Система контроля состояния дискретных источников сигналов
Решение относится к области автоматического управления технологическим оборудованием, в том числе, дистанционного управления и информационно-измерительной технике.
Предложено в систему контроля состояния дискретных источников сигналов содержащую, дискретный датчик, подключенный одним выводом к источнику импульсов, состоящему из источника питания, транзисторного ключа и генератора импульсов, другим выводом к началу линии связи, на другом конце которой через формирователь подключен вход контрольного устройства объекта управления, ввести блок контроля линии связи, содержащий ключ, первый вход которого подключен к первому выводу источника питания в составе блока контроля линии связи, а выход ключа подключен к первому проводу линии связи, соединенному с дискретным датчиком, ко второму проводу которой подключен первый вывод датчика тока блока контроля линии связи, выход датчика тока через инвертор и усилитель с элементом задержки подключен через один из входов элемента «ИЛИ» к входу установки в «ноль» триггера, ко второму входу элемента «ИЛИ» подключена кнопка «Сброс», к входу установки триггера в «единицу» подключен один из выходов генератора импульсов, подключенный также ко второму входу ключа блока контроля линии связи, а выход триггера подключен к RC цепи, к выходу которой подключен вход порогового элемента, к выходу которого подключен индикатор состояния линии связи.
Ключ блока контроля линии связи подключен с возможностью замыкания в промежутках времени, соответствующих разомкнутому состоянию транзисторного ключа источника импульсов, подключенного к дискретному датчику.
Вторые выводы источников питания в составе источника импульсов и блока контроля линии связи и второй вывод датчика тока блока контроля линии связи соединены между собой.
Технический результат - контроль как дискретного датчика, так и состояния линии связи.
1 с.п. ф-лы, 2 илл
Полезная модель относится к области автоматического управления технологическим оборудованием, в том числе, дистанционного управления, и информационно-измерительной технике и, в частности, устройствам 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.
Эта информация передается по линии связи, к которой с одной стороны подключен контактный датчик или кнопка, а с другой - контрольное устройство для формирования команд управления оборудованием.
В качестве прототипа может быть принято устройство контроля состояния дискретных источников сигналов (патент РФ на полезную модель 
53048, G08C 19/18, Н02М 3/335, опубл. 27.04.2006.), содержащее линию связи, на одном конце которой подключен контакт дискретного датчика, на другом - через формирователь вход контрольного устройства, в устройство введен источник импульсов, выход которого подключен к одному из выводов дискретного 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. В состав источника импульсов входят интегратор импульсов, источник питания, транзисторный ключ.
К недостаткам прототипа следует отнести отсутствие контроля состояния линии, по которой передается информация о состоянии дискретного датчика, что снижает достоверность передачи информации. Этот недостаток устраняется предлагаемым решением.
Решаемая задача - расширение функциональных возможностей системы.
Технический результат заключается в том, что, кроме состояния дискретного источника сигнала постоянно контролируется и состояние линии связи, что обеспечивает:
- повышение надежности работы дискретных источников сигнала и достоверности определения их состояния;
- автоматический постоянный контроль обрыва в линии связи;
- мгновенное обнаружение факта обрыва линии и минимизацию, тем самым, времени на его устранение;
- повышение достоверности определения состояния дискретного источника сигнала за счет исключения неправильного восприятия его состояния, связанного с обрывом линии, что позволяет разделить отказы дискретного источника сигнала и линии.
- исключение необходимости согласования амплитуд импульсов контроля датчика и контроля линии связи.
Это достигается тем, что в систему контроля состояния дискретных источников сигналов, содержащую дискретный датчик, подключенный одним выводом к источнику импульсов, состоящему из источника питания, транзисторного ключа и генератора импульсов, другим выводом подключенный к началу линии связи, на другом конце которой через формирователь подключен вход контрольного устройства объекта управления, введен блок контроля линии связи, содержащий ключ, первый вход которого подключен к первому выводу источника питания в составе блока контроля линии связи, а выход ключа подключен к первому проводу линии связи, соединенному с дискретным датчиком, ко второму проводу которой подключен первый вывод датчика тока блока контроля линии связи, выход которого через инвертор и усилитель с элементом задержки подключен через один из входов элемента «ИЛИ» к входу установки в «ноль» триггера, ко второму входу элемента «ИЛИ» подключена кнопка «Сброс», к входу установки триггера в «единицу» подключен один из выходов генератора импульсов, подключенный также ко второму входу ключа блока контроля линии связи, а выход триггера подключен к RC цепи, к выходу которой подключен вход порогового элемента, к выходу которого подключен индикатор состояния линии связи. Вторые выводы источников питания в составе источника импульсов и блока контроля линии связи и второй вывод датчика тока блока контроля линии связи соединены между собой. Ключ блока контроля линии связи подключен с возможностью замыкания в промежутках времени, соответствующих разомкнутому состоянии. Транзисторного ключа источника импульсов, подключенного к дискретному датчику.
