Модуль обмена аналоговыми сигналами с контролем параметров

Полезная модель относится к устройствам приема, контроля и выдачи аналоговой информации и предназначена для сопряжения канала релейного обмена с шиной ISA в магистрально-модульных управляющих системах.

Особенностью модуля является включение в его состав контрольного оборудования, обеспечивающего непрерывный контроль входных параметров, поступающих от сигнализаторов исполнительных механизмов, и отключение объекта управления в случае отклонения контролируемых параметров от нормы, либо в случае сбоев выполнения управляющей программы или отказов центрального вычислителя.

Модуль выполнен на основе современной элементной базы с использованием программируемой логической интегральной схемы 1 п.ф., 1 илл.

Заявляемая полезная модель относится к устройствам приема, контроля и выдачи аналоговой информации и предназначена для сопряжения канала релейного обмена с шиной ISA в магистрально-модульных и управляющих системах.

Известны модули с системной шиной ISA, используемые в моделях ЭВМ серии «Багет», например модуль интерфейса дискретных сигналов БТ01-409 [1]. Модуль обеспечивает прием шестнадцати входных и выдачу шестнадцати выходных дискретных сигналов уровня ТТЛ с оптронной гальванической развязкой. Длительность выходных дискретных сигналов формируется программно.

Недостатком данного модуля являются ограниченные коммутационные возможности и программное формирование выходных релейных сигналов.

Наиболее близким по технической сущности аналогом (прототипом) к заявляемой полезной модели является модуль-контроллер обмена аналоговыми сигналами [2], содержащий первый и второй блок оптоэлектронной развязки, первый и второй узел электромеханических реле, первый и второй блок управляющих триггеров и электронных ключей, блок адресных регистров, дешифратор адреса, селектор приема, мультиплексор, шину ISA.

Данное устройство обеспечивает прием и выдачу релейных сигналов для объектов управления по межмодульному параллельному интерфейсу шины ISA. Недостатком указанного устройства является отсутствие контроля входных параметров объекта управления.

Технической задачей полезной модели является расширение функциональных возможностей аналогового обмена информацией, обеспечение непрерывного контроля входных параметров от сигнализаторов исполнительных механизмов и отключение объекта управления в случае отклонения параметров от нормы.

Указанная задача решается за счет того, что в модуль обмена аналоговыми сигналами с контролем параметров, содержащий первый-второй блоки оптоэлектронной развязки, которые имеют первую и вторую группу внешних входных связей для подключения к сигнализаторам исполнительных механизмов, а выходы соединены с первым и вторым входами узла мультиплексирования, подключенного через шину ISA к дешифратору адреса, к блоку управляющих триггеров и электронных ключей и к блоку адресных регистров, вход которого соединен с дешифратором адреса, а выходы - с узлом мультиплексирования и блоком управляющих триггеров и электронных ключей, группа выходов которого соединена с узлом электромеханических реле, у которого цепи обратных связей подключены к входам узла

мультиплексирования, а группа внешних выходных связей предназначена для подключения к исполнительным механизмам, введены блок непрерывного контроля параметров, блок аварийного сброса релейных сигналов, блок прерываний и блок управляющих регистров, включающий регистр прерываний, соединенный входом с дешифратором адреса, а выходом - с блоком прерываний, выход которого соединен с шиной ISA, а вход - с блоком непрерывного контроля параметров, на первый вход которого поступают контролируемые данные от второго блока оптоэлектронной развязки, второй его вход подключен к регистру включения блока непрерывного контроля, а выход соединен с узлом мультиплексирования, который через шину ISA подключен к блоку управляющих регистров, в котором регистры включения и обнуления соединены с блоком аварийного сброса релейных сигналов, выход которого подключен к блоку управляющих триггеров и электронных ключей, прерывающих выдачу выходных релейных сигналов в случае аварийной ситуации.

Введенные блоки и связи предназначены для непрерывного контроля входных параметров, поступающих от исполнительных механизмов, и обеспечивают безопасность работающего объекта путем выключения выходных управляющих сигналов.

Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором блоки и устройства имеют следующее обозначение:

1 - первый блок оптоэлектронной развязки (ОЭР1);

2 - второй блок оптоэлектронной развязки (ОЭР2);

3 - узел электромеханических реле (УЭР);

4 - блок управляющих регистров;

5 - регистр включения блока непрерывного контроля (Рг Вкл БНК);

6 - регистр обнуления блока аварийного сброса (Рг «0» БАС);

7 - регистр включения блока аварийного сброса (Рг Вкл БАС);

8 - регистр разрешения прерываний (Рг IRQ);

9 - блок непрерывного контроля (БНК);

10 - блок аварийного сброса (БАС);

11 - блок управляющих триггеров и электронных ключей;

12 - блок прерываний;

13 - блок адресных регистров;

14 - дешифратор адреса (ДША);

15 - узел мультиплексирования;

16 - шина ISA;

17 - первая группа входных сигналов;

18 - вторая группа входных сигналов;

19 - выходные сигналы.

