Kazeta vstupů OCi Popis řešení HW. Ing. Jiří Holinger středisko elektroniky STARMON s.r.o. Choceň

Transkript

1 Kazeta vstupů OCi Popis řešení HW Ing. Jiří Holinger středisko elektroniky STARMON s.r.o. Choceň Přednáška v rámci předmětu NVS Prosinec 2015

2 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

3 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

4 Zadání produktu OCi - pokračování o Klimatická odolnost: o teploty -45 C až +55 C o EMC odolnost: o norma ČSN EN o Rušivé vyzařování: o norma ČSN EN o Úroveň integrity bezpečnosti systému SIL4

5 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 společnou příčinou se nesmí projevit nebezpečně o Použito zapojení dvou galvanicky oddělených procesorů a bezpečné rozštěpení vstupních signálů

6 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 Cíl návrhu HW: Vyloučení poruch s nebezpečným projevem - rozepnutý kontakt se vstup 1 vstup 2 RS-485 do nadřazeného systému 24V vstup 16 Kazeta OCi RS-485 do nadřazeného systému

7 Displej + LED Displej + LED Tělo kazety (spojeno s PE) Blokové schéma OCi USB Napájení RS RS Procesor kanálu CH1 Identifikátor 1 Vstupy Přenosový kanál Identifikátor 2 Procesor kanálu CH2 USB Napájení RS RS izolační bariéra s pevností 500 Vrms~

8 Kazeta OCi Identifikátor Konektorový díl Mechanická konstrukce

9 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)

10 Galvanické oddělení 500V AC MISO ACK CLK MOSI CS Přenosový kanál komunikace mezi procesory Procesor kanálu CH1 Přenos dat a synchronizace běhu procesorů ADuM 7441 ADuM 7441 Zvoleno rozhraní SPI (serial pripheral interface) Přidán signál ACK pro zpětné potvrzení Procesor kanálu CH2 CS MOSI MISO CLK ACK Použity obvody ADuM7441 přenos digitálních signálů přes izolační bariéru Porovnání s optočleny nižší spotřeba větší rychlost přenosu signálu menší prostorové nároky

11 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

12 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)

13 R1 ochranný odpor Vstupy 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 vstup 1 + R1 D1 R4 R2 OPT1 R5 Vcc CH1 GND CH1 vstup1 CH1 vstup 1 - R3 OPT2 R6 Vcc CH2 GND CH2 vstup1 CH2 OPT3 Test

14 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

15 Řadič displeje Použit procesor STM32F103 Komunikace po UART s hlavním procesorem Možnost řízení jasu pomocí PWM Pouze 3 externí komponenty

16 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 Identifikátor Procesor 2 UART napájení UART napájení Procesor kanálu CH1 Procesor kanálu CH2

17 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

18 USB rozhraní pro update firmware ADuM7441 galvanické oddělení CP2102 převodník USB UART NUF2221 ochrana linky USB Pro update firmware použit interní bootloader procesoru

19 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 UN+ L1 SD OUT+ V3+A při poruše dojde k rozpojení proudu UN- F1 D1 RN1 C1 IN+ IN- OUT- TMR3-2410WI C3 GND PE RN2 RN3 SD OUT+ V3+B IN+ C2 IN- OUT- C4 GND

20 Vstupy USB Displej RS-485 SPI Zdroje Procesor

21 Děkuji za pozornost.