Введение источника питания с обратной полярностью относительно полярности источника питания источника импульсов исключает возможность формирования командных сигналов контрольным устройством при прохождении импульсов контроля линии, поскольку диод в составе формирователя оказывается запертым для этих импульсов. Вследствие этого отпадает необходимость согласования амплитуд импульсов контроля датчика и контроля линии связи.
На Фиг.1 приведена принципиальная схема системы; На Фиг.2 - временные диаграммы для иллюстрации работы.
Принципиальная схема системы контроля состояния дискретных источников сигналов (фиг.1) содержит источник импульсов 1, к которому подключен дискретный датчик 2, состояние которого определяется технологическим процессом или командой оператора, соединенный с одной стороны со входом линии связи 3 (первый прямой провод Л1), к концу линии подключен формирователь 4, в составе которого имеется делитель на резисторах R1 и R2, к выходу формирователя подключено контрольное устройство 5 объекта управления, для формирования команд управления. С другой стороны дискретный датчик 2 проводом 6 соединен с транзисторным ключом 7 источника импульсов, в состав которого также входят источник питания постоянного тока ИП 1 и генератор импульсов 8 ГИ (эти элементы присутствуют в прототипе - патент РФ на полезную модель 53048).
В систему введен блок контроля линии связи, в состав которого входит датчик тока 9 в виде резистора Кш, подключенный во второй обратный провод (Л2) линии связи 3, выход датчика тока 9 подключен через инвертор 10 к усилителю 11, выход которого через элемент задержки 12 подключен к первому входу элемента 13 «ИЛИ», а выход элемента 13 - к входу «R» установки в «ноль» триггера 14. Ко второму входу элемента 13 «ИЛИ» подключена кнопка сброса. Ко входу «S» установки триггера 14 в «единицу» подключен вых. 2 ГИ 8 (в составе источника импульсов 1), подключенный также к первому входу ключа 15, второй вход которого подключен к первому выводу источника питания 16 в составе блока контроля линии связи, а выход ключа подключен к первому проводу (Л1) линии связи 3, соединенному с дискретным датчиком 2. Выход триггера 14 подключен к RC цепи 17 с диодом VD1, к выходу которой (конденсатор С) подключен вход порогового элемента 18, в виде триггера Шмитта, к выходу которого подключен индикатор 19 состояния линии связи, в виде светодиода VD2 с резистором R. Для регистрации отказов линии связи выход порогового элемента 18 может подключаться к ЭВМ. Элементы схемы 9-19 входят в блок контроля линии связи.
Ключ 15 блока контроля линии связи подключен с возможностью замыкания в промежутках времени, соответствующих разомкнутому состоянию транзисторного ключа 7 (источника импульсов 1), подключенному к дискретному датчику 2. Вторые выводы источников питания в составе источника импульсов 1 (ИП1) и блока контроля линии связи (ИП2) и второй вывод датчика тока 9 блока контроля линии связи соединены между собой.
Система работает следующим образом (Фиг.1 и Фиг.2). Импульсы от источника импульсов 1 поступают на дискретный датчик 2. При замкнутом его состоянии эти импульсы поступают в линию связи 3 (провод Л1) и далее после обработки формирователем 4 поступают в контрольное устройство 5 объекта управления для формирования команд управления. На вход дискретного датчика 2 импульсы поступают через провод 6 от источника питания ИП1 в составе источника импульсов 1 при замыкании транзисторного ключа 7, управление которым происходит импульсами с вых. 1 ГИ 8 (Фиг.2а). В соответствии с прототипом эти импульсы отличаются большой скважностью, т.е. выполняется условие, что
tи<<Tи,
где t и - длительность импульсов,
Tи - период следования импульсов.
Блок контроля линии связи 3 обеспечивает подачу контрольных импульсов, прохождение которых по линии проверяется с помощью датчика тока, включенного во второй обратный провод Л2 линии связи 3. Процесс контроля состояния линии связи 3 иллюстрируется временными диаграммами на Фиг.2.
