Kazeta vstupů OCi Popis řešení HW Ing. Jiří Holinger středisko elektroniky STARMON s.r.o. Choceň Přednáška v rámci předmětu NVS Prosinec 2015
STARMON s.r.o o Výrobce a dodavatel zabezpečovacích zařízení a diagnostických systémů pro železniční dopravu. o Vývoj HW ve spolupráci s dodavatelem HW (firma EasySoft)
o Vývoj SW ve vlastní režii o Projekce a instalace zařízení ve vlastní režii Reference: Metro Dejvická-Motol, Nádraží Holešovice – Letňany SŽDC - Chrudim – Hlinsko, vlečka Škoda auto MB a mnoho dalších stanic. Diagnostika železničního koridoru Ústí nad Orlicí - Kolín
Zadání produktu OCi o Kazeta OCi má sloužit jako vstupní periferie rozsáhlejšího systému o Kazeta má snímat 16 kontaktních vstupů se společným „minus“ pólem o Komunikace po 2 nezávislých linkách RS-485 o Napájecí napětí 18-36Vdc
o Displej pro indikaci stavu o Mechanické provedení – zásuvný prvek do vany výšky 3U o Konektorový díl pro jednoduchou výměnu prvku (hot-swap) o Paměťový prvek v konektorovém dílu pro konfiguraci
Zadání produktu OCi - pokračování o Klimatická odolnost: o teploty -45°C až +55°C o EMC odolnost: o norma ČSN EN 61000-4 o Rušivé vyzařování:
o norma ČSN EN 61000-6-4 o Úroveň integrity bezpečnosti systému SIL4
Úroveň bezpečnosti SIL4 o Požadavek říká, s jakou četností může dojít k potenciálně nebezpečné poruše. Pro SIL4 - méně než 10-8 poruchy za hodinu. o Pro dodržení SIL 4 je nutné splnit minimálně tyto požadavky na HW: o První porucha se nesmí projevit nebezpečně
o Poruchy se nebezpečně
společnou
příčinou
se
nesmí
projevit
o Použito zapojení dvou galvanicky oddělených procesorů a bezpečné rozštěpení vstupních signálů
Bezpečný stav Za bezpečný stav se považuje, pokud kazeta detekuje neaktivní vstup (rozepnutý kontakt) Porucha s bezpečným projevem - sepnutý kontakt se indikuje jako rozepnutý Porucha s nebezpečným projevem indikuje jako sepnutý
- rozepnutý kontakt se
Cíl návrhu HW:
Vyloučení poruch s nebezpečným projevem vstup 1 RS-485 do nadřazeného systému
vstup 2
24V
vstup 16
Kazeta OCi
RS-485 do nadřazeného systému
Blokové schéma OCi RS-485 1
RS-485 2
Procesor kanálu CH1
Identifikátor 1
Přenosový kanál Vstupy Displej + LED
Identifikátor 2
Procesor kanálu CH2
USB
Napájení
RS-485 1
RS-485 2
izolační bariéra s pevností 500 Vrms~
Tělo kazety (spojeno s PE)
Napájení
Displej + LED
USB
Mechanická konstrukce Kazeta OCi Identifikátor Konektorový díl
Použitý mikroprocesor Při výběru procesoru (rok 2012) byla zvolena řada STM32. Tato řada obsahuje procesory od jádra Cortex-M0 po jádro M4. Procesory celé řady mají podobné periferie – rychlejší vývoj SW. Různé procesory (řady F2, F4) mají pinově kompatibilní pouzdro. Pro kazetu OCi byl zvolen procesor STM32F205VCT6
(96 Kbyte RAM, 256 Kbyte FLASH)
Přenosový kanál – komunikace mezi procesory
CS MOSI MISO
ADuM 7441
ACK CLK MOSI CS
MISO
Galvanické oddělení 500V AC
Procesor kanálu CH1
ADuM 7441
Přenos dat a synchronizace běhu procesorů Zvoleno rozhraní SPI (serial pripheral interface) Přidán signál ACK pro zpětné potvrzení
Procesor kanálu CH2
Použity obvody ADuM7441 • přenos digitálních signálů přes izolační bariéru
CLK ACK
Porovnání s optočleny • nižší spotřeba • větší rychlost přenosu signálu • menší prostorové nároky
Komunikační linky RS-485 ADuM7442 – přenos 2+2 signálů přes izolační bariéru ADM4853 – budič linky RS-485 MAX845 – spínaný zdroj pro galvanické oddělení LP2985 – lineární stabilizátor 5V LT6700 – dohled zdroje 5V
Každý kanál obsahuje 2 nezávislé linky RS-485
Alternativa pro linku RS-485 ADM2682 v jednom pouzdře integruje: - galvanické oddělení - zdroj - stabilizátor - budič RS-485 / RS-422 Nevýhody: - dostupnost (v době návrhu) - cena (v době návrhu)
Vstupy R1 – ochranný odpor R2,R3 – nastavení proudu optočlenem R4 – 4-vývodový odpor (zátěž bezpečná při poruše) Vstup do CH1 – přímý (Log. H při aktivaci) Vstup do CH2 – inverzní (Log. L při aktivaci) OPT3 – Optočlen pro test – při rozepnutí musí vstup přejít do neaktivního stavu Zapojení jednoho vstupu Vcc CH1
OPT1
vstup 1 + R1
D1 R4
vstup1 CH1
R2 R5 OPT2
vstup 1 -
R6
GND CH1 Vcc CH2 vstup1 CH2
R3 GND CH2 OPT3
Test
Měření napájecího napětí procesoru LM4132 – reference 2,5V – reference pro A/D převodník LMV321 – OZ pro vytvoření napětí 3V pro analogové Vdd
Do analogového vstupu procesoru je přivedena ½ napájecího napětí
Řadič displeje • • • •
Použit procesor STM32F103 Komunikace po UART s hlavním procesorem Možnost řízení jasu pomocí PWM Pouze 3 externí komponenty
Identifikátor - konfigurační paměť Identifikátor je umístěný v konektorovém dílu Zůstává při výměně kazety Pravidelně posílá do hlavního procesoru datový rámec po UART Identifikátor obsahuje 2 procesory STM32F050
Procesor 1
UART napájení
Procesor kanálu CH1
Identifikátor UART
Procesor 2
napájení
Procesor kanálu CH2
IIC sběrnice IIC sběrnice je použita pro připojení EEPROM a snímače teploty EEPROM je použita typu 24AA025E48T Paměť obsahuje unikátní sériové číslo - použitelné např. jako MAC Snímač teploty slouží pro diagnostické účely, použitý je typ LM75BG
USB rozhraní pro update firmware ADuM7441 – galvanické oddělení CP2102 – převodník USB – UART NUF2221 – ochrana linky USB Pro update firmware použit interní bootloader procesoru
Napájení F1 - Tavná pojistka 1A D1- ochranná dioda RN1 – RN3 – varistory proti přepětí L1 + C – filtry TMR3-2410WI – vstup 9-36Vdc, výstup 3,3V / 700mA TMR3-2410WI
4-vývodový kondenzátor při poruše dojde k rozpojení proudu
UN+
SD
L1
OUT+
V3+A
IN+
F1
RN1
D1
IN-
UN-
OUTC3
C1
GND
TMR3-2410WI RN2
RN3
SD
PE
OUT+
V3+B
IN+ INC2
OUT-
C4
GND
USB
Displej
Vstupy RS-485
Zdroje
SPI
Procesor
Děkuji za pozornost.
[email protected]
