Устройство вывода сигналов управления для резервируемых систем с самоконтролем исправности

Устройство относится к области испытания и контроля систем управления или их элементов и предназначено для использования в устройствах управления и контроля сигналов постоянного и переменного тока в автоматизированных системах контроля, диагностики и управления технологическими процессами.
Известен комплекс ИВК-АДК - «Комплекс аппаратно-программных средств автоматизации диагностирования и контроля устройств и управления технологическими процессами» (патент на полезную модель RU №61438, G05B 15/00, G05B 19/4063, B61L 27/04, опубликован 27.02.2007), известен комплекс ИВК-ТДМ - «Комплекс программно-аппаратных средств автоматизации диагностирования и мониторинга устройств и управления технологическими процессами» (патент на полезную модель RU №68723, G05B 15/00, G05B 19/4063, B61L 27/04, опубликован 27.11.2007), при этом, комплексы включают в себя функциональные модули вывода дискретных сигналов, которые содержат преобразователь напряжения для питания модуля, микропроцессорный элемент, связанный с цепями с элементами гальванической развязки для синхронного обмена информацией с удаленным концентратором связи, а другие выходы микропроцессорного элемента подключены через элементы оптронной развязки к транзисторным каскадам с открытым коллектором, которые являются выходными каналами модуля, при этом часть транзисторов объединена эмиттерами в отдельные группы для сокращения контактов разъемов при управлении нагрузками с общими проводами.
Известно «Устройство вывода дискретных сигналов с диагностикой состояния выходов» (патент на полезную модель RU №159355, G05B 23/00, G08C 25/00, опубликован 10.02.2016), в котором осуществляется самоконтроль состояния выходов.
Недостатками аналогов является то, что указанные функциональные модули вывода дискретных сигналов (сигналов управления) не могут сами диагностировать потерю контакта в разъеме, обрыв нагрузки или внешнего монтажа, а в резервируемых системах модуль, находящийся в «горячем резерве», т.е. включенный и исполняющий те же задачи управления, что и основной модуль, но при отключенном напряжении на выходном элементе, не может проверить ни состояние, ни исправность выходного и других элементов выходной цепи.
Сущность предлагаемого технического решения заключается в том, что устройство вывода сигналов управления для резервируемых систем с самоконтролем исправности, содержит преобразователь напряжения для питания устройства, микропроцессорный элемент, связанный входами/выходами с узлом приема/передачи информации, а другие выходы микропроцессорного элемента подключены к входам каналов вывода устройства, которыми являются первые выводы входов оптореле, первые контакты выходного ключа оптореле каждого канала через диод, подключен к коммутируемому (первому) полюсу источника питания нагрузок каналов, второй контакт выходного ключа через последовательно включенный диод является выходом канала, при этом, каждый канал содержит оптопару, первый вывод входа которой через резистор соединен с первым полюсом источника питания нагрузок, а через диод с первым контактом выходного ключа, второй вывод входа - через стабилитрон подключен к второму контакту выходного ключа, а выход оптопары и последовательно соединенный с ним резистор включены между полюсом источника питания микропроцессорного элемента и входом данного канала, куда подключен также резистор, соединенный вторым выводом с общим проводом питания устройства, с которым соединен также управляемый микропроцессорным элементом транзисторный ключ, вторым выводом подключенный к объединенным первым выводам резисторов, вторыми выводами соединенных с вторыми выводами входов оптореле всех каналов, при этом устройство содержит управляемый микропроцессорным элементом ключ с гальванической изоляцией выхода, включенного между общим полюсом источника питания нагрузок выходов каналов и, через последовательно соединенный резистор и диод, с вторыми контактами выходных ключей каналов, куда также подключена демпфирующая цепочка из диода и резистора.
m
m
m
m
m
m
m
m
m
m
m
m
m
m
На рис. 1 приведен пример реализации устройства вывода сигналов управления, где: 1 - преобразователь напряжения питания с входом питания Up и выходом Uo+, Uo-; 2 - узел приема/передачи информации; 3 - микропроцессорный элемент; 4 - транзисторный ключ; 5 - ключ с гальванической изоляцией выхода; К1…Кm - каналы устройства; К - коммутатор (переключатель) основного и резервного комплектов; Qp1…Qpm - входы каналов устройства; Q1…Qm - выходы каналов; R1 - резисторы на выходах микропроцессорного элемента, управляющих каналами; R2 - резистор, последовательно соединенный с выходом оптопары VE; R3 - резистор, задающий входной ток оптореле VQ; R4 - резистор, имитирующий нагрузку канала; R5, VD5 - демпфирующая цепочка; R6 - резистор, задающий входной ток оптопары VE; VD1, VD2 - диоды развязки коммутируемого и некоммутируемого плюсового полюса питания выходов устройства; VD3 - диод развязки выходов основного и резервного комплектов; VD4 - диод развязки цепей имитации нагрузки каналов; Un-, Un+ - питание выходов устройства, Un- - общий полюс нагрузок; Uкр - коммутируемый полюс питания выходов резервного комплекта; Uко - коммутируемый полюс питания выходов основного комплекта;
m
1
m
m
m
Устройство работает под управлением микропроцессорного элемента (3), который получает информацию через узел приема/передачи (2) от более высокого уровня системы и выдает соответствующие сигналы на входы Qp1…Qpm каналов, а именно, на первые выводы входов оптореле VQ, при этом, ключ (4) должен быть в активном состоянии, соединяя объединенные выводы резисторов R3…R3 с общим проводом источника питания Uo- для того, чтобы ток управления, задаваемый резисторами, мог пройти через соответствующие излучающие диоды оптореле. Периодически, на том основании, что оптореле имеет задержку времени отключения, микропроцессорный элемент отключает ключ (4), переключает свои управляющие выходы на ввод и считывает состояния на резисторах R1, которое передается через оптопары VE с выхода устройства. Далее микропроцессорный элемент возвращается к выдаче управляющей информации, а считанные данные (в инверсном виде) сравниваются с задаваемыми, любое несовпадение считается неисправностью и информация об этом передается на верхний уровень для принятия решения о переключении с основного на резервный комплект в резервируемой системе. Для определения полной исправности выходного элемента (оптореле), учитывая, что нагрузкой (как правило) является обмотка исполнительного реле, а время включения/отключения реле значительно велико (десятки миллисекунд), микропроцессорный элемент переводит свои управляющие выходы в инверсное состояние на время достаточное на гарантированное (по его техническим параметрам) переключение оптореле, затем считывает через оптопару состояние на выходах каналов и переходит на выдачу в каналы исходного (заданного) состояния. Анализ полученных данных позволяет микропроцессорному элементу определить возможность изменения состояния выходов устройства. Таким образом, обнаружив несоответствие можно считать, что наступило предотказное состояние. Нарушение контакта в разъеме, обрыв внешней цепи или нагрузки определяется считыванием «0» с выхода канала при заданном пассивном (отключенном) состоянии выхода. При этом, небходимо проверить сам канал считывания, что достигается переводом в активное состояние ключа 5. Благодаря наличию резистора R6 осуществляется возможность контроля элементов в резервном комплекте, т.е. при снятом напряжении Uкр. Следует учитывать, что задаваемый резистором R6 ток должен обеспечивать работу оптопары, но не должен нарушать работу нагрузки Rn (исполнительного реле). Демпфирующая цепочка введена для шунтирования э.д.с. самоиндукции при отключении индуктивной нагрузки.
Техническим результатом является возможность контроля состояния выходных цепей и диагностирование неисправностей всех элементов каналов, а также обрывов во внешних цепях, в том числе и при работе устройства в «горячем резерве» в резервируемых системах.