Tachograf serii TC-XXXP

Dzięki zastosowaniu modułu GPS tachografy serii TC-XXXP mogą rejestrować położenie geograficzne pojazdu oraz prędkości według systemu GPS, możliwa jest również synchronizacja z sygnałem GPS daty i czasu tachografu.

Symbol XXX w nazwie typu oznacza zakres pomiarowy prędkości kabinowego wskaźnika prędkości. Wykonywane są wersje TC-130P i TC-160P, TC-200P, TC-250P. Rejestracja prędkości odbywa się w zakresie do 400 km/h, niezależnie od wykonania kabinowych wskaźników prędkości. Prezentowany zestaw urządzeń służy do budowy zaawansowanych systemów rejestracji danych telemetrycznych w pojazdach szynowych, a także pozwala na integrację z systemami sterowania pojazdem. Ponadto umożliwia rozbudowę systemu poprzez dołączenie dodatkowych modułów do magistrali CAN.

Przy opracowywaniu tachografów duży nacisk położono na możliwość szybkiej i łatwej diagnostyki systemu. Jest ona możliwa dzięki dołączeniu do systemu modułu TC-XXXP – Monitor USB, który pozwala na śledzenie wszystkich danych procesowych, występujących na magistrali tachografu (czyli parametrów jednostki centralnej i modułów rozproszonych) za pomocą komputera PC dołączonego do systemu.

Budowa i zasada działania

W podstawowej wersji tachograf typu TC-XXXP składa się z jednostki centralnej umieszczonej w bezpiecznym miejscu w pojeździe szynowym, przetwornika prędkości zamocowanego na piaście koła, kabinowych wskaźników prędkości umieszczonych w polu widzenia maszynisty oraz co najmniej jednego modułu rejestratora danych. Impulsy z przetwornika drogi przetwarzane są przez układ mikroprocesorowy na wartość prędkości, z uwzględnieniem średnicy koła jezdnego pojazdu i liczby impulsów przypadających na jeden pełny obrót koła.

Jednostka centralna wytwarza sygnał do sterowania kabinowych wskaźników prędkości i przesyła go do nich cyklicznie za pośrednictwem magistrali CAN. Dodatkowo wytwarza inne sygnały sterujące pracą różnych układów za pośrednictwem magistrali CAN, w zależności od jej konfiguracji (według specyfikacji użytkownika) i różnych zdarzeń zaistniałych w pojeździe.

Wszystkie niezbędne informacje (wraz z cechą czasu) rejestrowane są w sposób ciągły w modułach TC-XXXP – Rejestrator Danych, produkowanych przez Łukasiewicz – PIAP. Należą do nich takie sygnały, jak prędkość pojazdu, droga, sygnały analogowe, sygnały impulsowe, a także stan wejść i wyjść – zarówno wewnętrznych jednostki centralnej, jak i rozproszonych. Jeśli zastosowano moduł GPS, rejestrowana jest pozycja geograficzna pojazdu, a także prędkość według systemu GPS. Na rysunku 1 przedstawiono poglądowy schemat budowy systemu w oparciu o moduły systemu TC-XXXP, kabinowe wskaźniki prędkości oraz moduły rozszerzeń I/O. Poszczególne moduły systemu dołączane są do magistrali tachografu za pomocą dwuprzewodowej magistrali cyfrowej CAN, gruntownie sprawdzonej w przemyśle samochodowym. Dodatkowo w przewodzie magistrali cyfrowej wprowadzono zasilanie 24 V DC. Rozwiązanie to znacznie upraszcza projektowanie i montaż poszczególnych urządzeń na obiekcie.

Elementy tachografu TC-XXXP

Jednostka centralna

Jednostka centralna tachografu oblicza prędkość pojazdu, monitoruje sygnały dwustanowe, sygnały impulsowe oraz sygnały analogowe. Dodatkowo realizuje komunikację za pośrednictwem dwóch magistral CAN, a także interfejsu komunikacyjnego RS-232 lub USB, tzn. przyjmuje i generuje komunikaty dla tych magistral.

W skład urządzenia wchodzą następujące bloki funkcjonalne:

• magistrala CAN1 – służy do komunikacji z nadrzędnymi w stosunku do tachografu systemami sterowania pojazdem lub innymi systemami pojazdu,
• magistrala CAN2 – służy do komunikacji z pozostałymi modułami tachografu, takimi jak wskaźniki prędkości, rejestratory danych, rozproszone moduły wejść/wyjść, moduł GPS,
• interfejs RS-232 – służy do komunikacji z innymi urządzeniami wyposażonymi w ten interfejs, np. moduł GSM,
• interfejs USB – służy do konfiguracji i diagnostyki jednostki centralnej,
• dwa izolowane galwanicznie wejścia dwustanowe (nominalny poziom napięcia wejściowego określany jest na etapie wcześniejszych uzgodnień),
• jedno izolowane galwanicznie wejście impulsowe (pomiar zarówno częstotliwości, jak i liczby impulsów),
• dwa izolowane galwanicznie wejścia analogowe (zakres 0-20 mA, rozdzielczość 16 bitów),
• dwa wyjścia przekaźnikowe (230 V, 8 A),
• jedno izolowane galwanicznie wejście impulsowe – do współpracy z impulsowym przetwornikiem prędkości,
• jedno izolowane galwanicznie wyjście impulsowe, na którym jest taka sama częstotliwość, jak przychodząca z przetwornika drogi,
• dwa izolowane galwanicznie wejścia impulsowe – przeznaczone do współpracy z przetwornikiem prędkości, pozwalające na określenie kierunku jazdy,
• diody sygnalizacyjne pozwalające na szybką ocenę pracy podstawowych modułów urządzenia.

