Tachografy serii TC-XXXP

Symbol XXX w nazwie typu oznacza zakres pomiarowy kabinowego wskaźnika prędkości. Przemysłowy Instytut Automatyki i Pomiarów PIAP wykonuje cztery wersje tachografów: TC-130P i TC-160P, TC-200P i TC-250P. Rejestracja prędkości odbywa się w zakresie do 400 km/h, niezależnie od wykonania kabinowych wskaźników prędkości. Prezentowany w artykule 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 przez dołączenie do magistrali CAN dodatkowych modułów.

Duży nacisk położono na zapewnienie szybkiej i łatwej diagnostyki systemu. Staje się ona możliwa dzięki dołączeniu do systemu modułu TC-XXXP-monitor USB, który pozwala śledzić wszystkie dane procesowe występujące na magistrali tachografu (czyli parametrów jednostki centralnej i modułów rozproszonych) za pomocą komputera PC dołączonego do systemu.

Budowa i zasada działania

Tachograf typu TC-XXXP w wersji podstawowej składa się z jednostki centralnej umieszczonej w bezpiecznym miejscu w pojeździe szynowym, przetwornika prędkości zamocowanego na piaście koła, kabinowych wskaźników prędkości zamontowanych w polu widzenia maszynisty oraz przynajmniej 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 cyklicznie za pośrednictwem magistrali CAN. Dodatkowo jednostka centralna generuje 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 PIAP – są to sygnały takie 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.

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 również zasilanie 24 V DC. Rozwiązanie to znacznie upraszcza projektowanie i montaż poszczególnych urządzeń na obiekcie.

Kluczowe elementy tachografu TC-XXXP

Jednostka centralna

Jednostka centralna tachografu oblicza prędkość pojazdu, monitoruje sygnały dwustanowe, impulsowe oraz 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 wchodzi kilka bloków funkcjonalnych. Pierwszy z nich to magistrala CAN1 wyprowadzona za pomocą męskiego złącza DB-9, która służy do komunikacji z nadrzędnymi w stosunku do tachografu systemami sterowania pojazdem lub innymi systemami pojazdu. Kolejna magistrala, CAN2, wyprowadzona za pomocą złącza DB-9, służy do komunikacji z pozostałymi modułami tachografu, takimi jak wskaźniki prędkości, rejestratory danych, rozproszone moduły wejść/wyjść czy moduł GPS. Interfejs RS-232 służy do komunikacji z innymi urządzeniami wyposażonymi w ten interfejs, np. moduł GSM, zaś interfejs USB – do konfiguracji i diagnostyki jednostki centralnej.

W skład urządzenia wchodzą też dwa izolowane galwanicznie wejścia dwustanowe (nominalny poziom napięcia wejściowego określany jest na etapie wcześniejszych uzgodnień), jedno izolowane galwanicznie wejście impulsowe (pomiar częstotliwości i liczby impulsów), dwa izolowane galwanicznie wejścia analogowe (zakres 0–20 mA, rozdzielczość 10 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 i umożliwiające określenie kierunku jazdy oraz diody sygnalizacyjne pozwalające na szybką ocenę pracy podstawowych modułów urządzenia.

Moduł rejestratora danych

Moduł rejestracji danych zapisuje sygnały wysyłane z jednostki centralnej i opcjonalnie innych elementów systemu dostępnych na magistrali CAN tachografu. Odczyt danych jest możliwy z komputera PC za pośrednictwem interfejsu USB.

Rejestrator powinien być umieszczony w pojeździe w bezpiecznym miejscu w pobliżu jednostki centralnej i zabezpieczony przed dostępem osób niepowołanych. Włączany jest do systemu za pomocą modułu 
TC-XXXP Gniazdo Pamięci. W tym module rejestrowane są wszystkie parametry pracy systemu, takie jak informacja o prędkości i drodze przebytej przez pojazd, stanie wejść/wyjść jednostki centralnej i modułów rozproszonych typu I/O, poziomie wejściowych sygnałów analogowych jednostki centralnej i sygnałów analogowych modułów rozproszonych, poziomie wejściowych sygnałów analogowych modułów rozszerzeń, aktualnym numerze pociągu, ID maszynisty oraz pozycji geograficznej pojazdu i prędkości według GPS (jeśli zastosowano w systemie moduł TC-XXXP-GPS), a także inne informacje, w zależności od konfiguracji systemu i wymagań użytkownika.

