УНИВЕРСАЛЬНЫЙ МНОГОПОЛЮСНЫЙ МОДУЛЬ, УСТОЙЧИВЫЙ К ОТКАЗАМ

Полезная модель относится к области технической кибернетики, в частности, к системам управления, контроля и диагностики. Известны устройства, обеспечивающие защиту многополюсников от отказов и формирование логических порогов:
1. Устройство для защиты от отказов релейных многополюсников (AC №227440);
2. Система защиты многополюсных устройств (Патент РФ №2168823);
3. Многополюсный модуль с логическими порогами (Патент РФ №2168822);
4. Многополюсный модуль с логическими порогами, устойчивый к отказам (Свидетельство на полезную модель №27749).
Недостатками этих устройств являются:
- использование для управления работой исполнительных устройств в цепях напряжения постоянного тока;
- применение в одной структуре (контактной матрице)контактных и бесконтактных элементов (диодов), что может приводить к понижению быстродействия и надежности отдельных цепей.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели является "Многополюсный модуль с логическими порогами, устойчивый к отказам" (Свидетельство на полезную модель №27749), содержащий блок реле, управляющие обмотки которых являются входами модуля и прямоугольную контактную матрицу, формирующую на своих выходах сигналы управления исполнительными элементами. Выходами контактной матрицы является узлы, образованные средними точками соединения двух диодов, включенных последовательно на каждом уровне формирования соответствующего логического порога. Каждый узел маркируется двумя цифрами: левая цифра обозначает кратность защиты по "нулевым" отказам(обрывы цепей), а правая - по "единичным" отказам (короткие замыкания цепей).
Недостатком данного устройства является ограниченность его использования для управления работой исполнительными элементами, работающие в цепях напряжения переменного тока в следствии того, что диоды, развязывающие одноименные диагональные контакты матрицы (исключающие ложные цепи), обеспечивают устойчивую работу в случае "единичного" отказа обоих одноименных
контактов только в положительном полупериоде управляющего напряжения. Это недопустимо при управлении работой исполнительными устройствами с высоким быстродействием.
Задачей заявляемой полезной модели является формирование с достоверностью, равной 1, управляющих сигналов на исполнительные элементы с заданными порогами срабатывания и кратностью защиты от случайных и систематических отказов элементов структуры по "нулю" и "единице", а также искажений входного управляющего воздействия при работе исполнительных элементов в цепях напряжения переменного и постоянного токов.
в
г
Решение задачи по формированию управляющих сигналов, обеспечивающих заданную кратность защиты элементов структуры от "нулевых" и "единичных" отказов и искажений входных воздействий, на исполнительные элементы, включение в работу которых происходит после формирования для исполнительных элементов сигнала, соответствующего требуемому логическому порогу их срабатывания, осуществляется с помощью универсального многополюсного модуля, устойчивого к отказам, имеющего "n" входов (управляющих обмоток блока реле) и прямоугольной контактной матрицы с "m" выходами. Выходами многополюсного модуля являются узлы, образованные пересечением столбцов и строк контактной матрицы. Каждый узел имеет маркировку из двух цифр, соответствующие кратностями защиты структуры от "нулевых" и "единичных" отказов. Левая цифра соответствует кратности защиты от "нулевых" отказов, а правая кратности защиты от "единичных" отказов. Столбцы и строки контактной матрицы пронумерованы - столбцы от "0" до "К", строки - от "0" до "К". Логические пороги формируются строками матрицы, значения которых определяются номером строки плюс единица. Исполнительные элементы подключаются к узлам с заданной кратностью защиты той строки, которая формирует требуемый логический порог их срабатывания. На входы управляющих обмоток блока реле модуля подаются двоичные кодовые комбинации "n" переменных.
В результате использования заявляемой полезной модели представляется возможным обеспечить высокую, равную 1, достоверность формирования сигналов управления "m" исполнительными элементами, работающими в цепях напряжения переменного и постоянного токов, в соответствии с выбранными
логическими порогами их срабатывания и требуемой кратности защиты от "нулевых" и "единичных" отказов элементов структуры модуля и искажений входных воздействий.
