УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ КОНТАКТНОГО ДАТЧИКА
DEVICE FOR CONTROLLING CONTACT SENSOR

Изобретение относится к области электротехники, в частности к системам тревожной сигнализации, срабатывающим при определенном условии, и может быть использовано в различных системах охранной сигнализации для контроля состояния контактных датчиков.
Известно устройство для контроля контактного датчика (см. а.с. СССР №296133 от 18.09.1969 г., МПК: G08B 13/12, "Устройство для тревожной сигнализации", В.Д.Беспаленко, опубл. 12.02.1971 г., БИ №8), содержащее сигнальный провод, расположенный на охраняемом объекте, тиристор и сигнализатор, включенный в цепь питания последовательно с тиристором, между катодом и управляющим электродом которого включен сигнальный провод, протянутый до охраняемого объекта, а анод и управляющий электрод тиристора соединены между собой через резистор.
Недостатками устройства являются:
а) низкая функциональная надежность, обусловленная наличием непосредственной связи полупроводникового ключевого элемента, то есть тиристора, с линией связи, что особенно сказывается при длинной линии связи устройства с охраняемым объектом, где возможны наводки от мощных импульсных электромагнитных полей (например, при коммутации нагрузки высоковольтных линий электропередачи, электрифицированных железных дорог, трамвайных линий, при разрядах молнии и т.д.), которые могут привести к неустойчивой работе устройства или выходу из строя его тиристора;
б) отсутствие возможности оперативной проверки работоспособности без нарушения целостности сигнального провода (или без размыкания контактов датчика, размещаемого на охраняемом объекте и включаемого в разрыв проводной линии связи).
Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемому изобретению является устройство для контроля контактного датчика (см. патент РФ №2289163 от 27.06.2005 г., МПК: G08B 13/08, 13/12 "Устройство для контроля контактного датчика", Р.Ф.Зубаеров, Г.И.Крамков, А.С.Иошкин, опубл. 10.12.2006 г., БИ №34), содержащее электромагнитное реле с замыкающим контактом, первый и второй диоды, проводную линию связи с разрывом для подключения размыкающего контакта упомянутого датчика, плюсовую и минусовую шины питания, выключатель, переключатель, первый и второй резисторы. Катод первого диода соединен с одним концом линии связи, другой конец которой через размыкающий контакт выключателя соединен с минусовой шиной питания и первым выводом обмотки реле. Второй вывод обмотки реле соединен с первым выводом первого резистора и катодом второго диода. Анод второго диода соединен с анодом первого диода и первым выводом второго резистора. Второй вывод первого резистора является первым выходом устройства и через замыкающий контакт электромагнитного реле соединен со вторым выводом второго резистора, соединенным через размыкающий контакт переключателя с плюсовой шиной питания. Замыкающий контакт переключателя является вторым выходом устройства.
Недостатками данного устройства являются:
а) низкая функциональная надежность, обусловленная наличием электромагнитного реле; так как при воздействии на устройство мощных низкочастотных или постоянных магнитных полей будут происходить сбои и ложные срабатывания реле, а следовательно, и самого устройства;
б) большой ток потребления устройства;
в) отсутствие возможности питания датчиков в импульсном режиме;
г) большие масса и габаритные размеры устройства вследствие наличия магнитных экранов.
Указанные недостатки данного устройства существенно ограничивают область его применения.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое устройство, является создание устройства для контроля контактного датчика, обладающего более высокой функциональной надежностью и существенно расширенными функциональными возможностями.
Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в повышении функциональной надежности и расширении функциональных возможностей устройства.
