СИСТЕМА КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЯ ДИСКРЕТНЫХ ИСТОЧНИКОВ СИГНАЛОВ

Полезная модель относится к области автоматического управления технологическим оборудованием, в том числе, дистанционного управления, и информационно-измерительной технике и, в частности, устройствам формирования и передачи электрических сигналов в импульсной форме и может быть использовано для контроля состояния дискретных источников сигналов (например, датчиков, кнопок, переключателей) в системах управления комплексами технологического оборудования, например автоматическими линиями, и информационно-измерительных системах.
В указанных областях техники имеется необходимость получения информации о ходе контролируемого технологического процесса с помощью дискретных контактных датчиков, замкнутое или разомкнутое состояния которых определяется технологическим процессом. Эта информация передается по линии связи, к которой с одной стороны подключен контактный датчик или кнопка, а с другой - контрольное устройство для формирования команд управления оборудованием.
В качестве прототипа может быть принято устройство контроля состояния дискретных источников сигналов (патент РФ на полезную модель №53048, G08C 19/18, Н02М 3/335, опубл. 27.04.2006.), содержащее линию связи, на одном конце которой подключен контакт дискретного датчика, на другом - через формирователь вход контрольного устройства объекта управления. В устройство контроля состояния дискретных источников сигналов введен источник импульсов, выход которого подключен к одному из выводов дискретного датчика, другой вывод которого подключен к линии связи, к другому концу которой подключен делитель из двух последовательно включенных резисторов, к выходу которого подключен вход диодного амплитудного детектора с фильтром, выход которого подключен к входу контрольного устройства для формирования команд управления. В состав источника импульсов входят источник питания, генератор импульсов и транзисторный ключ.
К недостаткам прототипа следует отнести отсутствие контроля состояния линии, по которой передается информация о состоянии контактного датчика, что снижает достоверность передачи информации. Этот недостаток устраняется предлагаемым решением.
Решаемая задача - расширение функциональных возможностей системы.
Технический результат заключается в том, что, кроме состояния контакта датчика или командной клавиши, постоянно контролируется и состояние линии, что повышает достоверность получаемой информации и, кроме того, позволяет разделить отказы датчика и линии. В случае обрыва линии указывается не только наличие обрыва, но и какой из проводов линии оборван, что позволяет сократить время на восстановление работоспособности линии. Полезная модель обеспечивает:
- повышение надежности работы дискретных датчиков и достоверности определения их состояния за счет исключения неправильного восприятия состояния датчика, связанного с обрывом линии;
- автоматический постоянный контроль линии связи и мгновенное обнаружение обрыва линии с указанием оборванного провода.
Это достигается тем, что в систему контроля состояния дискретных источников сигналов, содержащую дискретный датчик, подключенный одним выводом к источнику импульсов, состоящему из источника питания, транзисторного ключа и генератора импульсов, другим выводом к началу линии связи, на другом конце которой через формирователь подключен вход контрольного устройства объекта управления, введен блок контроля линии связи, содержащий два делителя, которые с одной стороны подключены, соответственно, к началам первого и второго проводов линии связи, а с другой стороны к первому выводу источника питания в составе блока контроля линии связи, второй вывод этого источника питания подключен к концу второго провода линии связи, причем делители подключены к контролируемой линии связи, соответственно, первым и вторым, в составе делителей, ключами, входы которых подключены к выходу второго элемента задержки цепочки из трех элементов задержки, вход первого элемента задержки подключен к выходу источника импульсов, а выход первого элемента задержки подключен к входам установки в "единицу" двух триггеров, входы установки в «ноль» которых подключены, соответственно, к выходам двух элементов "ИЛИ", один из входов которых подключен к выходам, соответственно, первого и второго делителей, а другой - к кнопке сброса, выходы триггеров подключены к входам дешифратора, один из входов дешифратора подключен к выходу третьего элемента задержки, а три выхода дешифратора подключены, соответственно, к входам установки в "единицу" трех триггеров, каждый из которых соответствует определенному дефекту линии, входы установки в "ноль" которых подключены к кнопке сброса, а выходы триггеров подключены к входам индикатора состояния линии.
На Фиг.1 показана принципиальная схема системы, а на фиг.2, 3, 4, 5 - временные диаграммы для иллюстрации работы системы при различных состояниях линии связи: норма - Фиг.2; обрыв первого провода - Фиг.3; обрыв второго провода - Фиг.4; обрыв обоих проводов - Фиг.5.
