PDF Archive

Easily share your PDF documents with your contacts, on the Web and Social Networks.

Share a file Manage my documents Convert Recover PDF Search Help Contact



Układ sterujący drzwiami tramwaju .pdf



Original filename: Układ sterujący drzwiami tramwaju.pdf
Author: Kamil

This PDF 1.5 document has been generated by Microsoft® Word 2013, and has been sent on pdf-archive.com on 16/06/2013 at 23:22, from IP address 91.219.x.x. The current document download page has been viewed 1078 times.
File size: 919 KB (12 pages).
Privacy: public file




Download original PDF file









Document preview


Układ sterujący drzwiami
tramwaju

Swobodnie bazujący na algorytmie otwierania i zamykania
drzwi znanym z wagonów Konstal 105Na

Wykonali:

Kamil Wajda kl. 2m
Marcin Wawrzeń kl. 2m
Opiekun:

dr Ryszard Mielnik

1. Geneza pomysłu
Pomysł narodził się mniej więcej na początku drugiej klasy i pierwotnie miał
być skończony na Małopolski Konkurs Własnych Prac Technicznych, który
odbył się 13 marca 2013. Niestety bardzo szybko okazało się, że nie posiadamy jeszcze wystarczającej wiedzy do jego zrealizowania. Wielokrotnie
zmieniały się również koncepcje na czym ten układ miałby być oparty.
Pierwsza koncepcja zakładała zbudowanie układu opartego na przekaźnikach, lecz została nam odradzona ze względu na koszty, niemożność modyfikacji czy też po prostu przestarzałość.
W ramach zajęć Procesów Projektowania Urządzeń i Systemów Mechatronicznych z panem prof. Mielnikiem nauczyliśmy się podstaw obsługi mikrokontrolera DSM-51 i już po kilku lekcjach naszej dwójce udało się zaprogramować program sterujący sygnalizacją świetlną (dodatkowy układ komunikujący się z DSM-51 przez wbudowany w niego układ wejść/wyjść cyfrowych 8255).
Wtedy powstał pomysł, by układ sterujący drzwiami kontrolować właśnie
przy pomocy mikrokontrolera DSM-51. Był to pierwszy krok w przechodzeniu z fazy projektowania do fazy realizacji – konieczne było wykonanie
układu pośredniczącego, który zamieniłby cyfrowy sygnał zerojedynkowy
układu 8255 na rzeczywiste załączenie silnika czy zapalenie diody. Wówczas należało zdecydować ile linii wejść i wyjść będzie potrzebował nasz
układ do sprawnego działania.
Budowa układu pośredniczącego poszła bez większych problemów. Problemy zaczęły się dopiero z.. podłączeniem go do mikrokontrolera DSM51. Wszystko przez źle wlutowane gniazdo, które dopiero za trzecim razem
udało się wlutować w odpowiednim położeniu, umożlwiającym komunikację z DSM-51.
Po zmarnowaniu trzech tygodni na ustalanie właściwego położenia gniazda
udało się nam w końcu zasterować silnikiem przy użyciu mikrokontrolera.
Niestety bardzo szybko okazało się, że nasza znajomość Assemblera jest
zbyt mała by od zera napisać kod sterujący właściwą pracą drzwi. Dodatkowym argumentem przeciw stała się żmudność wpisywania kolejnych linijek kodu w mikrokontrolerze, którego na dodatek nie można zapisać i co
zajęcia należałoby go „wklepywać” od nowa.

Mniej więcej wtedy na zajęciach weszliśmy w dział poświęcony programowi
komputerowemu LabView, który umożliwia niezliczoną liczbę operacji na
sygnałach zarówno cyfrowych jak i analogowych, a dzięki karcie rozszerzeń
i terminalowi pośredniczącemu BNC-2120 można przy pomocy tego programu sterować rzeczywistymi układami używając do tego celu wejść i
wyjść cyfrowych oraz analogowych. Nas oczywiście zainteresowały te
pierwsze.

Rys.1. Terminal pośredniczący BNC-2120

Dopiero w LabView udało nam się stworzyć układ realizujący pożądany algorytm sterowania drzwiami oparty na bramkach logicznych (w tym przerzutnikach RS).