Данный технический результат достигается тем, что в устройстве для контроля контактного датчика, содержащем реле с замыкающим контактом, проводную линию связи с разрывом для подключения размыкающего контакта упомянутого датчика, плюсовую и минусовую шины питания, первый и второй диоды, катод первого из которых соединен с одним концом линии связи, другой конец которой через размыкающий контакт первого выключателя соединен с минусовой шиной питания, первый и второй резисторы, первый вывод последнего из которых соединен с анодами первого и второго диодов, первый вывод первого резистора является выходом устройства для контроля контактного датчика, а второй вывод соединен с катодом второго диода, новым является то, что второй вывод первого резистора соединен с катодом второго диода либо непосредственно либо через дополнительно введенный стабилитрон, реле выполнено в виде электронного реле, дополнительно введены второй выключатель и электронный ключ, первый и второй входы которого являются первым и вторым входами устройства для контроля контактного датчика, а первый выход соединен с плюсовой шиной питания и первым выходом реле, второй выход которого соединен с первым выводом первого резистора, второй вывод которого соединен с первым входом реле и через замыкающий контакт второго выключателя со вторым входом реле, который соединен с минусовой шиной питания, второй вывод второго резистора соединен со вторым выходом электронного ключа.
Указанная совокупность признаков позволяет повысить функциональную надежность и расширить функциональные возможности устройства. При этом повышение функциональной надежности устройства достигнуто за счет исключения из его состава электромагнитного реле и применения реле, выполненного на базе более надежно работающих в реальных условиях эксплуатации устройства (при воздействии мощных низкочастотных или постоянных магнитных полей) элементов - электронного реле, резисторов и диодов (и стабилитрона). Расширение функциональных возможностей заключается в обеспечении новых свойств устройства: возможности питания устройства как постоянным током от источника питания постоянного тока, так и импульсами тока путем разделения цепи питания устройства и цепи блокировки реле, когда питание устройства осуществляется через электронный ключ, обеспечивающий на своем выходе при соответствующем управлении как постоянное, так и импульсное напряжение, а питание цепи блокировки осуществляется непосредственно от источника питания постоянного тока, при этом достигается уменьшение тока потребления устройства.
Уменьшение габаритов и массы устройства достигается за счет исключения магнитных экранов электромагнитного реле.
На фиг.1 приведена схема устройства для контроля контактного датчика, на фиг.2, 3 - возможные варианты электрических схем электронного реле и электронного ключа.
Устройство содержит (см. фиг.1) электронное реле 1, первый 2 и второй 3 диоды, первый 4 и второй 5 резисторы, первый выключатель 6, электронный ключ 7, линию 8 связи, контролируемый контактный датчик 9, минусовую шину 10 питания, стабилитрон 11, второй выключатель 12, выход 13 устройства для контроля контактного датчика, плюсовую шину 14 питания, первый 15 и второй 16 входы устройства для контроля контактного датчика.
Катод диода 2 через линию 8 связи, размыкающий контакт датчика 9, включенного в разрыв линии 8, и размыкающий контакт выключателя 6 соединен со вторым входом электронного реле 1 и с минусовой шиной 10 питания. Первый вход электронного реле 1 соединен со вторым выводом первого резистора 4 и непосредственно или через стабилитрон 11 с катодом второго диода 3, причем катод стабилитрона 11 соединен с катодом второго диода 3, а анод соединен со вторым выводом первого резистора 4. Второй вход электронного реле 1 соединен через замыкающий контакт второго выключателя 12 с первым входом электронного реле 1. Анод второго диода 3 соединен с анодом первого диода 2 и с первым выводом второго резистора 5. Первый вывод первого резистора 4 является выходом 13 устройства для контроля контактного датчика и соединен со вторым выходом электронного реле 1. Первый выход электронного реле 1 соединен с плюсовой шиной 14 питания и первым выходом электронного ключа 7, второй выход которого соединен со вторым выводом второго резистора 5. Первый и второй входы электронного ключа 7 являются соответственно первым 15 и вторым 16 входами устройства для контроля контактного датчика.
Электронное реле 1 предназначено для фиксации и запоминания факта срабатывания контролируемого контактного датчика 9.
