Устройство контроля состояния дискретных источников сигналов
Решение относится к области автоматического управления технологическим оборудованием и информационно-измерительной технике. Предложено в устройство для контроля состояния дискретных источников сигналов ввести источник импульсов, выход которого подключен к одному из выводов контактного датчика, другой вывод которого подключен к линии связи, к другому концу которой подключен делитель из двух последовательно включенных резисторов, к выходу которого подключен вход диодного амплитудного детектора с фильтром, выход которого подключен к входу контрольного устройства для формирования команд управления. Изобретение обеспечивает:
- повышение надежности работы контактных датчиков (за счет увеличенных значений напряжения и тока) и, тем самым, достоверности определения их состояния;
- исключается расход энергии на дополнительных нагрузочных резисторах и необходимость установки плат с этими резисторами;
- уменьшаются габариты элементов входных цепей каналов модулей;
- уменьшаются габариты и расход энергии в импульсных блоках питания по сравнению с обычными источниками питания.
- появляется возможность выпускать только один тип дискретных входных модулей.
Изобретение относится к области автоматического управления технологическим оборудованием и информационно-измерительной технике и, в частности, способам формирования и передачи электрических сигналов в импульсной форме и может быть использовано для контроля состояния дискретных источников сигналов (например, датчиков, кнопок, переключателей) в системах управления комплексами технологического оборудования, например, автоматическими линиями, и информационно-измерительных системах.
В указанных областях техники имеется необходимость получения информации о ходе контролируемого технологического процесса с помощью дискретных контактных датчиков, замкнутое или разомкнутое состояния которых определяется технологическим процессом.
В настоящее время системы управления часто выполняют на основе программируемых логических контроллеров (ПЛК). Для сопряжения с объектом управления входы ПЛК должны иметь определенные энергетические характеристики по величине и роду тока и напряжения. Номенклатура датчиков и средств управления, используемых в качестве источников входных сигналов для ПЛК, достаточно широка как по роду, так и по уровню тока и напряжения. Использование низкого напряжения=24В для контактных датчиков не всегда обеспечивает их надежную работу. Это связано с несогласованностью параметров элементов электрооборудования с входным параметром модуля. В некоторых моделях ПЛК это шунтирующее сопротивление предусмотрено в самом модуле. Это касается не только контактных, но и бесконтактных источников сигнала, например бесконтактных путевых выключателей. [Крыленко В.В. и др. Управление
автоматическими линиями с помощью ЭВМ. - М.: Машиностроение, 1983. с.14, 38,134].
В качестве аналога на фиг. приложения показано типовое подключение контактных датчиков к входам модуля SM323, с использованием соответствующих линий связи. Rш - шунтирующий резистор, R1 и R2 -резисторы согласующей цепочки. Модуль SM323 предназначен для преобразования входных дискретных сигналов контроллера в его внутренние логические сигналы. (SIMATIC. Комплексная автоматизация производства. Каталог ST 70. 2003, с 3-98, 3-99). Количество входов одного модуля - 8 или 16, входное напряжение = 24В, типовое значение входного тока высокого уровня 7.0 мА.
Несогласованность параметров элементов электрооборудования с входным параметром модуля проявляется в том, что входной ток модуля составляет 7.0 мА, тогда как контакты датчика нормально могут работать с значительно большими токами. При использовании электроаппаратов с негерметичными контактами (кнопки типа КЕ или переключатели типа ПЕ) "пробивание" током окисной пленки при напряжении 24В обеспечивается при силе тока 0,2-0,5 А. [Крыленко В.В. и др. Управление автоматическими линиями с помощью ЭВМ. - М.: Машиностроение, 1983. с.140]
Кроме того, работа таких датчиков часто происходит в тяжелых условиях, что связано с открытой коммутацией тока, подверженностью вредному воздействию окружающей среды (пыль, влага, грязь) и др., что характерно для путевых, блокировочных и конечных выключателей, от которых зависит не только правильное функционирование оборудования, но и безопасность обслуживающего персонала.
Для увеличения тока, протекающего через контакты датчиков, параллельно каждому входу ПЛК подключают дополнительные шунтирующие резисторы R ш (см. фиг. приложения). Это приводит к большому количеству плат с резисторами, усложнению монтажа и бесполезной потере энергии, рассеиваемой на этих резисторах.
Для повышения достоверности оценки состояния контактных датчиков, применяются различные способы их контроля.
В качестве прототипа может быть принято устройство (пат. РФ №2012062, G 08 C 19/16, 1994 г.), содержащее двухпроводную линию связи, на одном конце которой подключены последовательно выпрямительный диод и контакт датчика, на другом - соединенный с проводами линии связи источник переменного напряжения, блок контроля и формирования команд и исполнительный элемент, с целью упрощения устройства и повышения функциональной надежности, в него введены формирователь длительности импульсов, элемент гальванической развязки, элемент индикации, элемент сопряжения, выход исполнительного элемента является выходом устройства и объединен с одним выводом элемента индикации, второй вывод которого и вход исполнительного элемента подключены через элемент сопряжения с выходом блока контроля и формирования команд, входы которого соединены через элемент гальванической развязки с соответствующими выводами формирователя длительности импульсов, вход которого и вход элемента гальванической развязки подключены к соответствующим проводам линии связи.
К недостаткам прототипа следует отнести сложность, использование для контроля датчиков сетевого (т.е. низкой частоты) выпрямленного однополупериодного напряжения, необходимость формирования для каждого состояния датчика импульсов различной длительности, использование микроЭВМ для окончательного распознавания состояния датчиков, и, главное, не устраняется указанная выше несогласованность электрических параметров контакта датчика и входа блока контроля и формирования командная сложность согласующего устройства.