Moduł rejestratora danych

Moduł rejestracji danych rejestruje sygnały wysyłane z jednostki centralnej i opcjonalnie innych elementów systemu dostępnych na magistrali CAN tachografu. Odczyt danych możliwy jest z komputera PC za pośrednictwem interfejsu USB. Rejestrator powinien być umieszczony w pojeździe w bezpiecznym miejscu w pobliżu jednostki centralnej i powinien być zabezpieczony przed dostępem osób niepowołanych. Włączany jest do systemu za pomocą modułu TC-XXXP
– Gniazdo Pamięci. W tym module odbywa się rejestracja wszystkich parametrów pracy systemu, takich jak:

• informacja o prędkości i drodze przebytej przez pojazd,
• informacja o stanie wejść/wyjść jednostki centralnej i modułów rozproszonych typu I/O,
• informacje o poziomie wejściowych sygnałów analogowych jednostki centralnej i poziomie sygnałów analogowych modułów rozproszonych,
• informacje o poziomie wejściowych sygnałów analogowych modułów rozszerzeń,
• informacje o aktualnym numerze pociągu,
• informacje o ID maszynisty,
• informacje o pozycji geograficznej pojazdu i prędkości według GPS – jeśli zastosowano w systemie moduł TC-XXXP-GPS,
• inne informacje, w zależności od konfiguracji systemu i wymagań użytkownika.

Każdy z parametrów rejestrowany jest z cechą czasu. Po podłączeniu do systemu z zegarem jednostki centralnej sterownik synchronizuje swój wewnętrzny zegar.

W zależności od pojemności pamięci wykonywane są dwa typy rejestratorów – o pojemności 4 GB i 8 GB.

Pojemność pamięci rejestratora w dniach lub godzinach uzależniona jest od liczby rejestrowanych informacji i rozdzielczości w czasie, z jaką te informacje są zapisywane. Średnio dla modułów o pojemności 8 GB możliwy jest zapis informacji do 110 dni, natomiast dla modułów o pojemności 4 GB – 55 dni. Po zapełnieniu pamięci najstarsze informacje są usuwane, a w ich miejsce zapisywane są nowe. Maksymalna liczba tego typu modułów w systemie tachografu to cztery. Oznacza to możliwość tworzenia systemów o redundantnym charakterze zapisu informacji.

Moduł – gniazdo pamięci

Gniazdo pamięci to moduł pozwalający na swobodne włączanie do systemu i wyłączanie. Powinien być umieszczony w pobliżu pulpitu maszynisty. Jest to pasywny element realizujący jedynie bezpieczne włączanie i wyłączanie modułu pamięci.

W zależności od wykonania pojazdu zaleca się stosowanie kilku modułów gniazda pamięci w następującym rozmieszczeniu:

• przy każdym pulpicie sterującym pojazdu (ewentualnie w każdej kabinie) – możliwe będzie wówczas swobodne włączanie i wyłączanie modułów rejestrujących dla maszynistów, w zależności od tego, która kabina (pulpit) jest aktualnie używana,
• w miejscu dostępnym jedynie dla obsługi technicznej pojazdu, np. mała skrzynka zamykana na klucz – w tym miejscu może być wpięta zapasowa pamięć realizująca rejestrację danych w trybie ciągłym.

Przetwornik prędkości

Przetwornik częstotliwości to element, za pomocą którego realizowany jest pomiar prędkości. Mocowany jest do piasty koła i wytwarza impulsowy sygnał o częstotliwości proporcjonalnej do prędkości pojazdu szynowego dla układu pomiaru prędkości i drogi jednostki centralnej tachografu TC-XXXP.

Przetwornik ma klasę szczelności IP67. Możliwe są różne wykonania ze względu na sposób połączenia mechanicznego z maźnicą pojazdu (zabierak mimośrodowy lub zabierak centralny), a także ze względu na liczbę impulsów na jeden obrót (standardowo 4, 16, 32, 64, 128 imp./obr.).

