Микропроцессорная система управления и диагностики (далее МПСУиД) предназначена для управления аппаратами силовых и вспомогательных цепей и другими аппаратами электропоезда (сдвоенных электропоездов) составностью не более двадцати вагонов.

МПСУиД на основании информации, получаемой с пульта управления, а также от аппаратов и датчиков, осуществляет управление силовыми преобразователями и аппаратами электропоезда и обеспечивает:

• необходимые режимы работы оборудования;
•  взаимодействие отдельных вагонов электропоезда (сдвоенных электропоездов);
• взаимодействие с системами безопасности (БЛОК) и цифровой технологической радиосвязи;
• самодиагностику и диагностику узлов, аппаратов и электрических машин на основании полученной от них информации;
• автоматическое управление оборудованием вспомогательных цепей.

Аппаратура МПСУиД устанавливается в каждом вагоне электропоезда, при этом взаимодействие между вагонами электропоезда (сдвоенными электропоездами) осуществляется по межсекционной линии связи.

МПСУиД обеспечивает работу электропоезда в трех режимах управления:

• ручном;
• полуавтоматическом;
• автоматическом.

При работе в ручном режиме МПСУиД обеспечивает защиту оборудования от опасных режимов работы.

В полуавтоматическом режиме МПСУиД обеспечивает:

• разгон с заданным тяговым усилием и возможность последующего автоматического поддержания скорости в диапазонах, определяемых тяговыми характеристиками электропоезда;
• электрическое торможение с заданным тормозным усилием и возможность последующего автоматического поддержания скорости в диапазонах, определяемых тормозными характеристиками электропоезда.

В автоматическом режиме МПСУиД обеспечивает:

• поддержание давления сжатого воздуха в питательной магистрали;
• регулирование частоты вращения вентиляторов установок охлаждения тягового преобразователя, ПСН и сетевого фильтра (путем переключения соединений асинхронных электродвигателей);
• автоматизированное, рациональное управление тяговыми двигателями, для ведения электропоезда по сигналам АЛС с учетом профиля пути, времени хода, постоянных и временных ограничений скорости движения и сигналов светофора (при условии активации подсистемы «Автоведение»).

В состав МПСУиД одного электропоезда основной составности (5 вагонов) входят:

• центральные блоки управления (ЦБУ), которые предназначены для организации обмена между отдельными блоками МПСУиД и отдельными вагонами электропоезда, подключения в МПСУиД внешнего оборудования, определения количества и ориентацию вагонов электропоезда, питания блоков БУК, выдачи управляющих команд на исполнительные блоки в соответствии с заданным алгоритмом и записи информации в энергонезависимую память;
• блоки связи с пультом (БСП), которые предназначены для ввода в систему МПСУиД дискретных сигналов, получаемых от органов управления электропоездом, расположенных на пульте;
• блоки управления контакторами (БУК), которые предназначены для включения / выключения контакторов или реле, в соответствии с получаемыми от ЦБУ командами;
• блоки входных сигналов (БВС), которые предназначены для ввода в систему МПСУиД дискретных сигналов от цепей управления локомотивом;
• блоки связи со средствами измерения (БС-СИ), которые предназначены для ввода в систему МПСУиД аналоговых сигналов (тока и напряжения) от датчиков, подключенных к различным электрическим цепям электропоезда;
• блоки связи с датчиками давления (БС-ДД), которые предназначены для преобразования напряжений с датчиков давления в последовательный код, и передачи его в систему МПСУиД по линии связи RS485, а также для измерения сопротивления изоляции цепей управления относительно кузова электропоезда;
• блоки БС-ДД (БС-КР), которые предназначены для передачи в МПСУиД информации о положении разобщительных кранов пневматического оборудования;
• блоки контроля температуры букс (БКТБ), которые предназначены для измерения величины сопротивления датчиков температуры букс, вычисления температуры букс по сопротивлению этих датчиков и передачи данных вычислений в МПСУиД по линии связи RS485. Дополнительно БКТБ выявляет отказ в работе датчиков температуры букс;
• блоки связи с радиостанцией (БС-РС), которые предназначены для передачи в канал поездной радиосвязи информации от МПСУиД (например, о возгорании на электропоезде);
• блоки преобразователи линии (БПЛ), которые предназначены для обеспечения возможности передачи информации между линиями связи с различным интерфейсом (RS485, CAN и Ethernet);
• мониторы с клавиатурой, расположенные на пульте управления и предназначенные для вывода полной информации о состоянии цепей управления и силовой схемы электропоезда. Кроме того, в мониторах размещено программное обеспечение автоведения и диагностики;
• преобразователи постоянного напряжения в код (ПНКВ), которые предназначены для преобразования входных напряжений в кодовый сигнал с целью передачи его по интерфейсу RS485 в систему МПСУиД;
• делители напряжения (ДН), которые предназначены для преобразования высоковольтного входного напряжения в напряжение до 75 мВ для передачи его на вход ПНКВ;
• источники электропитания локомотивной электронной аппаратуры (ИП-ЛЭ), которые преобразуют нестабилизированное постоянное входное напряжение в постоянное стабилизированное напряжение.

