МНОГОКАНАЛЬНЫЙ КОМАНДНЫЙ АППАРАТ С ЭЛЕКТРОННОЙ КОММУТАЦИЕЙ
ELECTRONICALLY SWITCHED MULTICHANNEL COMMAND APPARATUS

Изобретение относится области электронной техники и автоматики и может быть использовано в системах управления исполнительными элементами, в частности в системах управления космических аппаратов, в роботах, роботизированных линиях и т.п.
Известно устройство многоканального координированного управления группой объектов, реализующие способ управления по патенту РФ №2224278 G05B 11/14, недостатком которого является постоянная занятость общей части оборудования непосредственно формированием выходной команды и невозможность одновременной выдачи двух и более команд в связи с установленной очередностью обслуживания.
Наиболее близким к заявленному устройству является устройство многоканального командного аппарата с электронной коммутацией, реализующее способ такого управления по патенту РФ №2340925 G05B 11/00. Известное устройство выполнено с использованием узлов, выполняющих практически те же функции, что и в предложенном устройстве. По существенным признакам и выполняемым функциям оно может быть признано прототипом. Заявленное устройство содержит (как и прототип) соединенные последовательно контроллер интерфейсов, блок дешифраторов, блок формирования команд, блок ключей, выходы которого являются выходами многоканального командного аппарата.
Недостатками прототипа являются формирование команд управления неопределенной длительности во время инсталляции системы управления, вызванное произвольным состоянием счетчиков после подачи напряжения питания на все блоки устройства, а также отсутствие контроля прохождения команд управления на входы ключей.
Задачами предлагаемого технического решения являются повышение надежности устройства путем исключения условий формирования команд управления неопределенной длительности и расширение функциональных возможностей путем обеспечения контроля прохождения команд управления на блок ключей.
Эти задачи решаются тем, что многоканальный командный аппарат с электронной коммутацией, содержащий соединенные последовательно контроллер интерфейсов, блок дешифраторов, входы дешифратора адреса которого соединены с адресными выходами и первым выходом синхронизации контроллера интерфейсов, блок формирования команд, блок ключей, выходы которых являются входами многоканального командного аппарата, и блок исполнительных элементов снабжен формирователем импульсов сброса и блоком шинных формирователей. Блок дешифраторов снабжен дешифратором команд, входы которого соединены с введенными командными выходами контроллера интерфейсов, блок формирования команд выполнен на JK-триггерах, каждый из которых содержит вход синхронизации, J- и K-входы, вход сброса и управляющий выход, причем управляющий выход каждого из JK-триггеров блока формирования команд соединен с управляющим входом соответствующего ключа блока ключей и с соответствующим информационным входом блока шинных формирователей, соответствующие выходы которого соединены с введенными информационными входами контроллера интерфейсов, а вход синхронизации блока шинных формирователей соединен с введенным вторым выходом синхронизации контроллера интерфейсов, вход синхронизации каждого из JK-триггеров блока формирования команд соединен с соответствующим выходом дешифратора адреса блока дешифраторов, первый и второй управляющий выходы дешифратора команд блока дешифраторов соединены соответственно с J- и K-входами всех JK-триггеров блока формирования команд, а выход формирователя импульсов сброса соединен с входами сброса всех JK-триггеров блока формирования команд.
Суть изобретения поясняется с помощью чертежа, где приведена блок-схема предлагаемого многоканального командного аппарата с электронной коммутацией и подключенные к нему исполнительные элементы системы управления изделия. На чертеже показаны: 1 - контроллер интерфейсов; 2 - блок дешифраторов; 3 - блок формирования команд; 4 - блок ключей; 5 - блок исполнительных элементов; 6 - формирователь импульсов сброса; 7 - блок шинных формирователей; E - шина питания исполнительных элементов; GND - общая шина.
