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, в устройство 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 интегратор импульсов, источник питания, транзисторный ключ.
К недостаткам прототипа следует отнести отсутствие контроля состояния линии, по которой передается информация о состоянии дискретного 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 дискретного источника сигнала постоянно контролируется и состояние линии связи, что обеспечивает:
- повышение надежности работы дискретных источников сигнала и достоверности определения их состояния;
- автоматический постоянный контроль обрыва в линии связи;
- мгновенное обнаружение факта обрыва линии и минимизацию, тем самым, времени на его устранение;
- повышение достоверности определения состояния дискретного источника сигнала за счет исключения неправильного восприятия его состояния, связанного с обрывом линии, что позволяет разделить отказы дискретного источника сигнала и линии.
- исключение необходимости согласования амплитуд импульсов контроля датчика и контроля линии связи.
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 подключенный к началу линии связи, на другом конце которой через формирователь подключен вход контрольного устройства объекта управления, введен блок контроля линии связи, содержащий ключ, первый вход которого подключен к первому выводу источника питания в составе блока контроля линии связи, а выход ключа подключен к первому проводу линии связи, соединенному с дискретным датчиком, ко второму проводу которой подключен первый вывод датчика тока блока контроля линии связи, выход которого через инвертор и усилитель с элементом задержки подключен через один из входов элемента «ИЛИ» к входу установки в «ноль» триггера, ко второму входу элемента «ИЛИ» подключена кнопка «Сброс», к входу установки триггера в «единицу» подключен один из выходов генератора импульсов, подключенный также ко второму входу ключа блока контроля линии связи, а выход триггера подключен к RC цепи, к выходу которой подключен вход порогового элемента, к выходу которого подключен индикатор состояния линии связи. Вторые выводы источников питания в составе источника импульсов и блока контроля линии связи и второй вывод датчика тока блока контроля линии связи соединены между собой. Ключ блока контроля линии связи подключен с возможностью замыкания в промежутках времени, соответствующих разомкнутому состоянии. Транзисторного ключа источника импульсов, подключенного к дискретному датчику.
Введение источника питания с обратной полярностью относительно полярности источника питания источника импульсов исключает возможность формирования командных сигналов контрольным устройством при прохождении импульсов контроля линии, поскольку диод в составе формирователя оказывается запертым для этих импульсов. Вследствие этого отпадает необходимость согласования амплитуд импульсов контроля датчика и контроля линии связи.
На Фиг.1 приведена принципиальная схема системы; На Фиг.2 - временные диаграммы для иллюстрации работы.
Принципиальная схема системы контроля состояния дискретных источников сигналов (фиг.1) содержит источник импульсов 1, к которому подключен дискретный датчик 2, состояние которого определяется технологическим процессом или командой оператора, соединенный с одной стороны со 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 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, в состав которого также входят источник питания постоянного тока ИП 1 и генератор импульсов 8 ГИ (эти элементы присутствуют в прототипе - патент РФ на полезную модель №53048).
В систему введен блок контроля линии связи, в состав которого входит датчик тока 9 в виде резистора Кш, подключенный во второй обратный провод (Л2) линии связи 3, выход датчика тока 9 подключен через инвертор 10 к усилителю 11, выход которого через элемент задержки 12 подключен к первому входу элемента 13 «ИЛИ», а выход элемента 13 - к входу «R» установки в «ноль» триггера 14. Ко второму входу элемента 13 «ИЛИ» подключена кнопка сброса. Ко входу «S» установки триггера 14 в «единицу» подключен вых. 2 ГИ 8 (в составе источника импульсов 1), подключенный также к первому входу ключа 15, второй вход которого подключен к первому выводу источника питания 16 в составе блока контроля линии связи, а выход ключа подключен к первому проводу (Л1) линии связи 3, соединенному с дискретным датчиком 2. Выход триггера 14 подключен к RC цепи 17 с диодом VD1, к выходу которой (конденсатор С) подключен вход порогового элемента 18, в виде триггера Шмитта, к выходу которого подключен индикатор 19 состояния линии связи, в виде светодиода VD2 с резистором R. Для регистрации отказов линии связи выход порогового элемента 18 может подключаться к ЭВМ. Элементы схемы 9-19 входят в блок контроля линии связи.
Ключ 15 блока контроля линии связи подключен с возможностью замыкания в промежутках времени, соответствующих разомкнутому состоянию транзисторного ключа 7 (источника импульсов 1), подключенному к дискретному датчику 2. Вторые выводы источников питания в составе источника импульсов 1 (ИП1) и блока контроля линии связи (ИП2) и второй вывод датчика тока 9 блока контроля линии связи соединены между собой.