Структурная схема организации обмена информацией МПСУиД включает в себя три уровня – «нижний», «средний» и «верхний».

Структурные схемы организации обмена информации МПСУиД вагонов электропоезда приведены на рисунках 1.1, 1.2 и 1.3.

«Нижний» уровень МПСУиД включает в себя подсистемы:

• измерения тока и напряжения;
• измерения давления и сопротивления изоляции цепей управления;
• контроля температуры букс;
• контроля положения разобщительных кранов;
• связи с оборудованием электропоезда по линиям интерфейса CAN, RS485, Ethernet.

Подсистема измерения тока и напряжения построена при помощи измерительных блоков ПНКВ и БС-СИ. ПНКВ подключаются к одному из каналов двухканальной линии RS-485 системы измерений и отвечают за измерение тока и напряжения. БС-СИ преобразовывает данные из двухканальной линии системы измерений RS-485 в управляющую двухканальную линию вагона 2×RS485.

Подсистема измерения давления и сопротивления изоляции цепей управления построена на блоке БС-ДД и датчиках давления с выходным напряжением постоянного тока. Измеренное сопротивление изоляции и напряжение с датчиков давления (эквивалентное измеренному давлению) БС-ДД преобразовывает в цифровой код и выдает в управляющую двухканальную линию вагона 2×RS485.

Подсистема контроля температуры букс предназначена для диагностики перегрева буксовых узлов. Подсистема реализована при помощи блоков БКТБ и датчиков температуры (установленных в корпусе букс). К одному блоку БКТБ подключены четыре датчика одной тележки вагона электропоезда.

Подсистема контроля положения разобщительных кранов построена на блоке БС-ДД(БС-КР). Аналоговый сигнал от разобщительных кранов преобразовывается в блоке БС-ДД(БС-КР) в цифровой код и выдается в управляющую двухканальную линию вагона 2×RS485.

Подсистема связи с оборудованием электропоезда по линиям интерфейса CAN, RS485, Ethernet обеспечивает связь МПСУиД с другим оборудованием электропоезда, использующим следующие интерфейсы:

• линия CAN. Линия выполнена дублированной. В качестве шлюза между линией CAN и МПСУиД используется блок БПЛ RS485-CAN;
• линия RS485. Линия выполнена дублированной. В качестве шлюза между линией RS485 и МПСУиД используется блок БПЛ RS485-RS485;
• линия Ethernet. Линия выполнена дублированной. В качестве шлюза между линией CAN и МПСУиД используется блок БПЛ RS485- Ethernet.

«Средний» уровень МПСУиД обеспечивает взаимосвязь пульта управления с различным оборудованием электропоезда всех вагонов электропоезда, а также с «верхним» и «нижнем» уровнями МПСУиД.

