УСТРОЙСТВО ВВОДА ДИСКРЕТНЫХ СИГНАЛОВ ПОСТОЯННОГО И ПЕРЕМЕННОГО ТОКА С ДИАГНОСТИКОЙ ОБРЫВА МОНТАЖА ИЛИ НАГРУЗКИ КОНТРОЛИРУЕМОЙ ЦЕПИ

Устройство относится к контрольно-измерительной технике и предназначено для использования в устройствах 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), при этом, комплекс включает в себя функциональный модуль ввода дискретных сигналов МДВ содержит микропроцессорный элемент, предназначенный для предварительной обработки информации о входных дискретных сигналах и синхронного обмена информацией с удаленным концентратором связи по цепям с элементами гальванической развязки, элемент стабилизации напряжения питания микропроцессорного элемента и каналы ввода дискретных сигналов напряжения постоянного тока, входные цепи которых содержат последовательно соединенные резистор, диод и стабилитрон, предназначенный для отсечки помех, а также элемент гальванической оптронной развязки, при этом, входные цепи объединены в группы для сокращения числа общих проводов, а выходы элементов оптронной развязки опрашиваются микропроцессорным элементом матричным способом для сокращения необходимого числа его линий ввода/вывода.
Комплекс также содержит функциональный модуль ввода дискретных сигналов переменного тока МДВ1 отличающийся от модуля МДВ тем, что во входных цепях каналов ввода дискретных сигналов диод заменен на второй стабилитрон, включенный встречно первому.
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), в который входят функциональные микромодули ввода дискретных сигналов ММД, содержащие микропроцессорный элемент, предназначенный для предварительной обработки информации о входных дискретных сигналах (в том числе - определение длительностей и кодов импульсных и кодированных сигналов) и синхронного обмена информацией с управляющим модулем концентратора информации через элементы цепей связи, и каналы ввода дискретных сигналов, входные цепи которых содержат последовательно соединенные резистор, диод, стабилитрон, предназначенный для отсечки помех, и элемент гальванической оптронной развязки.
Недостатками аналогов является то, что указанные функциональные модули ввода дискретных сигналов не могут диагностировать неисправности, возникающие в канале - такие как: обрыв монтажа или нагрузки контролируемой цепи, а также неисправность элементов самого канала.
Сущность предлагаемого технического решения заключается в том, что в известном устройстве ввода дискретных сигналов, содержащем микропроцессорный элемент, источник стабилизированного напряжения питания микропроцессорного элемента, узел приема/передачи данных с гальванической развязкой и каналы ввода дискретных сигналов, входные цепи которых содержат последовательно соединенные резистор и вход элемента оптронной развязки, при этом, для гальванически связанных контролируемых сигналов входные цепи объединены в группы с общим проводом, а выходы элементов оптронной развязки соединены с микропроцессорным элементом предпочтительно по принципу мультиплексного группового опроса, с целью диагностирования неисправностей, возникающих в элементах каналов, а также обрыва монтажа или нагрузки контролируемых цепей, каждый канал дополнительно содержит вторые входные резисторы и последовательно соединенные с ними элементы оптронной развязки, при этом, оба резистора подключены к входу канала, а вторые выводы входов элементов оптронной развязки раздельно объединены в общие провода вторых выводов соответственно первых и вторых элементов оптронной развязки входных цепей гальванически связанных контролируемых сигналов, а общие провода через встречно включенные или двуполярные стабилитроны соединены с разными полюсами источника питания контролируемых сигналов.
На рисунке 1 приведена структурная схема устройства ввода дискретных сигналов, где: 1 - группы входных каналов; 2 - мультиплексированная шина считывания входных данных; 3 - микропроцессорный элемент; 4 - узел приема/передачи данных с гальванической развязкой; 5 - элемент стабилизации напряжения питания (значение напряжений показано условно).
На рисунке 2 приведена схема входной части одного из каналов устройства, подключенной к контролируемой цепи сигнала постоянного тока, где: 6 - элемент управления нагрузкой контролируемой цепи; 7 - нагрузка; U+, U- - цепи питания контролируемой цепи; Bx1 - вход канала; R1, R2 - входные резисторы; VE1, VE2 - входные оптроны; Оп1 - общий групповой провод приема сигналов отрицательной полярности; Оп2 - общий групповой провод приема сигналов положительной полярности; VZ1, VZ2 - стабилитроны, подключающие первый общий провод к положительному полюсу питания U+; VZ3, VZ4 - стабилитроны, подключающие второй общий провод к отрицательному полюсу питания U-.
Устройство работает под управлением микропроцессорного элемента (3), который выдает стробирующие сигналы на группы выходных транзисторов оптронов входных каналов (1) и считывает информацию о состоянии контролируемых цепей с мультиплексной шины (2). Затем производится анализ данных и передача результата через элементы (4) гальванической развязки цепей обмена информацией с более высоким уровнем системы.
Информация о каждом канале в данном устройстве представлена двумя битами, причем, при исправном состоянии всех цепей и элементов, это «01» или «10», так как один из оптронов всегда находится в активном состоянии независимо от состояния контролируемой цепи. При обрыве монтажа будет считано состояние «00» - за счет того, что напряжение отсечки (стабилизации) стабилитронов выбирается равным или более половины напряжения питания контролируемой цепи, при этом, входная часть оптронов обесточена (допустим ток менее тока включения), поскольку стабилитроны в данном случае включены последовательно. Состояние «00» может быть также считано только при одном из состояний контролируемой цепи - это будет говорить об обрыве (неисправности) в цепи соответствующего оптрона. При обрыве нагрузки (7) значение «00» будет зафиксировано только при пассивном состоянии элемента управления (6). А состояние «11» возможно при неисправности в выходной цепи канала (например, замыкание выходного транзистора оптрона) или при менее вероятном замыкании одного из стабилитронов входной цепи.
При контроле сигналов переменного тока программой микропроцессорного элемента необходимо учитывать снижение до нуля тока в цепях оптронов в каждом периоде частоты сигнала.
Следует отметить, что простое дублирование каналов или даже контроль по мажоритарному принципу (например, 2 из 3-х) не позволяет выявлять обрыв монтажа или нагрузки, так как при пассивном состоянии контролируемой цепи всегда будут считаны нули, а при активном состоянии контролируемой цепи может быть определена только неисправность одного из дублирующих каналов.