2. Budowa układu pośredniczącego
Wejścia:
- IN PD – przycisk drzwiowy. Przełącznik monostabilny (czyli chwilowy) NO
pełniący rolę przycisku normalnie znajdującego się przy drzwiach tramwaju
i dostępnego dla pasażerów. Tym przyciskiem pasażer zgłasza wolę otwarcia drzwi.
- IN MOT – przełącznik motorniczego. Przełącznik bistabilny pełniący rolę
przełącznika umiejscowionego na pulpicie sterowniczym w kabinie motorniczego. Przełącznik ten pełni dwie role: ma odblokowywać przycisk
drzwiowy – umożliwiać otwarcie drzwi na przystanku i uniemożliwiać ich
otwarcie w czasie jazdy – oraz ma zamykać drzwi po skończonej wymianie
pasażerskiej (analogia do 105Na)
- SEN OTW – czujnik otwarcia drzwi. Docelowo ma on zostać zrealizowany
jako dwa kontaktrony połączone szeregowo (po jedynym na każde skrzydło drzwiowe) umieszczone w ramie drzwiowej, zaś wzbudzające je magnesy trwałe zostaną przymocowane bezpośrednio do skrzydeł drzwiowych.
- SEN ZAM – czujnik zamknięcia drzwi. Docelowo mają mieć one działanie
analogiczne do czujników otwarcia, tyle że mają sygnalizować zamknięcie
drzwi.

Rys. 2. Linie wejściowe.
Tymczasowe przełączniki
na SEN OTW oraz SEN
ZAM docelowo zostaną
zastąpione przez kontaktrony

Rys. 3. Planowane rozmieszczenie czujników otwarcia i zamknięcia w modelu docelowym.
Opis na przykładzie wagonu 105Na.

Wyjścia:
- SIL L/P – przełączanie obrotów silnika przy pomocy przekaźnika dwutorowego przełącznego (DPDT)
- SIL ON/OFF – włączanie/wyłączanie silnika przy pomocy przekaźnika jednotorowego stycznego normalnie otwartego (SPST NO)
- POD PD – podświetlenie przycisku drzwiowego
- POD MOT* – podświetlenie przełącznika motorniczego
- OŚW* – oświetlenie drzwi
* dopiero w trakcie realizacji algorytmu okazało się że zarówno POD MOT jak i OŚW mają do
spełnienia dokładnie tą samą funkcję – mają świecić gdy drzwi są otwarte i gasnąć wraz z ich
zamknięciem. W praktyce więc wystarczyłaby jedna linia wyjściowa zamiast dwóch 

Rys. 4. Układ pośredniczący w całej okazałości. Opis poniżej.

1. Dodatkowa magistrala wejść i wyjść cyfrowych. Dodana na potrzeby
komunikacji z komputerem przez program LabView.
2. Magistrala wejść i wyjść cyfrowych umożliwiająca połączenie z mikrokontrolerem DSM-51
Port A (wyjście)
PA0 – SIL L/P
PA1 – SIL ON/OFF
PA2 – POD PD
PA3 – POD MOT
PA4 – OŚW

Port B (wejście)
PB0 – IN PD
PB1 – IN MOT
PB2 – SEN OTW
PB3 – SEN ZAM
-

3. Układ ULN2803 wzmacniający sygnał cyfrowy. Kanały typu otwarty
kolektor (max 50V/0.5A)
UWAGA: Kanały wyjściowe podciągane do +12V!

4. Przekaźniki bezpośrednio sterujące silnikiem wraz z diodami zabezpieczającymi oraz diodami LED wskazującymi aktualne położenie danego przekaźnika
5. Dwa kondensatory połączone równolegle do masy stabilizujące napięcie zasilające układu ULN2803 (+12V DC)
6. Układ przetwarzania sygnału wejściowego z podciąganiem do 5V
Napięcie przyłożone na wejście
Napięcie na
wyjściu

Brak

+5 V

0V (masa)

3,8 V

4,3 V

0,45 V

Generalnie wejścia pracują tak, że normalnie wysyłają stan logiczny
„1”, zaś po zwarciu do masy (np. przez wciśnięcie przycisku) wysyłają stan logiczny „0”.
7. Układ 7805 wraz z kondensatorami przetwarzający napięcie zasilające (+12V) na +5V i jednocześnie je stabilizujący
8. Magistrala przyłączeniowa dla silnika, przycisków itd. oraz wejście zasilające cały układ. Styki kolejno od prawej:
- zasilanie +12V
- masa
- SILNIK
- SILNIK
- wyjście +5V (obecnie niewykorzystywane)
- wyjście POD PD
- wyjście POD MOT
- wyjście OŚW
- wejście IN PD
- wejście IN MOT
- wejście SEN OTW
- wejście SEN ZAM

3. Algorytm działania układu
Krok Wejścia*

Wyjścia

Opis

1.