Первый выключатель 6 предназначен для имитации факта размыкания размыкающего контакта датчика 9 при оперативной проверке работоспособности устройства. Может быть реализован в виде кнопки с размыкающим контактом (например, типа ПКн 105-1), также может быть реализован на тумблере с такой же контактной группой (например, типа ПТ8-1).
Электронный ключ 7 предназначен для формирования импульсов питания контактного датчика 9.
Электронное реле (фиг.2) выполнено на микросхеме 17 и диоде 18.
Электронный ключ (фиг.3) выполнен на интегральной микросхеме 19 и резисторе 20.
Далее работа устройства рассматривается с включенным в схему стабилитроном 11.
Устройство работает следующим образом.
В исходном состоянии размыкающие контакты выключателя 6 и датчика 9 замкнуты, а замыкающий контакт выключателя 12 разомкнут.На первый вход 15 устройства для контроля контактного датчика (первый вход электронного ключа 7) подается положительный уровень постоянного напряжения, а на второй вход 16 устройства для контроля контактного датчика - импульсы отрицательной полярности. При этом через светодиод микросхемы 19 электронного ключа 7 будут протекать импульсы тока, амплитуда которых определяется напряжением, подаваемым на первый вход электронного ключа 7 и резистором 20 электронного ключа 7, и является достаточной для срабатывания электронного ключа 7. При этом происходит замыкание первого и второго выходов электронного ключа 7 на время действия импульса и, следовательно, появление на втором выходе положительных импульсов амплитудой равной напряжению питания устройства. От плюсовой шины 14 питания к минусовой шине 10 питания через замкнутые первый и второй выходы электронного ключа 7, резистор 5, диод 2 замкнутые контакты датчика 9 и выключателя 6 протекают импульсы тока, амплитуда которых определяется напряжением источника питания устройства и сопротивлением резистора 5. При этом последовательно включенные диод 3 и электронное реле 1 находятся под напряжением, равным прямому падению напряжения на диоде 2, и, следовательно, напряжение на первом входе электронного реле 1 относительно второго входа практически равняется нулю. Это означает, что электронное реле 1 находится в выключенном состоянии, то есть первый и второй выходы электронного реле 1 разомкнуты. Электронное реле 1 и устройство остаются в описанном исходном состоянии.
При срабатывании датчика 9, то есть при размыкании его контакта ток по указанной цепи прекращается и начинает протекать импульс тока от плюсовой шины 14 питания к минусовой шине 10 питания через замкнутые первый и второй выходы электронного ключа 7, резистор 5, диод 3, стабилитрон 11 и первый и второй входы электронного реле 1 (через светодиод микросхемы 17 и диод 18 электронного реле). При этом амплитуда тока, протекающего через светодиод электронного реле, достаточна для включения этого электронного реле 1. В результате замыкаются первый и второй выходы электронного реле 1, и на выход 13 устройства выдается сигнал о срабатывании контролируемого датчика 9 в виде напряжения постоянного тока, а само электронное реле 1 становится на самоблокировку током, протекающим от плюсовой шины 14 питания к минусовой шине 10 питания через замкнутые первый и второй выходы электронного реле 1, резистор 4 и светодиод, микросхему 17 и диод 18 электронного реле 1. Поэтому сигнал на выходе 13 устройства в дальнейшем сохраняется, даже если после этого исходное состояние контакта датчика 9 само восстанавливается или будет восстановлено обслуживающим персоналом после устранения причины срабатывания датчика 9. После восстановления замкнутого состояния контакта датчика 9 для перевода устройства в режим контроля состояния контакта датчика 9 необходимо хотя бы на короткое время замкнуть замыкающий контакт выключателя 12 (то есть включить соответствующий тумблер). При этом выключатель 12 своими замкнутыми контактами шунтирует светодиод микросхемы электронного реле 1, ток через вышеуказанный светодиод прекращается, первый и второй выходы электронного реле 1 размыкаются, электронное реле 1 выключается (снимается с самоблокировки) и снимается сигнал с выхода 13 устройства. После восстановления исходного состояния контактов выключателя 12 (выключения соответствующего тумблера) восстанавливается исходное состояние устройства и контроль за состоянием контакта датчика 9.
