УСТРОЙСТВО КОММУТАЦИИ
SWITCHING DEVICE

Данное изобретение относится к автоматике и телемеханике и может быть использовано в аппаратуре дискретного управления с повышенной надежностью, имеющей ограниченный доступ для контроля, например для автоматических космических аппаратов.
Известен способ выполнения резервированных релейных ячеек для поэлементного контроля путем разделения общей шины питания на отдельные шины с последующим их соединением после проверки на разъеме питания специальными заглушками. (Принципы построения релейно-коммутационной аппаратуры. Аналитический обзор. ГОНТИ №16, 1973 г., стр.56, 57).
Недостатком данного способа является невозможность определения состояния (неисправности) реле в ячейках в процессе эксплуатации.
Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство, содержащее шины питания «-» и «+», однотипные резервированные релейные ячейки, состоящие из четырех реле и четырех разделительных диодов, контакты реле соединены по схеме «2 из 4-х» в контактные группы, первые выводы которых соединены с шиной питания «-», вторые выводы являются выходами устройства, первую, вторую, третью дополнительные шины питания «+», которые объединяются с помощью заглушки на разъеме с шиной питания «+» после проверки устройства, первые выводы обмоток реле в ячейках через разделительные диоды объединены и являются входом ячеек, вторые выводы обмоток первого и второго реле каждой ячейки подключены к первой дополнительной шине питания «+», второй вывод обмотки третьего реле каждой ячейки подключен ко второй дополнительной шине питания «+», второй вывод обмотки четвертого реле каждой ячейки подключен к третьей дополнительной шине питания «+» (Блок управления приводами антенн (БУПА). Техническое описание 17Ф15.2216-0 ТО, НПО ПМ, г.Железногорск), которое выбрано в качестве прототипа.
Недостатком данного устройства является низкая контролепригодность в части поэлементного контроля при наземных проверках в составе космического аппарата и в процессе эксплуатации, а именно невозможно определять состояние реле (неисправности) в ячейках из-за отсутствия доступа к реле и возможности отключения первой, второй, третьей шин питания, а также контролировать коммутируемый контактами ячеек фактический ток в нагрузке. Отсутствует возможность изменять (снижать) степень резервирования ячеек.
Целью изобретения является устранение указанных недостатков.
Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее однотипные резервированные релейные ячейки, состоящие из четырех реле и четырех разделительных диодов, контакты реле соединены по схеме «2 из 4-х» в контактные группы, первые выводы которых соединены с шиной питания «-», вторые выводы являются выходами устройства, шины питания «+» и «-», первую, вторую, третью коммутируемые (отключаемые) шины питания «+», первые выводы обмоток реле в ячейках через разделительные диоды объединены и являются входом ячеек, введены четвертая коммутируемая шина питания «+», блок переключателей, содержащий первый, второй третий, четвертый дистанционные переключатели (поляризованные реле) для отключения коммутируемых шин питания «+», пять датчиков тока, контроллер, вторые выводы обмоток каждой ячейки подключены к соответствующей первой, второй, третьей, четвертой коммутируемой шине питания «+». Датчики тока установлены на коммутируемые шины питания «+» и шину питания «-», а коммутируемые шины питания «+» через нормально замкнутые контакты соответствующих дистанционных переключателей блока переключателей соединены с общей шиной питания «+». Выходы датчиков тока соединены с информационными входами контроллера, у которого вход «общий» через вторые нормально замкнутые контакты дистанционных переключателей соединены с сигнальными входами контроллера.
На фигуре 1 представлена функциональная схема устройства коммутации.
1
n
1
4
1
4
1
4
Устройство содержит n однотипных резервированных релейных ячеек 1-1, состоящих из реле K-K и диодов V-V, контакты реле K-K соединены по схеме «2 из 4-х» в контактные группы; шину питания «-» 3, шину питания «+» 4, блок переключателей 5; первый 7, второй 8, третий 9, четвертый 10, пятый 6 датчик тока (ДТ); первую 11, вторую 12, третью 13, четвертую 14 коммутируемые шины питания «+»; первый КР1, второй КР2, третий КР3, четвертый КР4 дистанционный переключатель с двумя нормально замкнутыми контактами, контроллер 21.