Принципиальная схема (Фиг.1) содержит источник импульсов 1, дискретный датчик 2, соединенный с одной стороны с входом линии связи 3 (первый прямой провод Л1). К концу линии подключен формирователь 4, в составе которого имеется делитель на резисторах R1 и R2. К выходу формирователя 4 подключено контрольное устройство 5 объекта управления, для формирования команд управления. С другой стороны дискретный датчик 2 проводом 6 соединен с транзисторным ключом 7 источника импульсов 1. Источник импульсов 1 содержит также генератор импульсов 8 и источник питания постоянного тока ИППТ. Введен блок 9 контроля состояния линии связи 3, который содержит два делителя 10, первый на резисторах R1, R2 с ключом Кл1, второй на резисторах R3, R4 с ключом Кл2. Делители 10 с одной стороны подключены соответственно к началам первого (прямого - Л1) и второго (обратного - Л2) проводов линии, а с другой стороны к выводу «-» источника питания 11 в составе блока 9 контроля линии связи, второй вывод «+» источника питания 11 подключен к концу второго провода линии связи (Л2), причем делители подключаются к контролируемой линии связи соответственно первым Кл1 и вторым Кл2 ключами, входы которых подключены к выходу второго элемента задержки DT2 цепочки из трех элементов задержки 12, вход первого из которых DT1 подключен к выходу генератора импульсов 8, а выход элемента задержки DT1 подключен к входам установки в «единицу» - S двух триггеров 13 и 14, входы установки в «ноль» которых подключены соответственно к выходам двух элементов «ИЛИ» 15 и 16, один из входов которых подключен к выходам соответственно первого и второго делителей 10, а другой к кнопке сброса 17, выходы триггеров 13 и 14 подключены к входам дешифратора 18, один из которых подключен к выходу третьего элемента задержки 12 DT3, а три выхода дешифратора 18 подключены к входам установки в «единицу» трех триггеров 19, 20 и 21, каждый из которых соответствует определенному дефекту линии, входы установки в «ноль» которых подключены к кнопке сброса 17, а выходы триггеров 19, 20, 21 подключены к входам индикатора 22 состояния линии линии связи 3.
Работа системы происходит следующим образом
вых
От источника импульсов 1 на вход дискретного датчика 2 поступают импульсы с амплитудой U, При замыкании дискретного датчика 2 эти импульсы поступают в линию связи 3 (Фиг.2,а) и далее после обработки формирователем 4, в составе которого имеется делитель на резисторах R1 и R2,. поступают в контрольное устройство 5 объекта управления для формирования команд управления. На вход дискретного датчика 2 импульсы поступают по проводу 6 при замыкании транзисторного ключа 7, управление которым происходит импульсами от генератора импульсов 8 и отличаются большой скважностью, т.е. выполняется условие, что
и
и
t<<T,
и
где t - длительность импульсов,
и
Т - период повторения импульсов.
3
3
3
и
Блок 9 контроля состояния линии связи содержит два делителя 10 с ключами Кл.1 и Кл.2, которые с одной стороны подключены соответственно к началам первого (прямого - Л1) и второго (обратного - Л2) проводов линии, а с другой стороны к выводу «-» источника питания 11, вывод «+» которого подключен к концу второго провода линии связи (Л2). От генератора импульсов 8 импульсы поступают на ключ 7 источника импульсов 1 и на вход первого элемента задержки DT1 цепочки из трех элементов задержки 12 (DT1, DT2, DT3). При этом на их выходах образуются импульсы, сдвинутые относительно друг друга соответственно на t1, t2, t3 (Фиг.2, б, в, г). Суммарная задержка цепочки элементов задержки выбирается меньше периода следования импульсов Т, формируемых генератором импульсов 8. Импульс с выхода элемента задержки DT1 поступает на входы установки в «единицу» - S двух триггеров 13 и 14, и переводит их в единичное состояние. Импульс с выхода элемента задержки DT2 поступает на входы ключей Кл.1 и Кл.2 и открывает их на время действия импульса. При этом делители 10 подключаются к линии связи и по ним проходит ток. Цепь тока для делителя с ключом Кл.1: +источника питания 11, резисторы R2 и R1 формирователя 4, прямой провод линии связи 3, точка начала прямого провода линии связи Л1, резистор R1 первого из делителей 10, замкнутый ключ Кл.1, резистор R2, - источника питания 11.
Цепь тока для делителя с ключом Кл.2: +источника питания 11, обратный провод линии связи 3, точка начала обратного провода линии связи Л2, резистор R3 второго из делителей 10, замкнутый ключ Кл.2, резистор R4, - источника питания 11.
При нормальном состоянии проводов линии связи 3 прохождение токов по указанным цепям приводит к появлению импульсов на резисторах R1 и R2 делителей 10, которые переводят триггеры 13 и 14 в исходное нулевое состояние (Фиг.2, д, е), поскольку эти импульсы поступают через один из входов элементов "ИЛИ" 15 и 16 на входы установки в «ноль» - R указанных триггеров.