Так как неисправности, возникающие в блоках этого уровня, могут привести к аварийным ситуациям и потере управляемости электропоездом, все блоки этого уровня (ЦБУ, БУК, БВС, БСП) выполнены с двукратным и трехкратным резервированием.

Устройства «среднего» уровня связаны с устройствами «нижнего» уровня посредством управляющей линии вагона, выполненной из четырех независимых линий интерфейса RS485. Линии сгруппированы попарно (2×RS485), в зависимости от скорости передачи данных.

Каждая линия первой пары (2xRS485-l) работает со скоростью 57600 бит/с и предназначена для передачи данных от блоков МПСУиД.

Каждая линия второй пары (2xRS485-2) работает со скоростью 250000 бит/с и предназначена для подключения подсистем и вновь разрабатываемого оборудования, а также устройств, требующих пересылки большого объема данных (обмен данными с мониторами, управление тормозным оборудованием, дверями вагона, климатическими установками).

При отсутствии неисправностей обмен данными производится по обеим линиям. При неисправности одной из линий обмен данными производится по одной оставшейся.

Структурная схема управляющих линий связи вагона приведена на рисунке 1.4.

Для связи устройств «среднего» уровня различных вагонов одного электропоезда или двух соединенных электропоездов используется управляющая четырехканальная (с резервированием) линия поезда интерфейса Ethernet.

К управляющей линии поезда через коммутаторы поездной линии (КПД) подключены ЦБУ. Для обеспечения возможности резервного переконфигурирования линии с целью обхода поврежденного участка коммутаторы поездной линии соединены перемычкой.

Управляющая линия поезда выполнена резервированной, благодаря ему управление электропоездом сохраняется при наличии одной произвольной неисправности в каждом из вагонов. При отсутствии неисправностей линий связи сигнал через перемычку не проходит, и обе линии работают независимо. На рисунке 1.5 показан пример прохождение сигналов по управляющей линии поезда электропоезда 5-вагонной составности при наличии двух повреждений.

Наиболее ответственные блоки (ЦБУ и БСП) имеют три независимых канала, поэтому в каждую линию связи посылаются и принимаются команды от каждого из трех каналов. Остальные блоки выполнены с двумя независимыми каналами, подключенными каждый к своей линии (рисунок 1.4).

«Верхний» уровень включает в себя подсистемы:

• автоведения и информирования машиниста;
• безопасности движения (БЛОК);
• диагностики;
• технологической цифровой радиосвязи.

Устройства «верхнего» уровня используются в работе только в активной кабине управления. Устройства «верхнего» уровня связаны с устройствами «среднего» уровня посредством общесистемной линии связи интерфейса CAN.

Подсистемы автоведения и информирования машиниста не имеют в своем составе аппаратных средств и являются программным обеспечением, установленным в левом мониторе.

Подсистема СИМ (система информирования машиниста) предназначена для отображения на мониторе информации о расписании, параметрах и маршруте движения электропоезда.

Подсистема автоведения предназначена для энергооптимального ведения электропоезда с целью выполнения служебного расписания движения на участке. Подсистема рассчитывает силу тяги или торможения электропоезда, необходимую для следования по участку в соответствии с расписанием движения, с учетом ограничений скорости и показаний сигналов светофоров.

Для работы подсистем СИМ и автоведения, от МПСУиД по линии связи CAN поступает информация о электрических и динамических параметрах движения, а также информация о параметрах и режимах работы оборудования электропоезда.

Структурная схема взаимодействия подсистем СИМ и автоведения представлена на рисунке 1.6.

Питание МПСУиД на каждом вагоне осуществляется от двух источников питания ИП-ЛЭ 110/50 3.01.G01 (ИП МПСУиД 1к) и 3.01.G02 (ИП МПСУиД 2к) по двум независимым линиям питания 50 В (±5 %). При этом каждый блок МПСУиД содержит две независимых подсистемы питания, преобразующих входное напряжение 50 В в напряжение необходимое для работы собственных элементов. В случае пропадания напряжения в одной из линий питания, либо выходе из строя соответствующей ей подсистемы питания блока, блок продолжает функционировать.