Блоки устройства выполнены следующим образом:
1 - контроллер интерфейсов: D - его входная/выходная шина (одновременно является входной/выходной шиной устройства в целом), а также (далее по тексту) D - входная/выходная информация устройства; A - адресный выход (а также A - шина адреса); К - командный выход (а также К - шина команд); СС - информационные входы (а также СС - шина словосостояния); СИ1 и СИ2 - первый и второй выходы синхронизации (а также СИ1 и СИ2 - синхроимпульсы). Все входы и выходы контроллера интерфейсов 1 подключены следующим образом: выходы К и А подключены соответственно ко входам дешифратора команд и дешифратора адреса блока 2; входы СС подключены к выходам шинных формирователей блока 7; выходы СИ1 и СИ2 соединены соответственно со входами синхронизации блоков 2 и 7;
2 - блок дешифраторов: D1.1 - дешифратор команд, D1.2 - дешифратор адреса, А1…Ak - это индивидуальные имена цепей шины команд, A1…Am - это индивидуальные имена цепей шины адреса, ST - вход синхронизации дешифратора адреса, ON и OFF - выходы дешифратора команд, Y1…Yn - выходы дешифратора адреса (по количеству n выходных команд устройства). Выходы ON и OFF дешифратора команд соединены с соответствующими входами управления блока 3. Выходы дешифратора адреса соединены с соответствующими входами синхронизации блока 3;
3 - блок формирования команд: D2.1…D2.n - JK-триггеры (по количеству n выходных сигналов управления устройства), С - вход синхронизации каждого триггера, J и K - входы управления триггером, R - вход сброса триггера. К C - входу каждого триггера подключен соответствующий выход дешифратора адреса блока 2. Управляющий выход Q каждого JK-триггера подключен к одному из входов блоков 4 и 7;
4 - блок ключей: D3.1…D3.n - выходные ключи блока и устройства в целом (по количеству n выходных команд устройства); FN и OUT - соответственно управляющие входы и силовые выходы этих ключей, коммутирующих шину GND - общую шину устройства и системы управления, с которой устройство связано. Для ключа D3.n (в качестве примера) коммутируемой шиной является шина Е. Вход и выход блока 4 гальванически развязан;
5 - блок исполнительных элементов Рн.1…Rн.n системы управления изделия, подключенных к выходным ключам D3.1…D3.n устройства, представленных для простоты в виде резистивных нагрузок. На практике - это исполнительные элементы различных систем космического аппарата либо исполнительные элементы роботов, роботизированных линий и т.п.;
6 - формирователь импульсов сброса, выход которого подключен к входам сброса всех JK-триггеров блока 3;
7 - блок шинных формирователей: D4 - шинный формирователь, DI1…DIn - информационные входы шинного формирователя, DO1…DOn - выходы шинного формирователя, EZ - вход синхронизации.
Устройство работает следующим образом.
Включение устройства в составе системы управления изделия производится путем подачи напряжения питания на все его блоки, кроме блока 5 исполнительных элементов (блок 5 включается отдельно, заявленное устройство может обслуживать несколько различных блоков исполнительных элементов, включаемых в разное время в разных режимах работы изделия). В момент включения с формирователя импульсов сброса 6 поступает импульс на R-входы всех JK-триггеров блока 3 и устанавливает их в начальное состояние, которое соответствует состоянию отсутствия команд управления на выходах Q всех JK-триггеров D2.1…D2.n. Это состояние сохраняется до тех пор, пока не завершится начальная инсталляция и самотестирование системы управления в целом. После завершения инсталляции и самотестирования устройство готово к работе.
Для формирования выходного импульса устройства (команды на блок 5 исполнительных элементов) на вход D контроллера интерфейсов 1 подается необходимая информация. В контроллере интерфейсов 1 эта информация может накапливаться и/или сразу по заданному алгоритму поступать в виде кода по шине К команд на входы A1…Ak дешифратора команд D1.1 и по шине А адреса на входы А1…Am дешифратора адреса D1.2 блока 2 (на чертеже показаны только по одному дешифратору D1.1 и D1.2, однако в реальных устройствах их обычно несколько). Каждый новый код на шине K команд и шине А адреса контроллера интерфейсов 1 сопровождается синхроимпульсом СИ1. Блок дешифраторов 2 производит дешифрацию поступающей информации на входы А1…Ak дешифратора команд D1.1, формируя на его выходах сигналы ON или OFF, и на входы А1…Am дешифратора адреса D1.2, формируя импульс на одном из своих выходах Y1…Yn по синхроимпульсу на входе ST.