Система работает следующим образом (Фиг.1 и Фиг.2). Импульсы от источника импульсов 1 поступают на дискретный датчик 2. При замкнутом его состоянии эти импульсы поступают в линию связи 3 (провод Л1) и далее после обработки формирователем 4 поступают в контрольное устройство 5 объекта управления для формирования команд управления. На вход дискретного датчика 2 импульсы поступают через провод 6 от источника питания ИП1 в составе источника импульсов 1 при замыкании транзисторного ключа 7, управление которым происходит импульсами с вых. 1 ГИ 8 (Фиг.2а). В соответствии с прототипом эти импульсы отличаются большой скважностью, т.е. выполняется условие, что
и
и
t<<T,
и
где t - длительность импульсов,
и
T - период следования импульсов.
Блок контроля линии связи 3 обеспечивает подачу контрольных импульсов, прохождение которых по линии проверяется с помощью датчика тока, включенного во второй обратный провод Л2 линии связи 3. Процесс контроля состояния линии связи 3 иллюстрируется временными диаграммами на Фиг.2.
и
и
3
Подача в линию связи 3 контрольных импульсов производится транзисторным ключом 15, который на короткое время подключает к линии связи (провод Л1) источник постоянного напряжения ИП2, полярность (отрицательная) подключения которого к линии связи 3 является противоположной по отношению к полярности ИП1 (положительная). Управление ключом 15 осуществляется импульсами с вых. 2 ГИ 8, которые следуют с тем же периодом Т и длительностью t, но смещены (задержаны) относительно импульсов с выхода вых.1 на время t1. Таким образом, подача в линию импульсов от ИП2 отрицательной полярности происходит в промежутках между основными импульсами положительной полярности от ИП1 (Фиг.2а, б)
ш
Назовем основные первые импульсы от ИП1 - импульсами контроля датчика КД, а импульсы от ИП2 - импульсами контроля линии связи КЛ. Для контроля прохождения импульсов КЛ по линии связи, во второй ее провод Л2 включен датчик тока 9 в виде сопротивления шунта R. При нормальном состоянии линии и замыкании ключа 15 проходит ток по цепи: ИП2 (+), датчик тока 9, провод линии связи Л2, резисторы R2 и R1 формирователя 4, провод линии связи Л1, ключ 15, ИП2 (-). Поскольку полярность импульсов КЛ отрицательная, они не могут восприниматься контрольным устройством 5 объекта управления из-за наличия диода VD в составе формирователя 4. Это значительно упрощает процесс контроля линии связи и повышает надежность формирования команд управления контрольным устройством 5, которое будет реагировать только на основные импульсы КД.
3
Импульсы с вых.2 ГИ 8 управляют замыканием ключа 15 и поступают одновременно на вход «S» установки в единицу триггера 14 переводя его в единичное состояние. При прохождении тока по линии связи во время замкнутого состояния ключа 15, на датчике тока 9 образуется импульсный сигнал ДТ 9 (Фиг.2, в), который через инвертор 10, усилитель 11 и элемент задержки 11 (t2) поступает на вход элемента 13 ИЛИ (Фиг.2г) и далее на вход «R» сброса триггера 14 в нулевое состояние и сбрасывает последний (Фиг.2д.) На его выходе устанавливается напряжение, соответствующее уровню логического нуля.
порог
К выходу триггера 14 подключена RC цепочка, конденсатор С которой начинает заряжаться при единичном состоянии триггера 14. Однако при отсутствии обрыва в линии связи, вследствие кратковременного единичного состояния триггера, напряжение на конденсаторе не успевает достигнуть порогового значения уставки U Для срабатывания порогового элемента 18, вследствие чего на его выходе будет присутствовать уровень логического нуля и отсутствует свечение светодиода VD2. Этот процесс соответствует нормальному состоянию линии.
порог
В случае обрыва какого-либо провода линии, при поступлении на вход линии импульсов КЛ (Фиг.2, б), ответного сигнала с датчика тока ДТ не поступит, вследствие чего триггер 14, поставленный в единицу импульсом с вых.2 генератора импульсов, не будет сброшен (Фиг.2, е, «Обрыв»). При этом конденсатор RC - цепи 17 заряжается до порогового уровня U. (Фиг.2ж), что приводит к переключению порогового элемента 18 в единичное состояние и свечению светодиода VD2 индикатора 19 состояния линии связи (Фиг.2, з), сигнализирующего об обрыве линии связи.
Единичный сигнал с выхода порогового элемента 18 может также поступать на ЭВМ для регистрации такого события, как обрыв линии и принятия мер по его устранению. После устранения обрыва линии связи должна быть нажата кнопка «Сброс» для приведения блока контроля линии в исходное состояние (Фиг.2и). Диод VD1 в составе RC - цепи 17 обеспечивает быстрый разряд конденсатора С при переключении триггера 14 из единичного в нулевое состояние.