1
2
3
4
1
n
1
4
1
4
1
4
1
4
1
n
1
n
Катоды первого V, второго V, третьего V, четвертого V диода каждой ячейки объединены и являются входом 2-2 ячеек, первые выводы обмоток реле K-K в ячейках соединены с анодами соответствующих диодов V-V, а вторые выводы обмоток реле K-K каждой ячейки подключены соответственно к первой 11, второй 12, третьей 13, четвертой 14 коммутируемой шине питания «+». Первые выводы контактной группы реле K-K каждой ячейки 1-1 объединены и подключены к шине питания «-» 3 через датчик тока 6, а вторые выводы являются выходами 20-20 устройства для подключения нагрузки.
Первый 7, второй 8, третий 9, четвертый 10 датчики тока установлены соответственно на первую 11, вторую 12, третью 13, четвертую 14 коммутируемые шины питания «+», которые через первый нормально замкнутый контакт соответственно первого КР1.2, второго КР2.2, третьего КР3.2, четвертого КР4.2 дистанционных переключателей блока переключателей 5 соединены с общей шиной питания «+» 4. Выходы датчиков 6-10 тока соединены с информационными входами контроллера 21, сигнальные входы которого соответственно через вторые нормально замкнутые контакты первого КР1.3, второго КР2.3, третьего КР3.3, четвертого КР4.3 дистанционных переключателей блока переключателей 5 соединены с общим сигнальным входом контроллера 21, выход которого является информационным выходом 22 устройства. Первые входы включающих обмоток дистанционных переключателей КР1.1-КР4.1 блока переключателей 5 являются входами 15-18 управления резервированием устройства, а первые входы отключающих обмоток дистанционных переключателей КР1.1-КР4.1 объединены и являются входом 19 отключения управления резервированием устройства, вторые входы включающих и отключающих обмоток дистанционных переключателей КР1.1-КР4.1 соединены с шиной питания «+» 4.
На функциональной схеме устройства коммутации диоды, шунтирующие обмотки реле и дистанционных переключателей условно не показаны.
Устройство работает следующим образом. С помощью дистанционных переключателей КР1-КР4 блока переключателей 5 можно отключать любую коммутируемую шину или сочетание коммутируемых шин от общей шины питания
1
n
«+» 4, тем самым реле, подключенные к этим шинам в каждой ячейке, не будут участвовать в работе, таким образом можно проверять работоспособность ячеек, имитируя отказ любого реле, как при изготовлении, так и при эксплуатации. Датчики тока 7-10 фиксируют ток в первой 11, второй 12, третьей 13, четвертой 14 шинах питания «+», датчик тока 6 фиксирует ток в шине «-» (ток потребления нагрузкой), а контроллер 21 последовательно обрабатывает показания датчиков тока и, анализируя полученную информацию от датчиков тока и от контактов дистанционных переключателей КР1.3-КР4.3 о включенных шинах, выдает информацию о работоспособности реле в ячейках и о токе в нагрузке на внешний интерфейс (например, на телеметрическую станцию). В исходном состоянии, когда нет управляющих сигналов на входах 2-2 ячеек, показания датчиков тока 6-10 будут нулевыми.
1
1
1
1
2
2
При подаче сигнала, например, на вход 2 первой ячейки 1 и при подключенных коммутируемых шинах питания «+» отсутствие показания первого датчика 7 тока будет говорить об обрыве обмотки первого реле K или разделительного диода V, отсутствие показания второго датчика 8 тока будет говорить об обрыве обмотки второго реле К или разделительного диода V и т.д. Аналогичные действия будут происходить при подаче входного сигнала на вход любой ячейки.
