УСТРОЙСТВО ВЫВОДА ДИСКРЕТНЫХ СИГНАЛОВ С ДИАГНОСТИКОЙ СОСТОЯНИЯ ВЫХОДОВ

Устройство вывода дискретных сигналов с диагностикой состояния выходов
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.
Недостатками аналогов является то, что указанные функциональные модули вывода дискретных сигналов не могут сами диагностировать неисправности, возникающие в канале, так как микропроцессорный элемент не
контролирует состояние выходной цепи, чтобы затем сравнить с заданным. Задача может быть решена параллельным подключением дополнительного устройства ввода сигналов, но это ведет к усложнению управляющей системы, увеличению объема информации передаваемой на более высокий уровень для принятия там решения о аварийном состоянии.
Сущность предлагаемого технического решения заключается в том, что известное устройство вывода дискретных сигналов, содержащее преобразователь напряжения для питания устройства, микропроцессорный элемент, связанный с узлом приема/передачи информации, а другие выходы микропроцессорного элемента через резисторы подключены к входам каналов вывода, которыми являются первые выводы входов элементов гальванической развязки, выходные ключи которых являются выходами каналов заявленного устройства, при этом, выходные ключи объединены одними выводами в отдельные группы, для сокращения контактов разъемов при управлении нагрузками с общим проводом источника их питания, второй полюс которого соединен с объединенными выводами выходных ключей, с целью контроля состояния выходных цепей и диагностирования неисправностей, возникающих в канале, каждый канал дополнительно содержит оптрон, вход которого через резистор включен между общим проводом питания нагрузок и выходом канала, а выход этого оптрона 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 транзисторный ключ, вторым выводом подключенный к объединенным вторым выводам входов элементов гальванической развязки всех каналов и управляемый микропроцессорным элементом, при этом микропроцессорный элемент имеет возможность периодического отключения транзисторного ключа, переключения своих управляющих выходов на ввод и считывания состояния на резисторах, которое передается через оптроны с выхода устройства, а в качестве элементов гальванической развязки в каналах используются твердотельные оптореле.
m
m
m
На рис. 1 приведен вариант реализации устройства вывода дискретных сигналов, где: 1 - преобразователь напряжения питания с входом питания Up и выходом Uo+, Uo-; 2 - узел приема/передачи информации; 3 - микропроцессорный элемент; 4 - транзисторный ключ;  - резисторы на выходах микропроцессорного элемента, управляющих каналами; G1…Gn - группы выходных каналов с питанием внешних нагрузок U1-, U1+ … Un-, Un+, причем, U1-…Un- - общие провода выходных ключей, a U1+...Un+ - общие провода нагрузок; R2 - резистор, последовательно соединенный с выходом оптрона VEm; R3 - резистор, подключенный параллельно входу канала; R4 - резистор на входе оптрона VEm; VYm - элемент гальванической развязки канала "m" (оптореле); Q1…Qm - выходы устройства.
Устройство работает под управлением микропроцессорного элемента (3), который получает информацию через узел приема /передачи (2) от более высокого уровня системы и выдает соответствующие сигналы через резисторы R1…Rm на группы G1…Gn каналов вывода информации, управляя состоянием элементов гальванической развязки VYm, являющихся выходами Q1…Qm устройства, при этом, ключ (4) должен быть в активном состоянии, соединяя объединенные выводы входной части элементов гальванической развязки с общим проводом источника питания Uo- для того, чтобы ток управления, задаваемый резисторами R1…Rm, мог пройти через соответствующие излучающие диоды элементов гальванической развязки. Периодически, на том основании, что элемент гальванической развязки (оптореле) имеет задержку времени отключения, микропроцессорный элемент отключает ключ (4), переключает свои управляющие выходы на ввод и считывает состояния на резисторах R3m, которое передается через оптроны VEm с выхода устройства. Далее микропроцессорный элемент возвращается к выдаче управляющей информации, считанные данные сравниваются с задаваемыми, любое несовпадение считается неисправностью и информация об этом передается на верхний уровень. При реализации устройства, следует учитывать: для исключения конфликтной ситуации при переводе выхода в состояние
m
m
m
m
«выключен», должно выполняться примерное условие R2≥4R; для надежного считывания «1» по данному входу/выходу - R3≥4R2.
На схеме примера исполнения в выходных цепях показаны источники питания постоянного тока, при этом, устройство без схемотехнических изменений применимо и для цепей с другой полярностью источников питания и для цепей переменного тока (алгоритм работы микропроцессорного элемента должен учитывать возможность управления цепями переменного тока).
Техническим результатом является наличие контроля состояния выходных цепей и диагностирование неисправностей, возникающих в каналах вывода, при этом, устройство не требует дополнительных входов микропроцессорного элемента.