Наиболее целесообразное использование заявляемой полезной модели - это управление работой ответственных по своему функциональному предназначению элементов атомной энергетики, в системах, обеспечивающих высокую степень готовности к применению сложных систем космической и ракетной техники.
1
2
i
n
1
2
i
n
в
l
1
2
i
q
г
1
2
i
n
Вышеуказанный результат достигается тем, что универсальный многополюсный модуль, устойчивый к "нулевым" и "единичным" отказам, для формирования управляющих сигналов напряжения переменного и постоянного токов на дополнительные элементы с "n" входами и "m" выходам, содержащий блок реле Х, Х,...Х...Х, управляющие обмотки которых являются входами модуля, и прямоугольную контактную матрицу, формирующего на своих выходах сигналы управления исполнительными элементами. Контактная прямоугольная матрица с "m" выходами  состоит из замыкающих контактов реле Х, Х,...Х,...Х блока реле, реализующих симметрические нулевые функции "n" переменных для каждого выхода . Столбцы прямоугольной контактной матрицы с номерами 0, 1, 2,...К образованы замыкающими контактами реле с номерами, возрастающими на единицу от предыдущего. Крайний нижний замыкающий контакт реле Х нулевого столбца имеет номер l≤n в зависимости от структуры матрицы. Верхние элементы столбцов матрицы образованы замыкающими контактами реле Х, Х,...Х,...Х(q≤n), подключенными к шине источника питания напряжения переменного или постоянного токов. Одноименные диагональные элементы матрицы развязаны замыкающими контактами тех реле которые формируют цепь смежного с ними столбца. Последовательное соединение контактов этих реле образуют строки матрицы с номерами 0, 1, 2,...К порядковые номера которых плюс единица, определяют значение логического порога. Формирование управляющего сигнала на исполнительный элемент, соответствующий требуемым значениям логического порога и кратности защиты от отказов, осуществляется с выходов (узлов) контактной матрицы, образованных пересечением цепей нижних контактов Х, Х,...Х,...Х столбцов матрицы и шиной, замыкающей последовательное соединение
контактов реле, образующих строку с выбранными условиями работы, маркируются двумя цифрами: левая цифра означает кратность защиты по "нулевым" соответствует номеру столбца, а правая - по "единичным" отказам соответствует номеру строки.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется на фиг.1, 2. На фиг.1 представлена функциональная схема универсального многополюсного модуля, устойчивого к "нулевым" и "единичным" отказам, представляющего собой многополюсник, работающий в цепях напряжения как переменного, так и постоянного токов, с "n" входами и "m" выходами, в который входят:
1
2
i
n
1
2
i
n
i
1. Блок электромагнитных реле, имеющий Х, Х,...Х...Х управляющих обмоток, подключаемых к плюсовой шине источника питания, на которые подаются двоичные входные сигналы (воздействия) - х', х',...х,...x', где х'∈0,1.
2. Шина источника питания напряжения переменного или постоянного токов в зависимости от типа исполнительного элемента.
1
2
3
i
n
1
2
3
i
n
1
2
3
i
n
в
l
1
2
i
q
3. Прямоугольная контактная матрица образованна замыкающими контактами х, х, х...х,...x реле X, Х, Х,...Х,...Х блока реле 1. Столбцы контактной матрицы образованы замыкающими контактами x, x, x,...х,...х c номерами, возрастающими на единицу от предыдущего и пронумерованы символами 0, 1, 2,...К. Крайний нижний замыкающий контакт реле Х нулевого столбца имеет номер l≤n в зависимости от структуры матрицы. Верхние элементы столбцов образованы замыкающими контактами реле Х, Х,...X...X блока реле 1 (q≤n), которые подключаются к шине 2 источника питания.
г
г
4. Строки контактной матрицы образованы последовательным соединение замыкающих контактов реле блока реле 1, осуществляющих развязку одноименных диагональных элементов матрицы, целью исключения ложных цепей. Строки пронумерованы символами 0, 1, 2,...К, порядковые номера которых плюс единица определяют значения логических порогов >1, >2,...>К+1 (На фиг.1 отмечены квадратными скобкам).
