов может меняться в зависимости от типа автомобиля и его назначения).

Во время стоянки автомобиля в накопитель информации 3 при включении и выключении органов управления записываются сигналы соответствующих датчиков с указанием текущего времени.

Информация в накопителе обновляется после заполнения всех ячеек памяти накопителя методом последовательной перезаписи записанной информации.

При отключении питающего напряжения записанная информация в накопителе сохраняется.

В режиме записи на дисплее высвечивается реальное время.

Режим записи осуществляется микроЭВМ в соответствии с программным обеспечением.

Режим контроля.

Режим контроля осуществляется во время стоянки автомобиля.

Во время контроля каждый воспроизводимый дискрет времени сопровождается полной характеристикой движения автомобиля и действиями водителя.

При этом на дисплее высвечивается: время, скорость движения, радиус и направление поворота, направление движения, эффективность работы тормозной системы и сигналы датчиков органов управления автомобилем.

Формула изобретения: Устройство для контроля за безопасностью движения автомобильного транспорта, содержащее микроЭВМ, накопитель информации, датчик времени, дисплей и контроллер, при этом второй и первый входы/выходы микроЭВМ соединены соответственно с датчиком времени и с накопителем информации для записи в накопитель и считывания из него сигналов соответствующих датчиков с указанием времени, на четвертый вход микроЭВМ поступают сигналы датчиков органов управления автомобилем, первый и второй выходы микроЭВМ подключены соответственно к дисплею и контроллеру, предназначенному для подключения к его выходу переносного блока памяти, отличающееся тем, что устройство дополнительно содержит пульт управления, датчик скорости вращения левого управляемого колеса и датчик скорости вращения правого управляемого колеса, при этом первый и второй входы микроЭВМ подключены соответственно к датчикам скорости вращения левого и правого управляемых колес, а пульт управления подключен к третьему входу микроЭВМ и предназначен для включения программы микроЭВМ, по которой осуществляется чтение информации из накопителя и расчет параметров движения автомобиля.

Номер патента: 2111573

Класс(ы) патента: H01F7/13, H01F7/16, H01F7/08

Номер заявки: 96123103/09

Дата подачи заявки: 06.12.1996

Дата публикации: 20.05.1998

Заявитель(и): Научно-производственное предприятие "Подъемтранссервис" (RU)

Автор(ы): Костромин А.Д.

Настоящее изобретение относится к прибору управления для транспортного средства. Прибор управления управляет устройством, встроенным в транспортное средство (устройство). Прибор управления генерирует уставки для устройства, управляет устройством на основании заданной уставки и разрешает конфликт между несколькими уставками для одного устройства. При конфликте, по меньшей мере, одна из двух уставок выражена в единицах, отличающихся от единиц другой уставки. Прибор управления преобразует физические величины уставок для унификации единиц. До преобразования ее физической величины уставка запоминается прибором управления. Когда в результате разрешения конфликта выбирается уставка, требующая обратного преобразования физической величины, прибор управления задает запомненную уставку в качестве уставки для устройства. Устройство может быть источником тягового усилия транспортного средства. При генерировании уставки генерируются первая и вторая уставки. Первая уставка основана на манипуляциях водителя (S100). Вторая уставка основана не на манипуляциях водителя. Когда источником тягового усилия является двигатель, первая уставка «а» выражена в единицах крутящего момента (S200). Вторая уставка «А» выражена в единицах тягового усилия (S400). При преобразовании физических величин выполняется преобразование в единицы тягового усилия (S500). Первая уставка «а» запоминается (S300). Когда в результате разрешения конфликта выбирается первая уставка (нет S600), для двигателя задается запомненная величина первой уставки «a» (S900). Технический результат заключается в улучшении управляемости транспортным средством. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Прибор управления двигателем в схеме "тяговое усилие по запросу" рассчитывает уставку крутящего момента на основе величины перемещения педали акселератора, оборотов двигателя и внешней нагрузки и управляет количеством впрыскиваемого топлива и количеством подаваемого в двигатель воздуха.

В таком приборе управления двигателем, работающим по схеме "тяговое усилие по запросу", на практике потери крутящего момента, такие как фрикционный крутящий момент, который теряется в двигателе или в системе трансмиссии, при расчете уставки запрошенного крутящего момента учитываются дополнительно к запрошенному выходному крутящему моменту. Для реализации рассчитанной уставки генерируемого крутящего момента управляют количеством впрыскиваемого топлива и подаваемого воздуха.

В приборе управления двигателем, работающим по схеме "тяговое усилие по запросу", крутящий момент двигателя, который является физической величиной, непосредственно осуществляющей управление транспортным средством, применяется как опорное (или эталонное) значение для управления. Это улучшает управляемость, например обеспечивает постоянное чувство контроля над транспортным средством.