Согласно чертежа, в модуле обмена аналоговыми сигналами с контролем параметров, группа внешних входных связей 17 и 18 через блоки оптоэлектронной развязки 1 и 2 соединены с первым и вторым входами узла мультиплексирования 15 и блоком непрерывного контроля 9, соединенного входом с регистром включения блока непрерывного контроля 5, а выходами - с блоками прерываний 12 и третьим входом узла мультиплексирования 15, соединенного через шину ISA 16 с блоком управляющих триггеров и электронных ключей 11, с блоком адресных регистров 13, с блоком управляющих регистров 4 и дешифратором адреса 14, выход которого последовательно соединен с блоком управляющих регистров 4 и блоком адресных регистров 13, соединенным первым выходом с узлом мультиплексирования 15, а вторым выходом - с блоком управляющих триггеров и электронных ключей 11, вход которого соединен с блоком аварийного сброса 10, а группа выходов - с узлом электромеханических реле 3, имеющих группу внешних выходных связей 19 и группу обратных связей с узлом мультиплексирования 15, блок аварийного сброса 10 соединен первым входом с регистром обнуления 6, а вторым входом - с регистром включения 7, вход блока прерываний 12 соединен с регистром прерываний 7 и выходом - с шиной ISA 16.

Функциональное ядро модуля реализовано с использованием программируемой логической интегральной схемы (ПЛИС) М4А3-256/128-10V1 СМИ 208 Pin PQFP фирмы «Lattice» США, которая включает в себя основные логические элементы схемы:

- блок управляющих регистров 4;

- блок непрерывного контроля 9;

- блок аварийного сброса 10;

- блок управляющих триггеров и электронных ключей 11;

- блок прерываний 12;

- блок адресных регистров 13;

- дешифратор адреса 14;

- узел мультиплексирования 15.

Работа модуля обмена аналоговыми сигналами основана на принципе программно-управляемого обмена информацией по стандартной шине персональной ЭВМ - шине ISA 16 и обеспечивает выполнение следующих операций:

- прием и выдачу релейных сигналов управления исполнительными механизмами;

- прием от сигнализаторов исполнительных механизмов сигналов, подлежащих непрерывному контролю;

- прерывание выполнения управляющей программы в случае отклонения контролируемых параметров от нормы;

- аварийный сброс выходных релейных сигналов в случае сбоев выполнения управляющей программы или отказов центрального вычислителя.

Для организации релейного обмена ввода-вывода используются восьмиразрядные порты с адресами 100(Н), 101(H) и 102(Н).

Порты 100(Н) и 101(Н) предназначены для установки адреса в блок адресных регистров 13. Порт 102(Н) предназначен для ввода и вывода информации по адресам, установленным в блоке адресных регистров 13. Для выдачи управляющих релейных сигналов исполнительным механизмам, в дешифраторе адреса 14 дешифрируется байт данных порта 100(Н) и младший бит данных порта 101(Н) и в блоке адресных регистров 13 устанавливается адрес. Далее, в зависимости от значения младшего разряда порта 102(Н), в блоке управляющих триггеров и электронных ключей 11 устанавливаются, согласно адресам блока адресных регистров 13, соответствующие триггера и электронные ключи в нулевое или единичное состояние. При этом, через узел мультиплексирования 15 состояние триггеров считывается в шину ISA 16.

Работой исполнительных механизмов объекта управления в блоке 11 управляют триггеры с адресами с 01 по 28 (шестнадцатиричными). В рабочем режиме модуля в узле электромеханических реле 3 электронные ключи блока 11 коммутируют соответствующие реле, что обеспечивает наличие выходных релейных сигналов на выходе 19. При этом, по цепям обратной связи в узел мультиплексирования 15 поступает сигнал с выхода реле в нулевой разряд порта 102 (Н) и считывается в шину ISA 16.

Входные релейные сигналы 17 через первый блок оптоэлектронной развязки 1 и узел мультиплексирования 15 поступают в нулевой разряд порта 102(Н) и считываются в шину ISA 16 по адресу, установленному в блоке адресных регистров 13 через порты 100 (H) и 101(Н).