Wskaźnik prędkości

W zależności od zapotrzebowania producent może dostarczyć kilka rodzajów wskaźników prędkości. Komunikacja pomiędzy każdym z nich a jednostką centralną tachografu odbywa się za pośrednictwem magistrali cyfrowej CAN (z wyłączeniem wskazówkowego wskaźnika prędkości – tam komunikacja realizowana jest za pośrednictwem konwertera CAN/RS-422). Każdy ze wskaźników wyposażono w opcję regulacji podświetlenia tła, w celu dobrania najkorzystniejszych parametrów względem oświetlenia w kabinie.

Logometryczny wskaźnik prędkości

Logometryczny wskaźnik prędkości to klasyczny wskazówkowy wskaźnik prędkości.

Wskaźnik prędkości LCD

Wskaźnik prędkości LCD jest zbudowany w oparciu o czytelny wyświetlacz. Oprócz wyświetlania prędkości możliwy jest również odczyt bieżącej daty i czasu, przebiegu pojazdu, a także numeru maszynisty i pociągu. Zaletą tego typu rozwiązania jest wysoka ergonomia i czytelność oraz brak elementów mechanicznych.

Wskaźnik prędkości z panelem operatora

Podobnie jak wcześniej zaprezentowany wskaźnik, także wskaźnik prędkości z panelem operatora jest elementem prędkościomierza wskazującym prędkość na wyświetlaczu LCD. Dodatkowo wyposażono go w moduł panelu operatora umożliwiający wprowadzanie nastaw i podstawowych parametrów z poziomu pulpitu maszynisty.

Pulpitowe panele maszynisty zbudowane w oparciu o przemysłowe komputery przemysłowe

Pulpitowe panele maszynisty to zawansowane elementy wyposażenia pojazdu, współpracujące z tachografem TC-XXXP oraz innymi systemami pojazdu szynowego i pozwalające na prezentację większej ilości informacji niż wcześniej omówione wskaźniki LCD. Możliwa jest diagnostyka systemu z poziomu panelu maszynisty, konfiguracja tachografu w dużo większym zakresie niż przy zastosowaniu wskaźnika prędkości z panelem operatora, a także uruchomienie usług zdalnych. Umożliwiają one zdalny monitoring danych telemetrycznych pojazdu i zdalną konfigurację tachografu, za pośrednictwem takich kanałów, jak NET Remoting czy XML-RPC (o ile pojazd może realizować taką komunikację, czyli jest wyposażony w modem GSM). Rozwiązanie to charakteryzuje się również dużą elastycznością i skalowalnością – wygląd panelu i informacje, które są prezentowane mogą zostać dostosowane do konkretnych wymagań klienta.

Obecnie producent proponuje wykonanie tego typu rozwiązania w oparciu o jeden z dwóch rodzajów komputerów panelowych: ADVANTECH – typ TPC-1251H oraz AAEON – typ AHP-2122.

Moduły wejść/wyjść rozproszonych

Moduły wejść/wyjść rozproszonych to urządzenia pozwalające na rozszerzenie liczby wejść/wyjść dwustanowych oraz/lub wejść analogowych jednostki centralnej tachografu za pośrednictwem magistrali CAN.

Jeden moduł wejść/wyjść rozproszonych może rozszerzać liczbę wejść dwustanowych czy analogowych oraz wyjść o łączną liczbę 16, przy czym:

• maksymalna liczba wejść analogowych to cztery (gdy będą wykorzystane cztery wejścia analogowe, pozostaje do dyspozycji do 12 wejść dwustanowych lub do ośmiu wejść dwustanowych i do czterech wyjść),
• maksymalna liczba wyjść to cztery,
• maksymalna liczba wejść dwustanowych to 16 (gdy wszystkie kanały będą ustawione jako wejścia dwustanowe, wówczas liczba wejść analogowych i wyjść wynosi 0).

Wszystkie wejścia dwustanowe mają izolację galwaniczną, a poziom napięcia nominalnego uzgadniany jest na etapie zamówienia. Wejścia analogowe to wejścia napięciowe w zakresie 0–10 V o rozdzielczości 8 bitów.

Wyjścia zbudowano w oparciu o przekaźniki o maksymalnej obciążalności 5 A.

Oprogramowanie użytkowe

Do odczytu, analizy i archiwizacji zgromadzonych danych na kartach pamięci dostarczany jest wraz z tachografem program komputerowy. Prezentacja wyników możliwa jest zarówno w formie graficznej (wykresy), jak i tabelarycznej. Ponadto oprogramowanie umożliwia konfigurację wszystkich modułów systemu. Dostarczane jest bezpłatnie wraz z tachografem i pracuje pod kontrolą systemu operacyjnego Windows.

Elementy diagnostyki – monitor USB

Monitor USB jest modułem pozwalającym na diagnostykę tachografu TC-XXXP za pomocą komputera klasy PC z systemem Windows i oprogramowania dostarczanego wraz z nim. Pozwala na podgląd w czasie rzeczywistym stanu sygnałów wejściowych i wyjściowych, sygnałów analogowych, sygnałów impulsowych, daty i czasu, a także prędkości i drogi oraz wszystkich innych zmiennych procesowych systemu.

źródło: Automatyka 7-8/2023