Далее происходит следующее. Сигналы ON или OFF дешифратора команд D1.1 поступают на J- или K-входы всех JK-триггеров D2.1…D2.n блока 3, подготавливая их к включению или отключению, а синхроимпульс с одного из выходов Y1…Yn дешифратора адреса D1.2 поступает на С-вход соответствующего JK-триггера блока 3 и переводит его выход Q в соответствующее состояние. Одновременно изменение состояния на выходе этого JK-триггера поступает на один из информационных входов DI0…DIn шинного формирователя D4 блока 7 для контроля этого состояния (на чертеже показан только один шинный формирователь D4, однако в реальных устройствах их обычно несколько) и на управляющий вход IN ключа блока 4 для его включения и выдачи команды OUT на включение одного из исполнительных элементов Rн.1…Rн.n. Длительность этой команды будет определяться темпом смены кода команд на входах А1…Ak дешифратора команд D1.1, задаваемым изменением входной информации D контроллера интерфейсов 1 (может задаваться по требованию оператора или в соответствии с заданным алгоритмом). Таким образом можно сформировать любую из n выходных команд, заложенных во входной информации D устройства.
Если команда по каким-либо причинам не исполнилась (например, сбой при обмене по шине D устройства), то она может быть повторена. Для этого в контроллере интерфейсов 1 предусмотрена возможность перехода в режим чтения информации об изменении состояния управляющих выходов JK-триггеров D2.1…D2.n блока 3. Контроль изменения состояния этих триггеров осуществляется в устройстве следующим образом. Контроллер интерфейсов 1 после записи очередного состояния JK-триггера блока 3 синхроимпульсом СИ1 переводится в режим чтения этого состояния, сопровождаемый синхроимпульсом СИ2. В этом режиме синхроимпульс СИ2 поступает на вход синхронизации EZ шинного формирователя D4 блока 7 и считывает состояние всех JK-триггеров блока 3 с информационных входов DI1…DIn шинного формирователя на его выходы DO1…DOn. Считанная информация о состоянии этих триггеров передается по шине словосостояния СС через контроллер интерфейсов 1 на шину D устройства.
Такой способ управления функционально надежнее, позволяет получать необходимую информацию о состоянии прохождения команд на управление исполнительными элементами: после получения информации о непрохождении команды может быть оперативно сформирована повторная команда по требованию оператора или в автоматическом режиме в соответствии с заданным алгоритмом.
Несмотря на то, что блок 2 дешифраторов принципиально не может выдать более одной команды одновременно, устройство в целом позволяет выдавать на исполнительные органы несколько команд сразу. Для этого, когда по условиям работы устройства в составе системы управления требуется выдать одновременно несколько команд, процесс их формирования производится следующим образом. Контроллер интерфейсов 1 в быстром темпе по входной информации D поочередно с помощью дешифратора адреса блока 2 переключает необходимые JK-триггеры из числа D2.1…D2.n блока 3 в нужное состояние. С помощью выходных сигналов этих JK-триггеров открываются выбранные ключи из числа D3.1…D3.n блока 4 и включают требуемые исполнительные органы Rн.1…Rн.n, каждый на свое программно заданное время. Поскольку быстродействие электроники по цепи прохождения сигналов управления D-1-А-2-3-4 на порядки выше скорости срабатывания исполнительных элементов блока 5 и продолжительности их работы, то заданные исполнительные элементы включаются практически одновременно и в течение достаточно длительного времени могут работать совместно.
При необходимости может быть обеспечена коммутация не только шины Е, но и шины GND, например, как показано для исполнительного элемента Rн.n.
На основе принципа одновременного формирования разнополярных команд может быть обеспечено управление исполнительными элементами, включенными в двухкоординатную матрицу, в том числе реверсивным исполнительным элементом.
Совокупность признаков, подобная рассмотренной автором в данном предложении, не встречалась ранее для решения поставленной задачи и не следует явным образом из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критериям “новизна” и “изобретательский уровень”.
Рассмотренный многоканальный командный аппарат с электронной коммутацией найдет применение для управления исполнительными элементами различных изделий. В настоящее время такое устройство находится на стадии внедрения в конструкторскую документацию различных изделий предприятия. Блоки предложенного устройства могут быть выполнены на интегральных микросхемах любого типа и степени интеграции, а также на полевых транзисторах требуемого типа проводимости, в том числе (предпочтительно) с интеллектуальными свойствами, а именно с защитой от различных перегрузок, перегрева и т.д.