Устройство и работа составных частей МПСУиД

Центральный блок управления

Центральный блок управления (ЦБУ) предназначен: для организации обмена данными между отдельными блоками системы МПСУиД в вагоне электропоезда по четырем последовательным каналам передачи данных интерфейса RS485, организации обмена данными между отдельными вагонами электропоезда (сдвоенными электропоездами) по четырем линиям интерфейса Ethernet, организацию подключения к МПСУиД внешнего оборудования, определения количества и ориентации вагонов электропоезда (сдвоенного электропоезда), питания блоков управления контакторами (БУК), с возможностью автоматического отключения питания их каналов при необходимости, выдачи управляющих команд на исполнительные блоки, на основании полученной по линиям связи информации, в соответствии с заложенным алгоритмом, записи в энергонезависимую память, полученной и выдаваемой по линиям связи информации.

Блок связи с пультом (БСП)

Блок связи с пультом предназначен для обработки сигналов, поступающих от органов управления пульта машиниста, и обеспечения информационного обмена между аппаратурой МПСУиД и другими системами по интерфейсу RS485. По два БСП (БСП № 1 и БСП № 2) расположены в пультах управления в кабинах вагонов 1(5) электропоезда.

Блок входных сигналов (БВС-2)

Блок входных сигналов предназначен для приема дискретных сигналов, поступающих от цепей управления электропоезда и передаче обработанных сигналов в две линии связи интерфейса RS485. В вагоне 1 (5) в шкафу +115 в кабине управления установлено четыре БВС (№ 2, 4, 7 и 8), в контейнере +174.20 установлен один БВС (№ 1). В вагоне 2 (4) два БВС (№ 2 и 7) установлено в контейнере +364.20 и два БВС (№ 1 и 4) в контейнере +374.20. В вагоне 3 два ВВС (№ 2 и 4) установлено в контейнере +564.20 и один ВВС (№ 1) в контейнере +574.20.

Блок управления контакторами (БУК 3.1)

Блок управления контакторами предназначен для управления контакторами или реле, в соответствии с получаемыми от ЦБУ командами по двухканальной линии связи интерфейса RS485. В вагоне 1 (5) в шкафу +115 в кабине управления установлено четыре БУК (№ 4, 7, 8 и 11), в контейнере +174.20 установлено два БУК (№ 1 и 2). В вагоне 2 (4) один БУК (№ 4) установлен в контейнере +364.20 и два -БУК (№ 1 и 2) в контейнере +374.20. В вагоне 3 один БУК (№ 2) установлен в контейнере +564.20 и один БУК (№ 1) в контейнере +574.20.

Блок связи со средствами измерения (БС-СИ 2)

Блок связи со средствами измерения предназначен для обработки информации, поступающей от измерительной аппаратуры (ПНКВ) и передачи обработанной информации в две линии связи интерфейса RS485 МПСУиД. Также, БС-СИ совместно с преобразователями (ПНКВ), токовыми шунтами и делителем напряжения образует комплекс, обеспечивающий учет количества израсходованной электропоездом электроэнергии. По одному БС-СИ установлено на каждом вагоне 2(4) в контейнере +364.20.

Преобразователь постоянного напряжения в код (ПНКВ-3)

Преобразователь постоянного напряжения в код предназначен для преобразования входных токов или напряжения в электрических цепях электропоезда в кодовый сигнал с целью передачи его по линии связи RS485 в БС-СИ и МПСУиД. Измерение напряжений и токов в силовых цепях электропоезда осуществляется следующими ПНКВ: UZ1 (4.01.UZ22 (ПНКВ № 1)) – измеряет величину токов, протекающих через БВ – ток прицепных вагонов (совместно с измерительным шунтом 4.01.RS21), UZ2 (4.01.UZ21 (ПНКВ № 2) – измеряет величину напряжения в контактной сети (совместно с делителями напряжения 4.01.А24 и 4.01.А25), UZ3 (4.01.UZ23 (ПНКВ № 3)) – измеряет величину токов, протекающих через БВ – ток тяговых двигателей (совместно с измерительным шунтом 4.01.RS22), UZ4 (4.01.UZ24 (ПНКВ № 7) – для измерения выходных токов электропоезда (совместно с измерительным шунтом 4.01RS23).