В публикации выложенной заявки на патент Японии 2005-178626 раскрыта интегрированная система управления транспортным средством, которая улучшает безотказную работу такого прибора управления двигателем, работающего по схеме "тяговое усилие по запросу". Интегрированная система управления транспортным средством содержит множество блоков управления, которые управляют движением транспортного средства на основе запроса, поступающего в форме манипуляции педалью акселератора, и обрабатывающее устройство, генерирующее информацию, используемую в соответствующих блоках управления для запрещения работы транспортного средства, на основании информации о положении транспортного средства, и подающее эту сгенерированную информацию на каждый блок управления. Каждый блок управления содержит средство датчика для определения запроса на работу, по меньшей мере, одного блока управления и вычислительное средство для расчета информации, связанной с уставкой управляемого параметра для манипуляции исполнительным механизмом, связанным с каждым блоком, используя, по меньшей мере, одну из информаций, сгенерированных обрабатывающим устройством, и полученный запрос на работу.

В такой интегрированной системе управления транспортным средством множество блоков управления включает в себя, например, блок управления тяговым усилием, блок управления тормозной системой и блок управления рулевой системой. Блок управления тяговым усилием с помощью средства датчика воспринимает манипуляции педалью акселератора, которые являются запросом, поступающим от водителя, для генерирования уставки управляемого параметра, соответствующей манипуляции педалью акселератора на основании базовой модели поведения водителя при разгоне, в результате чего средство управления управляет силовой трансмиссией, которая является исполнительным механизмом. Блок управления тормозной системой через датчик воспринимает манипуляции педалью тормоза, которые являются запросом от водителя, для генерирования уставки управляемого параметра, в данном случае, тормозной системы, соответствующей манипуляции педалью тормоза, используя базовую модель поведения водителя при торможении, в результате чего блок управления управляет тормозным устройством, которое является исполнительным механизмом. Блок управления рулевой системой через датчик воспринимает манипуляции рулевым колесом, которые являются запросом от водителя, для генерирования уставки управляемого параметра, в данном случае, рулевой системы, соответствующей манипуляции рулевым колесом, используя базовую модель поведения водителя при рулении, в результате чего блок управления управляет рулевой системой, которая является исполнительным механизмом. Такая интегрированная система управления транспортным средством содержит обрабатывающий блок, который работает параллельно блоку управления тяговым усилием, блоку управления тормозной системой и блоку управления рулевой системой, которые работают автономно. Например, обрабатывающий блок генерирует 1) информацию, которая используется соответствующим управляющим средством, на основе информации об окружающей среде вокруг транспортного средства или информации о водителе и подает сгенерированную информацию на соответствующие блоки управления, 2) информацию, используемую соответствующими управляющими средствами, для того чтобы транспортное средство реализовало заранее определенное поведение, и подает сгенерированную информацию на соответствующие блоки управления, и 3) информацию, используемую соответствующими управляющими средствами, на основе текущего динамического состояния транспортного средства, и подает сгенерированную информацию на соответствующие блоки управления. Каждый блок управления определяет, следует или нет учитывать такую полученную от обрабатывающего устройства информацию, наряду с запросом от водителя, при управлении движением транспортного средства, и, если учитывать, то в какой степени. Каждый блок управления также корректирует уставку управляемого параметра и передает эту информацию на соответствующие блоки управления. Поскольку каждый блок управления работает автономно, силовая трансмиссия, тормозное устройство и рулевое устройство в конечном итоге управляются соответствующими блоками управления на основе конечной уставки тягового усилия, конечной уставки торможения и конечной уставки рулевого управления, которые рассчитываются на основе информации о манипуляциях водителя, которая воспринимается блоком датчиков, информации от обрабатывающего устройства и информации, переданной соответствующими управляющими блоками. Таким образом, блок управления тяговым усилием управляет "ездой", которая является основной операцией транспортного средства, блок управления тормозной системой управляет операцией "остановки", а блок управления рулевой системой управляет "поворотами", при этом все они работают независимо друг от друга. Обрабатывающий блок сочетается с этими блоками управления так, чтобы тяговое усилие, соответствующее условиям окружающей среды, поддержка управляющих воздействий водителя и управление динамическим поведением транспортного средства могли осуществляться автоматически и параллельно. Соответственно, реализуется децентрализованное управление без главного управляющего блока, который располагается на более высоком уровне в иерархии управляющих устройств, при этом повышается безотказность работы системы. Кроме того, благодаря автономной работе возможно совершенствование каждого из блоков управления и каждого обрабатывающего устройства.