3
Спустя время задержки t3 с выхода элемента задержки DT3 появляется импульс, разрешающий работу дешифратора 18 (импульс опроса). При нормальном состоянии проводов линии связи, как было отмечено выше, к этому моменту триггеры 13 и 14 находятся в исходном нулевом состоянии. При этом комбинация сигналов с выходов этих триггеров, поступающая на входы дешифратора 18, будет такой, что на всех трех выходах дешифратора, а именно, выходах элементов И1, И2, И3 будут присутствовать сигналы с уровнем логического нуля (Фиг.2, ж, з, и),. При этом триггеры 19, 20 и 21 остаются в исходном нулевом состоянии, а сигналы с уровнем логического нуля с их выходов, поступающие на три входа индикатора состояния линии, обеспечат индикацию состояния линии связи "НОРМА".
Рассмотрим случай обрыва первого (прямого) провода Л1 линии связи 3 (Фиг.3). При этом импульсы на входе дискретного датчика 2 и выходах элементов задержки DT1-DT3 (Фиг.3, а, б, в, г) будут такие же как в случае нормального состояния линии связи 3. Однако при обрыве первого (прямого) провода Л1 линии связи 3, при подключении делителей 10 ключами Кл.1 и Кл.2 к проводам линии связи 3 во время появления импульса с выхода элемента задержки DT2, на резисторе R2 делителей 10 импульс будет отсутствовать. По этой причине триггер 13 остается в единичном состоянии (Фиг.3,д). Поскольку для рассматриваемого случая второй (обратный) провод Л2 линии связи 3 находится в исправном состоянии, импульс с резистора R4 делителей 10, во время включения ключей Кл.1 и Кл.2, переведет триггер 14 в исходное нулевое состояние (Фиг.3,е). При появлении импульса с выхода DT3 для опроса дешифратора 18 на его первом выходе (выход элемента И1) появится сигнал с уровнем логической единицы (Фиг.3,ж), который переключит триггер 19 в единичное состояние (Фиг.3,з). При этом индикатор состояния линии выдает сообщение об обрыве первого (прямого) провода Л1 линии связи. После устранения обрыва линии связи 3 должна быть нажата кнопка «Сброс» для приведения блока 9 контроля линии связи в исходное состояние (Фиг.3,и).
Рассмотрим случай обрыва второго (обратного) провода Л2 линии связи 3 (Фиг.4). При этом импульсы на входе дискретного датчика 2 и выходах элементов задержки DT1-DT3 (Фиг.4, а, б, в, г) будут такие же как в случае нормального состояния линии связи 3. В случае обрыва второго (обратного) провода Л2 линии связи 3, при подключении делителей 10 ключами Кл.1 и Кл.2 к проводам линии связи 3 во время появления импульса с выхода элемента задержки DT2, на резисторе R4 делителей 10 импульс будет отсутствовать. По этой причине триггер 14 остается в единичном состоянии (Фиг.4,е). Поскольку для рассматриваемого случая первый (прямой) провод Л1 линии связи 3 находится в исправном состоянии, импульс с резистора R2 делителей 10, во время включения ключей Кл.1 и Кл.2, переведет триггер 13 в исходное нулевое состояние (Фиг.4,д). При появлении импульса с выхода DT3 для опроса дешифратора 18 на его втором выходе (выход элемента И2) появится сигнал с уровнем логической единицы (Фиг.4,ж), который переключит триггер 20 в единичное состояние (Фиг.4,з). При этом индикатор состояния линии выдает сообщение об обрыве второго (обратного) провода Л2 линии связи 3.
После устранения обрыва линии связи 3 должна быть нажата кнопка «Сброс» для приведения блока 9 контроля линии связи в исходное состояние (Фиг.4,и).
Рассмотрим случай обрыва обоих проводов линии связи 3 (Фиг.5). При этом импульсы на входе дискретного датчика 2 и выходах элементов задержки DT1-DT3 (Фиг.5, а, б, в, г) будут такие же как в случае нормального состояния линии связи 3. В случае обрыва обоих проводов линии связи 3 при подключении делителей 10 ключами Кл.1 и Кл.2 к проводам линии связи во время появления импульса с выхода элемента задержки DT2, на резисторах R2 и R4 делителей 10 импульсы будут отсутствовать. По этой причине триггеры 13 и 14 останутся в единичном состоянии (Фиг.5, д, е). При появлении импульса с выхода DT3 для опроса дешифратора 18 на его третьем выходе (выход элемента И3) появится сигнал с уровнем логической единицы (Фиг.5,ж), который переключит триггер 21 в единичное состояние (Фиг.5,з). При этом индикатор 22 состояния линии выдает сообщение об обрыве обоих проводов линии связи 3.
После устранения обрыва линии связи должна быть нажата кнопка «Сброс» для приведения блока контроля линии связи в исходное состояние (Фиг.5,и).