Эти недостатки устраняются предлагаемым решением.
Решаемая задача - совершенствование известного устройства.
Технический результат заключается в согласовании режимов работы по току и напряжению входных цепей контролирующего устройства (например, программируемого контроллера) и контактных источников сигналов (датчиков), упрощении согласующего устройства и повышении достоверности определения состояния контактного источника сигнала.
Это достигается тем, что в устройство - контроля состояния дискретных источников сигналов, содержащее линию связи, на одном конце которой подключен контакт датчика, на другом - соединенный с линией связи через формирователь вход контрольного устройства, введен источник импульсов, выход которого подключен к одному из выводов контактного датчика, другой вывод которого подключен к линии связи, к другому концу которой подключен делитель из двух последовательно включенных резисторов, к выходу которого подключен вход диодного амплитудного детектора с фильтром, выход которого подключен к входу контрольного устройства для формирования команд управления.
На фиг.1 показана принципиальная схема устройств; на фиг.2 представлен вид импульсов, которые подают на датчик; на фиг.3 показан процесс формирования входного напряжения из импульсной последовательности.
Принципиальная схема устройства, (фиг.1.) содержит источник 1 импульсов; контактные датчики 2 (SQ1 - SQ N). Выход источника 1 импульсов подключен к одному из выводов контактного датчика 2, другой вывод которого подключен к линии связи 3. Принципиальная схема включает также формирователь 4, канал контрольного устройства 5. Контактные датчики 2 (SQ1 - SQ N) подключены к общей шине 6, подключенной через транзисторный ключ 7 к источнику питания постоянного тока и генератору импульсов 8 и через резисторы R1 и R2- 9, 10, диод VD 11 и конденсатор С 12 через входное сопротивление R вх 13 к первому каналу контрольного устройства 5.
Устройство работает следующим образом.
Импульсы от источника 1 (фиг.1) поступают на контактный датчик 2, состояние которого определяется ходом контролируемого технологического процесса. В качестве датчика также может быть любой дискретный командоаппарат (например, кнопка или переключатель), с помощью которого задаются команды от оператора для управляющего устройства.
Если контакт датчика замкнут (или состояние бесконтактного дискретного датчика соответствует логической единице), импульсы от источника 1 поступают через линию связи 3 на формирователь 4. Суммарное сопротивление резисторов R1 9 и R2 10 будет определять ток через контакт датчика 2 в момент действия импульса от источника 1. Тем самым обеспечивается необходимый режим работы контакта по току. Амплитуда импульсов источника 1 выбирается из условия надежной работы контакта датчика. Для приведения амплитуды импульсов к требуемому уровню (по условию работы входа устройства 5) используют делитель на резисторах R1 и R2, 9, 10.
Импульсы с резистора R2 10 формирователя 4 поступают на вход диодного амплитудного детектора с фильтром (диод 11, конденсатор 12, входное сопротивление 13), служащего для выделения огибающей 14 (фиг.3) импульсной последовательности 15, которая поступает на формирователь 4 при замкнутом состоянии датчика 2 (позиция 16 на фиг.3) и образуется из импульсной последовательности 17, которая формируется источником 1 импульсов. Выбором высокой частоты следования импульсов (10-100 кГц) обеспечивается малая постоянная времени фильтра и малая величина задержки формируемой огибающей по отношению к импульсной последовательности.
Выбор параметров элементов при реализации способа можно пояснить следующим примером.
Если положить, что ток через контакт датчика в импульсе будет равен 
, (где Uu - амплитуда импульсов) то средний ток с учетом
скважности 
(фиг.2, где Т - период следования импульсов, t U - длительность импульса) будет равен 
. Выбором скважности Q (при tu<T) можно получить небольшой средний ток. Так при I u=200 мА и скважности Q=20, средний ток составит i ср=10 мА, что соответствует уровню токов входных модулей ПЛК, Амплитуда импульса Uu может приниматься порядка 100-110 В, что обеспечивает надежный пробой окисной пленки контактов датчика и малое влияние его переходного сопротивления.
Поскольку средняя рассеиваемая мощность на резисторах
Т формирователя 4 невелика (с учетом большой скважности импульсов 
), а габариты конденсатора фильтра также небольшие (из-за высокой частоты следования импульсов), такие формирователи легко встраиваются в каждый канал контрольного устройства (например, входного модуля программируемого контроллера) вместо ранее используемых цепей аналогичного назначения (см. приложение).
Изобретение обеспечивает:
- повышение надежности работы контактных датчиков (за счет увеличенных значений напряжения и тока) и, тем самым, достоверности определения их состояния;
- исключается расход энергии на дополнительных нагрузочных резисторах и необходимость установки плат с этими резисторами;
- уменьшаются габариты элементов входных цепей каналов модулей;
- уменьшаются габариты и расход энергии в импульсных блоках питания по сравнению с обычными источниками питания.
- появляется возможность выпускать только один тип дискретных входных модулей.
Устройство контроля состояния дискретных источников сигналов, содержащее линию связи, на одном конце которой подключен контакт датчика, на другом - вход контрольного устройства, отличающиеся тем, что в него введен источник импульсов, выход которого подключен к одному из выводов контактного датчика, другой вывод которого подключен к линии связи, к другому концу которой подключен делитель из двух последовательно включенных резисторов, к выходу которого подключен вход диодного амплитудного детектора с фильтром, выход которого подключен к входу контрольного устройства для формирования команд управления.