Номер патента: 2144714

Класс(ы) патента: H01F41/00, H01F7/06

Номер заявки: 98106310/09

Дата подачи заявки: 25.03.1998

Дата публикации: 20.01.2000

Заявитель(и): Конструкторское бюро приборостроения

Автор(ы): Савченко Д.И.; Погорельский С.Л.; Столярова Н.М.; Заславский А.А.; Бутенко А.И.

Интеллектуальный блок управления горочным стрелочным электроприводом, содержащий входной согласующий модуль, входы которого являются входами устройства, два формирователя сигналов, две силовые коммутируемые цепи, предназначенные для подключения источника питания к обмоткам двигателя электропривода, модуль сбора и обработки контрольно-диагностической информации, к которому подключен выход аналого-цифрового преобразователя, вход которого предназначен для подключения датчика тока электропривода, выходы входного согласующего модуля соединены с входами формирователей сигналов, формирователь сигналов содержит два канала, каждый из которых состоит из последовательно соединенных модуля формирования сигналов управления и модуля управления ключом, и модуль контроля, выходы которого соединены с входом модуля сбора и обработки контрольно-диагностической информации, управляющими входами модулей управления ключами и управляющими входами модулей формирования сигналов управления, дополнительные выходы которых соединены с входами модуля контроля, выходы каналов формирователей сигналов соединены с управляющими входами соответственно первой и второй силовых цепей, при этом силовая цепь состоит из последовательно соединенных ключевых элементов, каждый из которых соединен с соответствующим модулем диагностики, выход которого подключен к дополнительным входам модулей формирования сигналов управления первого и второго формирователей сигналов и входами модулей сбора и обработки контрольно-диагностической информации, два дополнительных входа которого соединены с входами входного согласующего модуля, предназначенными для подключения к реле контроля положения стрелок, а выход служит для подключения к средствам диспетчерского контроля.

Изобретение относится к железнодорожной автоматике и может быть использовано для управления стрелочным электроприводом постоянного тока. Блок управления содержит входной согласующий модуль (1), входы которого являются входами устройства, два формирователя сигналов (2 и 3), две силовые коммутируемые цепи (8 и 9), предназначенные для подключения источника питания к обмоткам двигателя электропривода, модуль сбора и обработки контрольно-диагностической информации (7), к которому подключен выход аналого-цифрового преобразователя (19), вход которого предназначен для подключения датчика тока (20) электропривода, выходы входного согласующего модуля соединены с входами формирователей сигналов. Формирователь сигналов содержит два канала, каждый из которых состоит из последовательно соединенных модуля формирования сигналов управления (4) и модуля управления ключом (5), и модуль контроля (6). Выходы каналов формирователей сигналов соединены с управляющими входами соответственно первой и второй силовых цепей. Два дополнительных входа модуля сбора и обработки контрольно-диагностической информации соединены с входами входного согласующего модуля, которые предназначены для подключения к реле контроля положения стрелок (18), а выход модуля (7) служит для подключения к средствам диспетчерского контроля. Изобретение направлено на повышение надежности устройства за счет его построения на бесконтактной схеме с обеспечением самоконтроля исправности и возможностью передачи диагностической информации на средства диспетчерского контроля. 1 ил.

Изобретение относится к железнодорожной автоматике и может быть использовано для управления стрелочным электроприводом постоянного тока.

Известно устройство для управления стрелочным электроприводом, содержащее передатчик сигналов телеуправления, исполнительные реле цепи управления соответствующими стрелками, приемник сигналов телеуправления, первую разветвленную рельсовую цепь, расположенную в области первой, базовой, стрелки, включающую в себя реле контроля занятия ответвления, подключенное к стационарному источнику питания через первые фронтовые контакты первого и второго стрелочных путевых реле, третье и общее стрелочные путевые реле и ограниченную установленными на рельсах первой и второй переводных кривых первой стрелки изолирующими стыками, реле занятия ответвления и источниками питания, стрелочные электроприводы, мигающие реле, трехзначные маневровые светофоры, реле включения цепи управления соответствующими стрелками, на каждой рельсовой цепи прямой повторитель третьего путевого реле, обратный повторитель соответствующего реле контроля занятия ответвления, реле подготовки цепи управления соответствующей стрелкой (RU 2099227, B61L 7/08, 20.12.97). Недостаточно высокая надежность известного устройства для управления стрелочным электроприводом обусловлена тем, что ее средства формирования сигналов управления, цепи управления стрелочным электроприводом реализованы на основе релейно-контактной схемы, а также отсутствием средств самоконтроля исправности устройства и возможности передачи этой информации на средства диспетчерского контроля.

...