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

W zależności od pojemności pamięci wykonywane są dwa typy urządzeń „rejestrator”: o pojemności 8 GB lub 4 GB.

Pojemność pamięci rejestratora w dniach lub godzinach uzależniona jest od liczby rejestrowanych informacji w czasie i rozdzielczości, z jaką informacje są zapisywane. Dla modułów o pojemności 8 GB możliwy jest zapis informacji średnio przez 110 dni, natomiast dla modułów o pojemności 4 GB przez 55 dni. Po zapełnieniu pamięci najstarsze informacje są usuwane, a w ich miejsce zapisywane są nowe.

Maksymalnie w systemie tachografu mogą być cztery moduły tego typu, możliwe jest więc tworzenie systemów o redundantnym charakterze zapisu informacji.

Moduł – gniazdo pamięci

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

Przetwornik prędkości

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

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

Wskaźnik prędkości z panelem operatora

Wskaźnik prędkości z panelem operatora jest elementem wskazującym prędkość na wyświetlaczu LCD. Dodatkowo wyposażono go w moduł panelu operatora umożliwiający wprowadzanie nastaw i podstawowych parametrów z poziomu pulpitu maszynisty.

Pulpitowy panel maszynisty

Pulpitowy panel maszynisty, zbudowany w oparciu o przemysłowe komputery przemysłowe, jest zaawansowanym elementem wyposażenia pojazdu współpracującym z tachografem 
TC-XXXP oraz innymi systemami pojazdu szynowego. Umożliwia prezentację większej liczby informacji niż wskaźniki LCD, diagnostykę systemu z poziomu panelu maszynisty, konfigurację tachografu w znacznie szerszym zakresie niż przy zastosowaniu wskaźnika prędkości z panelem operatora, uruchomienie zdalnego monitoringu danych telemetrycznych pojazdu, a także zdalnej konfiguracji tachografu za pośrednictwem takich kanałów jak NET Remoting czy XML-RPC (o ile pojazd jest wyposażony w modem GSM).

Rozwiązanie to charakteryzuje się dużą elastycznością i skalowalnością. Wygląd panelu i prezentowanych informacji może zostać dostosowany do wymagań klienta.

Przemysłowy Instytut Automatyki i Pomiarów PIAP 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 umożliwiają rozszerzenie liczby wejść/wyjść dwustanowych oraz/lub wejść analogowych jednostki centralnej tachografu za pośrednictwem magistrali CAN.

Jeden moduł wejść/wyjść rozproszonych pozwala zwiększyć liczbę wejść dwustanowych lub analogowych albo wyjść w sumie o 16 kanałów. Istnieją jednak dodatkowe obwarowania: maksymalna liczba wejść analogowych może wynosić cztery (gdy będą wykorzystane cztery wejścia analogowe, do dyspozycji pozostaje do 12 wejść dwustanowych lub do ośmiu wejść i do czterech wyjść dwustanowych), maksymalna liczba wyjść – także cztery, zaś maksymalna liczba wejść dwustanowych – 16 (gdy wszystkie kanały będą ustawione jako wejścia dwustanowe, wówczas liczba wejść analogowych i wyjść wynosi 0). Na życzenie odbiorcy można stosować kilka modułów wejść/wyjść. Wszystkie wejścia dwustanowe posiadają izolację galwaniczną, a poziom napięcia nominalnego uzgadniany jest na etapie zamówienia.

Elementy diagnostyki – monitor USB

Element ten jest modułem umożliwiającym diagnostykę tachografu TC-XXXP za pomocą komputera 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.

PRZEMYSŁOWY INSTYTUT AUTOMATYKI I POMIARÓW PIAP
Al. Jerozolimskie 202, 02-486 Warszawa
tel. 22 874 01 94, 22 874 04 42, fax 22 874 02 16
e-mail: mechatronika@piap.pl 
www.piap.pl

źródło: Automatyka 9/2017