Входные сигналы от исполнительных механизмов, подлежащие непрерывному контролю и поступающие на входы 18, имеют адреса с 80 по 9F (шестнадцатиричные). Организацию работы схемы контроля осуществляет блок управляющих регистров 4 в составе:

- регистр включения БНК 5;

- регистр обнуления БАС 6;

- регистр включения БАС 7;

- регистр прерываний 8.

Для включения непрерывного контроля параметров исполнительных механизмов в соответствующие биты восьмиразрядного регистра включения БНК 5, имеющего адрес 1FO, записываются единичные значения с помощью портов 100 (Н), 101 (Н) и 102(Н).

Контроль каждого параметра включается отдельным битом регистра, при этом возможен одновременный контроль всех параметров. При включенном непрерывном контроле параметра и появлении на соответствующем входе 18 напряжения, сигнализирующего о недопустимой величине параметра, устанавливается единичное значение на выходе второго блока оптоэлектронной развязки 2, которое разрешает запуск счетчика в блоке непрерывного контроля 9. Если за время счета напряжение на входе 19 сохраняет свое значение, то единичный сигнал с выхода счетчика формирует обобщенный сигнал наличия прерывания на выходе блока 9, который поступает в блок прерываний 12. Если

разряд регистра разрешения прерываний 8, имеющего адрес 1F3 установлен в единичное значение, то сигнал прерывания IRQ с выхода блока прерываний 12 поступает в шину ISA 16.

Блок аварийного сброса 10 является исполнительным звеном модуля, обеспечивающим сброс выходных релейных сигналов 19 в случае сбоев выполнения управляющей программы или отказов центрального вычислителя. Для включения и настройки блока аварийного сброса 10 используется регистр включения и настройки 7, имеющий адрес 1F5. Информация, установленная в разрядах данного регистра с первого по седьмой, определяет время, через которое в блок 10 будет выдан сигнал аварийного сброса. Единичное значение в нулевом разряде регистра обеспечивает включения счетчика отсчета времени в блоке 10.

В рабочем режиме управляющая программа центрального вычислителя периодически записывает нулевое значение в регистр обнуления 6 счетчика времени, имеющий адрес 1F6. Данный регистр управляет обнулением счетчика времени блока аварийного сброса 10. При сбоях работы управляющей программы и отказах центрального вычислителя обнуление своевременно не выполнится и, в этом случае, через промежуток времени, заданный в регистре 7, с выхода блока 10 будет выдан сигнал аварийного сброса.

Этот сигнал осуществляет асинхронный сброс управляющих триггеров в блоке 11 и через электронные ключи этого блока выполняется размыкание соответствующих реле в узле 3, что приведет к отключению выходных релейных сигналов на выходах 19 модуля.

Источники информации, принятые во внимание:

1. Каталог КБ «Корунд-М» издание 3, «Электронные модули с шиной ISA», стр.26.

2. Патент на ПМ РФ №51767, МПК G06F 15/00, 2006 г. Бюл. №6

Модуль обмена аналоговыми сигналами с контролем параметров, содержащий первый и второй блоки оптоэлектронной развязки, которые имеют соответственно первую и вторую группу внешних входных связей для подключения к сигнализаторам исполнительных механизмов, а выходы соединены соответственно с первым и вторым входами узла мультиплексирования, подключенного через шину ISA к дешифратору адреса, к блоку управляющих триггеров и электронных ключей и к блоку адресных регистров, вход которого соединен с дешифратором адреса, а выходы - с узлом мультиплексирования и блоком управляющих триггеров и электронных ключей, группа выходов которого соединена с узлом электромеханических реле, у которого цепи обратных связей подключены к входам узла мультиплексирования, а группа внешних выходных связей предназначена для подключения к исполнительным механизмам, отличающийся тем, что в модуль обмена аналоговыми сигналами введены блок непрерывного контроля параметров, блок аварийного сброса релейных сигналов, блок прерываний, блок управляющих регистров, включающий регистр включения блока непрерывного контроля, регистр обнуления, блока аварийного сброса, регистр включения блока аварийного сброса, регистр разрешения прерываний, который соединен входом с дешифратором адреса, а выходом - с блоком прерываний, выход которого соединен с шиной ISA, а вход - с блоком непрерывного контроля параметров, на первый вход которого поступают контролируемые данные от второго блока оптоэлектронной развязки, второй его вход подключен к регистру включения блока непрерывного контроля, а второй выход соединен с узлом мультиплексирования, который через шину ISA подключен к блоку управляющих регистров, в котором регистр включения и регистр обнуления соединены выходами с блоком аварийного сброса релейных сигналов, выход которого подключен к блоку управляющих триггеров и электронных ключей, прерывающих выдачу выходных релейных сигналов через узел электромеханических реле в случае аварийной ситуации.