Подача в линию связи 3 контрольных импульсов производится транзисторным ключом 15, который на короткое время подключает к линии связи (провод Л1) источник постоянного напряжения ИП2, полярность (отрицательная) подключения которого к линии связи 3 является противоположной по отношению к полярности ИП1 (положительная). Управление ключом 15 осуществляется импульсами с вых. 2 ГИ 8, которые следуют с тем же периодом Ти и длительностью tи, но смещены (задержаны) относительно импульсов с выхода вых.1 на время t31. Таким образом, подача в линию импульсов от ИП2 отрицательной полярности происходит в промежутках между основными импульсами положительной полярности от ИП1 (Фиг.2а, б)
Назовем основные первые импульсы от ИП1 - импульсами контроля датчика КД, а импульсы от ИП2 - импульсами контроля линии связи КЛ. Для контроля прохождения импульсов КЛ по линии связи, во второй ее провод Л2 включен датчик тока 9 в виде сопротивления шунта Rш. При нормальном состоянии линии и замыкании ключа 15 проходит ток по цепи: ИП2 (+), датчик тока 9, провод линии связи Л2, резисторы R2 и R1 формирователя 4, провод линии связи Л1, ключ 15, ИП2 (-). Поскольку полярность импульсов КЛ отрицательная, они не могут восприниматься контрольным устройством 5 объекта управления из-за наличия диода VD в составе формирователя 4. Это значительно упрощает процесс контроля линии связи и повышает надежность формирования команд управления контрольным устройством 5, которое будет реагировать только на основные импульсы КД.
Импульсы с вых.2 ГИ 8 управляют замыканием ключа 15 и поступают одновременно на вход «S» установки в единицу триггера 14 переводя его в единичное состояние. При прохождении тока по линии связи во время замкнутого состояния ключа 15, на датчике тока 9 образуется импульсный сигнал ДТ 9 (Фиг.2, в), который через инвертор 10, усилитель 11 и элемент задержки 11 (t32) поступает на вход элемента 13 ИЛИ (Фиг.2г) и далее на вход «R» сброса триггера 14 в нулевое состояние и сбрасывает последний (Фиг.2д.) На его выходе устанавливается напряжение, соответствующее уровню логического нуля.
К выходу триггера 14 подключена RC цепочка, конденсатор С которой начинает заряжаться при единичном состоянии триггера 14. Однако при отсутствии обрыва в линии связи, вследствие кратковременного единичного состояния триггера, напряжение на конденсаторе не успевает достигнуть порогового значения уставки Uпорог Для срабатывания порогового элемента 18, вследствие чего на его выходе будет присутствовать уровень логического нуля и отсутствует свечение светодиода VD2. Этот процесс соответствует нормальному состоянию линии.
В случае обрыва какого-либо провода линии, при поступлении на вход линии импульсов КЛ (Фиг.2, б), ответного сигнала с датчика тока ДТ не поступит, вследствие чего триггер 14, поставленный в единицу импульсом с вых.2 генератора импульсов, не будет сброшен (Фиг.2, е, «Обрыв»). При этом конденсатор RC - цепи 17 заряжается до порогового уровня Uпорог. (Фиг.2ж), что приводит к переключению порогового элемента 18 в единичное состояние и свечению светодиода VD2 индикатора 19 состояния линии связи (Фиг.2, з), сигнализирующего об обрыве линии связи.
Единичный сигнал с выхода порогового элемента 18 может также поступать на ЭВМ для регистрации такого события, как обрыв линии и принятия мер по его устранению. После устранения обрыва линии связи должна быть нажата кнопка «Сброс» для приведения блока контроля линии в исходное состояние (Фиг.2и). Диод VD1 в составе RC - цепи 17 обеспечивает быстрый разряд конденсатора С при переключении триггера 14 из единичного в нулевое состояние.
1. Система контроля состояния дискретных источников сигналов, содержащая дискретный датчик, подключенный одним выводом к источнику импульсов, состоящему из источника питания, транзисторного ключа и генератора импульсов, другим выводом - к началу линии связи, на другом конце которой через формирователь подключен вход контрольного устройства объекта управления, отличающаяся тем, что в нее введен блок контроля линии связи, содержащий ключ, первый вход которого подключен к первому выводу источника питания в составе блока контроля линии связи, а выход ключа подключен к первому проводу линии связи, соединенному с дискретным датчиком, ко второму проводу которой подключен первый вывод датчика тока блока контроля линии связи, выход датчика тока через инвертор и усилитель с элементом задержки подключен через один из входов элемента «ИЛИ» к входу установки в «ноль» триггера, ко второму входу элемента «ИЛИ» подключена кнопка «Сброс», к входу установки триггера в «единицу» подключен один из выходов генератора импульсов, подключенный также ко второму входу ключа блока контроля линии связи, а выход триггера подключен к RC цепи, к выходу которой подключен вход порогового элемента, к выходу которого подключен индикатор состояния линии связи.
2. Система по п.1, отличающаяся тем, что ключ блока контроля линии связи подключен с возможностью замыкания в промежутках времени, соответствующих разомкнутому состоянию транзисторного ключа источника импульсов, подключенного к дискретному датчику.
3. Система по п.1, отличающаяся тем, что вторые выводы источников питания в составе источника импульсов и блока контроля линии связи и второй вывод датчика тока блока контроля линии связи соединены между собой.