IN PD = 0
IN MOT = 0
SEN OTW = 0
SEN ZAM = 1

SIL L/P = 0
SIL ON/OFF = 0
POD PD = 0
POD MOT = 0
OŚW = 0

Tramwaj jest w ruchu – drzwi są zamknięte.
Drzwi posiadają dodatkowe zabezpieczenie
– jeśli ktoś będzie próbował je ręcznie otworzyć (wybije SEN ZAM ze stanu „1”) przekazany zostanie sygnał „1” na SIL ON/OFF powodujący uruchomienie silnika, który będzie
domykał drzwi dopóki SEN ZAM nie powróci
do stanu „1”.

2.

IN PD =
na chwilę 1,
potem 0
IN MOT = 0
SEN OTW = 0
SEN ZAM = 1

SIL L/P = 0
SIL ON/OFF = 0
POD PD = 1
POD MOT = 0
OŚW = 0

Pasażer podchodzi do drzwi i wciska przycisk informując motorniczego o woli opuszczenia pojazdu na najbliższym przystanku.
Chwilowy sygnał „1” pochodzący z IN PD zostaje zapamiętany przez przerzutnik RS, co
sygnalizuje zapalenie się podświetlenia POD
PD.

3a.

IN PD = 0
IN MOT = 1
SEN OTW = 0
SEN ZAM = 1

SIL L/P = 1
SIL ON/OFF = 1
POD PD = 1
POD MOT = 0
OŚW = 0

3b.

IN PD = 0
IN MOT = 1
SEN OTW = 0
SEN ZAM = 0

SIL L/P = 1
SIL ON/OFF = 1
POD PD = 1
POD MOT = 0
OŚW = 0

3c.

IN PD = 0
IN MOT = 1
SEN OTW = 1
SEN ZAM = 0

SIL L/P = 1
SIL ON/OFF = 0
POD PD = 1
POD MOT = 1
OŚW = 1

Tramwaj zatrzymuje się na przystanku. Motorniczy przełącza IN MOT w stan „1” jednoczenie przestawiając obroty silnika na otwierające (SIL L/P = 1). Jeśli uprzednio został
wciśnięty IN PD (krok 2) to rozpoczyna się
procedura otwierania:
- silnik włącza się (SIL ON/OFF = 1)
- drzwi wychodzą z pozycji zamknięcia (SEN
ZAM = 0)
- drzwi docierają do pozycji otwarcia (SEN
OTW = 1)
- silnik ulega wyłączeniu (SIL ON/OFF = 0)
- zapala się oświetlenie drzwi OŚW oraz podświetlenie przełącznika motorniczego POD
MOT
Podobnie jak w kroku 1. drzwi w pozycji
otwartej mają zabezpieczenie przez wymuszonym zamknięciem – jeśli SEN OTW zostanie wybity ze stanu „1” włączy się silnik (SIL
ON/OFF = 1) i będzie otwierał drzwi dopóki
SEN OTW nie powróci do stanu „1”.
Układ przygotowany jest również na taką
ewentualność, że podczas jazdy nikt nie wciśnie przycisku przy drzwiach (IN PD cały czas

= 0). Wówczas po dojechaniu do przystanku
i przełączeniu przez motorniczego przełącznika IN MOT w pozycję „1” nie następuje samoczynne otwarcie dopóty, dopóki nie zostanie wciśnięty przycisk IN PD (na chwilę).
Pasażerowie zostają poinformowani o odblokowaniu przez motorniczego drzwi poprzez
podświetlenie przycisku drzwiowego (POD
PD = 1)
Tramwaj stoi na przystanku z otwartymi
drzwiami (wykonane zostają kroki 2. i 3.)