5. Узлы контактной матрицы являются ее выходами. Контактная матрица 3 имеет "m" выходов:
Каждый выход (узел) маркируется двумя цифрами (на фиг.1 отмечены круглыми скобками): левая цифра означает кратность защиты по "нулевым" и соответствует номеру столбца матрицы, образующего данный узел, а правая - по "единичным" отказам и соответствует номеру сироки 4, образующей тот же узел.
6. Шина, замещающая последовательное соединение замыкающих контактов реле, образующих строку, формирует цепь подачи управляющего сигнала на исполнительный элемент через узел, определяющий требуемые характеристики защиты от отказов. Выше расположенные цепи из последовательно соединенных замыкающих контактов реле в отроках контактной матрицы сохраняются.
1
2
3
4
1
2
3
4
1
2
3
4
1
2
3
4
На фиг.2 изображена функциональная схема предлагаемой полезной модели универсального многополюсного модуля, устойчивого к отказам, включающая блок реле 1 на четыре входа (управляющие обмотки реле Х, Х, Х, Х на которые подаются двоичные входные воздействия х', x', х', х' от четырех датчиков четырехканальной системы контроля технического состояния объект управления, и прямоугольную контактную матрицу 3, построенную на замыкающих контактах Х, Х, Х, Х реле х', x', х', х' блока реле 1 с выходами , на которых формируются сигналы управления исполнительными элементами с выбранным логическим порогом срабатывания и кратностью защиты от отказов в случаях:
- искажения двоичной информации входного воздействия в одном из разрядов с "1" на "0" и появления ложной "1" в одном из других разрядов;
- обрыва одной из обмоток блока реле 1 и преждевременное срабатывание любого реле;
- обрыва в контактной матрице цепей любых двух и залипание одного из контактов.
Кратности защиты от отказов по "нулю" и "единице" отмечены круглыми, а значения формируемых логических порогов >1, >2 - квадратными скобками.
Функциональная схема, изображенная на фиг.2, дает возможность проследить за тем, как формируется сигнал управления исполнительным элементом с логическим порогом срабатывания >2 и защитой от двух отказов по "нулю" и одного отказа по "единице" элементов структуры контактной матрицы.
Рассмотрим работу модуля (фиг.2) на следующем примере. Осуществляется управление работой некоторого объекта по результату контроля обобщенного параметра, характеризующего его работу, с помощью четырех датчиков системы контроля, с выходов сигналов от датчиков на входы управляемых обмоток блока реле 1 "Универсального многополюсного модуля, устойчивого к отказам".
Требуется обеспечить формирование сигнала управления на исполнительный элемент, определяющий работу объекта управления, с логическим порогом срабатывания >2 и устойчивого к отказам двух любых элементов структуры по "нулю" и искажению в одном из разрядов входного воздействия сигнала с "0" на "1" (появление ложного сигнала).
6(2,1)
Требуемые условия работы можно обеспечить подключением исполнительного элемента к выходу Z.
2
2
3
Полагаем, что имеет место обрыв цепи двух контактов реле X в контактной матрице (диагональные контакты Х) и появление ложной "1" на входе управляющей обмотки зеле Х, вызывающая его срабатывание.
1
2
3
4
1
2
3
4
Эта ситуация будет соответствовать входному воздействию вида x'###U96х'х'х' (двоичный эквивалент 1011), а в безотказной ситуации управляющее входное воздействие должно иметь вид x'x'x'x' (1111).
1
3
3
6(2,1)
1
3
4
4
6(2,1)
В аварийной ситуации цепь формирования сигнала управления элементами контактной матрицы в себя включает: фазу "А" источника питания напряжения переменного тока, цепь контакта "Х", цепь последовательно соединенных контактов х, х, шина 6, выход Z или цепь последовательно соединенных контакт х, х, х, х, шина 6, выход Z. Условия работы выполнены.
Возможны и другие варианты отказов, когда имеют место отказы по "нулю" любых других пар контактов и залипание любого третьего.
Таким образом, универсальный многополюсный модуль, устойчивый к отказам, позволяет формировать надежные сигналы управления на исполнительные элементы в достаточно широком диапазоне возможных отказов элементов структуры и искажений входного воздействия.