1
n
Пятый датчик тока 6, установленный на тину питания «-» 3, фиксирует ток, коммутируемый контактами любой ячейки или суммарный ток нагрузок включенных ячеек. Таким образом, процессор 21 может отслеживать факт замыкания контактов релейных ячеек 1-1, а также контролировать наличие нагрузки (отсутствие) или величину тока в нагрузке.
1.1
1.2
1.3
Поэлементный контроль резервированных ячеек осуществляется следующим образом. На первый 15 управляющий вход устройства подается импульсный сигнал, срабатывает дистанционный переключатель КР, который своим контактом КР отключает первую 11 коммутируемую шину «+» и контактом КР размыкает контакт на входе контроллера 21, что является информацией для контроллера об отключении первой коммутируемой шины «+», эту информацию контроллер 21 передает на информационный выход 22 устройства.
2
4
1.1
Последовательно, начиная с первой 1 ячейки, на вход ячеек подается импульсный сигнал, в случае исправности обмоток реле и диодов второй 8, третий 9, четвертый 10 датчики тока измеряют ток, протекающий в соответствующей коммутируемой шине, определяемый сопротивлением обмотки, первый 7 датчик тока фиксирует отсутствие тока, пятый 6 датчик при срабатывании реле K-K измеряет ток, определяемый нагрузкой на выходе 201 устройства (или имитатором нагрузки, при автономных проверках при изготовлении). Контроллер 21 последовательно обрабатывает показания датчиков 6-10 тока, затем выдает информацию через информационный выход 22 устройства на телеметрическую станцию (или на контрольно-испытательную аппаратуру при автономных проверках при изготовлении, которая сравнивает требуемые и фактические показания). Затем устанавливают в исходное состояние первый дистанционный переключатель КР путем подачи импульсного сигнала на вход 19 устройства (отключающие обмотки дистанционных переключателей). Аналогично проверяют ячейки при отключенной второй 12, третьей 13, четвертой 14 коммутируемых шинах питания «+».
1
n
При эксплуатации устройства с помощью блока переключателей 5 можно, отключив первую 11 и вторую 12 коммутируемую шину или третью 13 и четвертую 14 коммутируемую шину, изменить (снизить) степень резервирования релейных 1-1 ячеек, что позволяет увеличить ресурс устройства по числу срабатывания релейных ячеек.
При подаче сигнала на вход любой ячейки и при подключенных коммутируемых шинах 11-14 питания «+» наличие показаний датчиков 7-10 тока в течение времени большем или меньшем, чем проектная длительность входного сигнала контроллер 21 выдаст информацию о неисправности источника входного сигнала.
В лабораторном образце в качестве датчиков тока использован интегральный датчик тока CSA-1V на эффекте Холла с аналоговым выходом, устанавливаемый на печатные проводники шин питания, контроллер выполнен на ИМС 1886 ВЕ1 со встроенным АЦП, дистанционные переключатели для коммутации шин питания выполнены на РПС45-1. Реле в ячейках могут быть любыми, а развязывающие диоды должны выбираться исходя из тока протекающего через обмотку (например, 2Д104А).
Дистанционные переключатели для коммутации шин питания «+» для повышения надежности устройства могут быть резервированы (на схеме условно не показаны) и выбираются из условия максимального тока протекающего через обмотку реле в ячейках и от количества одновременно включаемых ячеек.
Резервированные релейные ячейки могут быть выполнены и по другой схеме резервирования, например по мажоритарной схеме (контакты которых соединены по схеме «2 из 3-х»), в этом случае необходимо исключить четвертую коммутируемую шину, датчик тока установленный на ней и дистанционный переключатель, отключающий четвертую коммутируемую шину.
В ячейках устройства коммутации вместо реле могут быть использованы транзисторные оптроны, например 249КП5Р, причем светодиод оптрона с последовательно включенным токозадающим резистором включается вместо обмотки реле в соответствующей полярности, а транзисторы вместо контактов реле. При этом алгоритм проверки останется прежним.
Данное решение справедливо и для резервированных ячеек выполненных на дистанционных переключателях.