Для контроля работоспособности устройства достаточно сначала разомкнуть и замкнуть контакт выключателя 6 (нажать и отпустить соответствующую кнопку), затем замкнуть и разомкнуть контакт выключателя 12 (включить и выключить соответствующий тумблер). При этом размыканием контакта выключателя 6 имитируется срабатывание (размыкание контакта) датчика 9, поэтому устройство работает, как и в случае срабатывания датчика 9, и выдает на выход 13 выходной сигнал. При замыкании разомкнутого контакта выключателя 12 устройство работает так же, как и при восстановлении его исходного состояния после срабатывания датчика 9, то есть сначала шунтируется светодиод (первый и второй входы) микросхемы электронного реле 1, затем выключается электромагнитное реле 1 (снимается с самоблокировки) и восстанавливается контроль состояния контакта датчика 9.
Снятие с контроля объекта, на котором размещен датчик 9, производится размыканием первого и второго выходов электронного ключа 7 путем прекращения подачи на первый вход 15 устройства постоянного уровня напряжения или прекращения поступления отрицательных импульсов на его второй вход 16, после чего прекращается протекание тока от плюсовой шины 14 питания к минусовой шине 10 питания через замкнутые первый и второй выходы электронного ключа 7, резистор 5, диод 2, замкнутый контакт датчика 9 и выключателя 6 и оно не реагирует на изменение состояния контакта датчика 9. При возобновлении подачи на первый вход 15 устройства постоянного уровня напряжения и поступлении отрицательных импульсов на его второй вход 16 исходное состояние устройства восстанавливается, как и в рассмотренных случаях, и тем самым восстанавливается контроль за состоянием контакта датчика 9.
Работа устройства в режиме питания от источника постоянного тока обеспечивается путем подачи на второй 16 вход устройства неотрицательных импульсов напряжения, а отрицательного уровня напряжения, при этом работа устройства осуществляется аналогично вышеописанной для режима импульсного питания.
Следует отметить, что при работе устройства в импульсном режиме питания ток потребления в режиме контроля состояния датчика 9 будет меньше, чем в режиме питания от источника постоянного тока во столько раз, во сколько период следования больше длительности импульсов. (На практике ток потребления уменьшается ≈ в 100 раз.)
Стабилитрон 11 обеспечивает возможность повышения помехоустойчивости устройства при большой длине линии 8 связи за счет повышения порога срабатывания электронного реле 1. Напряжение стабилизации стабилитрона 11 выбирается исходя из сопротивления линии 8 связи, напряжения питания устройства и амплитуды помех, действующих в линии 8 связи.
Диод 18 электронного реле 1 необходим, когда в качестве выключателя 12 будет использован электронный ключ с большим падением напряжения в замкнутом состоянии (например, на полупроводниковом транзисторе). Падение напряжения на ключе в этом случае сравнимо с падением напряжения на светодиоде электронного реле 1 и для повышения надежности шунтирования первого и второго входов электронного реле 1 последовательно со светодиодом электронного реле 1 включается диод 18.
В случае непосредственного соединения второго вывода резистора 4 с катодом диода 3 так же достигается заявленный технический результат.
В целях подтверждения осуществимости заявляемого объекта и достигнутого технического результата был собран и испытан макет устройства для контроля контактного датчика, который был выполнен на базе микросхем типа 249КП4БТ, кнопок ПКн105, диодов 2Д510А, стабилитрона 2С210Ц и резисторов С3-33Н, при длине линии связи с датчиком до 10 км.
Проведенные испытания макета показали работоспособность заявляемого устройства для контроля контактного датчика и подтвердили достижение заявленного технического результата.