4.

IN PD = 0
IN MOT = 1
SEN OTW = 1
SEN ZAM = 0

SIL L/P = 1
SIL ON/OFF = 0
POD PD = 1
POD MOT = 1
OŚW = 1

4a.

IN PD = 0
IN MOT = 1
SEN OTW = 0
SEN ZAM = 1

SIL L/P = 1
SIL ON/OFF = 0
POD PD = 1
POD MOT = 0
OŚW = 0

Tramwaj stoi na przystanku z zamkniętymi
drzwiami, ponieważ nikt nie wcisnął przycisku IN PD (nie został wykonany krok 2. a więc
i 3.). Gdy przycisk IN PD zostanie wciśnięty
układ przeskoczy do realizacji kroku 3., jeśli
zaś nie zostanie wciśnięty algorytm zapętli się
i wróci do kroku 1.

5a.

IN PD = 0
IN MOT = 0
SEN OTW = 1
SEN ZAM = 0

SIL L/P = 0
SIL ON/OFF = 1
POD PD = 0
POD MOT = 1
OŚW = 1

5b.

IN PD = 0
IN MOT = 0
SEN OTW = 0
SEN ZAM = 0

SIL L/P = 0
SIL ON/OFF = 1
POD PD = 0
POD MOT = 1
OŚW = 1

5c.

IN PD = 0
IN MOT = 0
SEN OTW = 0
SEN ZAM = 1

SIL L/P = 0
SIL ON/OFF = 0
POD PD = 0
POD MOT = 0
OŚW = 0

Tramwaj przygotowuje się do ruszenia z
przystanku. Motorniczy przełącza IN MOT w
stan „0” jednoczenie przestawiając obroty silnika na zamykające (SIL L/P = 0). Rozpoczyna się procedura zamykania:
- przerzutnik RS pamiętający wciśnięcie IN
PD resetuje się (gaśnie POD PD)
- silnik włącza się (SIL ON/OFF = 1)
- drzwi wychodzą z pozycji otwarcia (SEN
OTW = 0)
- drzwi docierają do pozycji zamknięcia (SEN
ZAM = 1)
- silnik ulega wyłączeniu (SIL ON/OFF = 0)
- gaśnie oświetlenie drzwi OŚW oraz podświetlenie przełącznika motorniczego POD
MOT
Po zakończeniu kroku 5c. algorytm zapętla
się i wraca do kroku 1.

*wszystkie wejścia są co prawda zanegowane, lecz dla łatwiejszej pracy w programie
LabView dla każdego wejścia została zaznaczona opcja Invert Line czyli negacja negacji

4. Realizacja algorytmu na bramkach logicznych
a. symulacja w programie Electronics Workbench

b. ten sam układ zbudowany w programie LabView

5. Przyszłość projektu
Program LabView wraz z terminalem BNC-2120 to z całą pewnością bardzo pomocny sprzęt, nieoceniony w kształceniu na
tego typu układach. Niestety jest on szalenie niepraktyczny –
nie zabudujemy przecież komputera wraz z terminalem w szafie drzwiowej  Raz że wyszłoby to stanowczo za drogo, dwa
– zwyczajnie nie zmieściłoby się. Dlatego naszym zadaniem na
najbliższy czas jest zbudowanie układu z punku 4. na rzeczywistych bramkach logicznych, produkowanych jako układy scalone. Podjęliśmy już pewne kroki w celu skompletowania odpowiednich „scalaków” lecz praktyka pokazuje że wcale nie są
one tak powszechnie dostępne jak by się mogło wydawać, ponieważ w dobie miniaturyzacji mało kto stosuje pojedyncze
bramki..
Czeka nas też najtrudniejsze przedsięwzięcie w całym tym projekcie – skonstruowanie modelu drzwi, którym by nasz układ
sterował – wraz z odpowiednią przekładnią mechaniczną zamieniającą ruch obrotowy silnika na ruch otwierający lub zamykający drzwi


Related documents


uk ad steruj cy drzwiami tramwaju 1
ustawianie kata synchronizacji pd pompo wtryski
lab 4
ufo jako star trek
informacja o wyborze ofert brauze
instrukcja power box


Related keywords