Все ПНКВ установлены на 2 и 4 вагоне электропоезда – UZ1, UZ3 и UZ4 в контейнере +374.20, UZ2 – в контейнере ВАБ.

Делитель напряжения ДН-4

Делитель напряжения (ДН) предназначен для преобразования (понижения) высоковольтного входного напряжения и передачи его на вход преобразователя напряжения в код (ПНКВ-3). Во 2 и 4 вагоне электропоезда, в контейнере ВАБ, установлено по два делителя напряжения 4.01.А24 и 4.01.А25.

Блок связи с датчиками давления (БС-ДД-1)

Блок связи с датчиками давления обеспечивает: прием аналоговых сигналов от датчиков давления и преобразования принятых сигналов в цифровой код, прием аналоговых сигналов от кранов разобщительных и преобразования принятых сигналов в цифровой код (блок БС-ДД(БС-КР)), измерение сопротивления изоляции цепей управления относительно корпуса электропоезда, передачу преобразованных данных по двум линиям связи интерфейса RS485 в МПСУиД.

По одному БС-ДД установлено на вагоне 1(5) в пульте управления, на вагоне 2(4) в контейнере +364.20, на вагоне 3 в контейнере +564.20. Один БС-ДД(БС-КР) установлен в пульте управления вагона 1(5).

Блок связи с радиостанцией (БС-РС)

Блок связи с радиостанцией предназначен для передачи в канал поездной радиосвязи через интерфейс ТУ-ТС информации от МПСУиД. По одному БС-РС установлено на вагоне 1(5) в пульте управления.

Блоки контроля температуры букс (БКТБ)

Блок контроля температуры букс предназначен для: измерения величины сопротивления температурного датчика, установленного в корпусе буксового узла, вычисления температуры буксы по сопротивлению датчика, выявление отказов температурных датчиков (короткое замыкание или обрыв цепи), передачу данных с вычисленной температурой в МПСУиД по двум линиям связи RS485.

Блок преобразователь линии (БПЛ RS485-CAN)

Блок предназначен для обмена данными между двумя гальванически развязанными линиями интерфейса RS485 и двумя гальванически развязанными линиями интерфейса CAN. Блоки используются для организации обмена информацией между МПСУиД и блоками управления дверьми, блоками тормозного оборудования (БТО 420) и радиостанцией.

Блок преобразователь линии (БПЛ RS485-RS485)

Блок предназначен для обмена данных двух гальванически развязанных линий интерфейса RS485 в две гальванически развязанные линии интерфейса RS485. Блоки используются для организации обмена информацией между МПСУиД и системой микроклимата.

Блок преобразователь линии (БПЛ RS485-Ethernet)

Блок предназначен для преобразования двух гальванически развязанных линий интерфейса RS485 в две гальванически развязанные линии интерфейса Ethernet.

Монитор

Монитор предназначен для вывода информации о стоянии цепей управления, силовой схемы, режимах работы электропоезда и ввода дополнительной информации. Кроме того, в мониторе размещено программное обеспечение подсистем «Верхнего» уровня МПСУиД автоведения и информирования машиниста и диагностики. По два монитора расположены в пульте управления каждой кабины машиниста.

Источник питания локомотивной электронной аппаратуры

Источники питания локомотивной электронной аппаратуры (ИП-ЛЭ) предназначены для преобразования нестабилизированного и насыщенного коммутационными помехами постоянного входного напряжения 110 В в постоянное стабилизированное напряжение 50 В, используемое для питания электронной аппаратуры МПСУиД и блока тормозного оборудования (БТО 420). На каждом вагоне электропоезда установлено по четыре одноканальных (один модуль питания) источника питания ИП-ЛЭ-110/50-400×1к, мощностью канала 400 Вт.