УСТРОЙСТВО ДЛЯ МНОГОКАНАЛЬНОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ
DEVICE FOR MULTICHANNEL SIGNALLING

Изобретение относится к технике автоматической сигнализации и может быть использовано в различных системах охранной сигнализации для контроля за состоянием охраняемых объектов.
Известно устройство для многоканальной сигнализации (см. А.С. СССР №1222095 от 15.09.84 г., МКИ G08B 23/00, «Устройство для многоточечной сигнализации», авторы А.В.Исаев, А.Н.Дмитриев, Ю.Б.Боровков, опубл. 30.10.94 г., БИ №20), содержащее кнопку сброса, ячейки сигнализации, два элемента ИЛИ, три формирователя импульсов, инвертор и триггер. Каждая ячейка сигнализации содержит элемент ИЛИ, элемент памяти и исполнительный элемент, причем один вход элемента ИЛИ подключен к датчику, другой вход - к ключу проверки, выход - к одному входу элемента памяти, выход которого подключен к исполнительному элементу. Входы первого элемента ИЛИ устройства подключены к датчикам всех ячеек сигнализации, выход через первый формирователь импульсов подключен к первому входу триггера, выход которого через второй формирователь импульсов подключен к первому входу второго элемента ИЛИ, второй вход которого через нормально разомкнутые контакты кнопки сброса состояния с общей шиной питания. Выход второго элемента ИЛИ соединен с обнуляющими входами элементов памяти всех ячеек сигнализации. Выход второго формирователя импульсов через последовательно включенные инвертор и третий формирователь импульсов подключен к второму входу триггера.
Из описания устройства следует, что часть устройства, содержащая элементы, не входящие в состав ячеек сигнализации (два элемента ИЛИ, триггер, три формирователя импульсов и инвертор), является по сути блоком управления устройства, а ключ проверки, входящий в состав каждой из ячеек сигнализации - кнопкой с замыкающим контактом.
Недостатками данного устройства являются:
а) низкая достоверность как положительного, так и отрицательного результата проверки работоспособности (результата самоконтроля) ячеек сигнализации, так как при указанной проверке в каждой ячейке проверяется не работоспособность ячейки при поступлении сигнала от датчика, размещенного на контролируемом объекте, на соответствующий («рабочий») вход элемента ИЛИ ячейки, а от ключа проверки на другой вход элемента ИЛИ ячейки сигнализации, поэтому отказы датчика, его линии связи и соответствующего входа элемента ИЛИ ячейки остаются необнаруженными;
б) отсутствие возможности оперативной проверки работоспособности устройства в целом, которое обусловлено тем, что каждая ячейка проверяется отдельно, что при большом количестве контролируемых объектов занимает достаточно продолжительное время;
в) отсутствие возможности снятия с контроля (охраны) отдельного объекта (или нескольких объектов), не снимая с контроля остальных объектов, обусловленное отсутствием в составе устройства соответствующего устройства коммутации;
г) отсутствие возможности сигнализации о факте пропадания питания устройства, то есть о факте снятия объектов с контроля (из-за отказа источника питания, при случайном отключении питания обслуживающим персоналом или несанкционированном отключении питания посторонним лицом), обусловленное отсутствием контроля за напряжением питания устройства;
д) отсутствие отдельного, общего для всех ячеек сигнализации мощного сигнализатора, из-за чего могут остаться не замеченными своевременно факты срабатывания датчиков, поскольку в ячейках сигнализации целесообразно и практически возможно применение только маломощных элементов для световой сигнализации (ламп накаливания, газоразрядных ламп, светодиодов, индикаторов и т.д.), и факт загорания какого-то из них может остаться не замеченным вовремя;
е) отсутствие возможности контроля за состоянием охраняемых объектов в случае пропадании напряжения питания (при различных неисправностях источника питания, случайном отключении питания обслуживающим персоналом, несанкционированном отключении питания злоумышленником и т.д.), поскольку ячейки сигнализации устройства при этом обесточиваются;
ж) возможность потери при пропадании напряжения питания информации об уже зафиксированных ячейками сигнализации фактах несанкционированных действий с охраняемыми объектами, поскольку при пропадании напряжения питания элементы памяти ячеек сигнализации могут возвратиться в исходные состояния (например, если они выполнены в виде RS-триггера, D-триггера);
з) отсутствие возможности оперативной замены отказавшей ячейки сигнализации, из-за чего объект, контролируемый датчиком отказавшей ячейки сигнализации, остается без охраны фактически до замены или ремонта устройства в целом или же до принятия каких-то организационных мер по обеспечению охраны соответствующего объекта.
Указанные недостатки устройства, то есть ограниченность его функциональных возможностей, существенно сужают область его применения.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемому изобретению является устройство для многоканальной сигнализации (см. патент РФ №2297672 от 10.10.2005 г.. МПК G08B 23/00, «Устройство для многоканальной сигнализации», авторы Вовк Н.Н., Зубаеров Р.Ф., Колыванов А.Н., Крамков Г.И., Островский О.А., Фомченко В.Н., Ярулин Р.Ф., опубл. 20.04.2007 г., Бюл. №11), содержащее ячейки сигнализации, блок управления, формирователь сигналов самоконтроля, блок контроля напряжения питания, сигнализатор устройства, две кнопки с замыкающими контактами и две шины питания. Первая шина питания соединена с первым выводом второй кнопки. Каждая из ячеек сигнализации содержит контактный датчик с размыкающим контактом, элемент памяти, первый и второй сигнализаторы, дистанционный переключатель и три диода. Элемент памяти каждой из ячеек сигнализации содержит электромагнитное реле, два резистора и диод, анод которого соединен с первым выводом первого резистора и является первым входом элемента памяти, катод диода соединен с первым выводом второго резистора и первым выводом обмотки реле, второй вывод обмотки которого является вторым входом элемента памяти, а вторые выводы резисторов, соединенные через замыкающий контакт реле, являются соответственно входом питания и выходом элемента памяти. В каждой из ячеек сигнализации первый вывод датчика соединен с первым сигнальным входом ячейки сигнализации, второй вывод - с катодом первого диода, анод которого соединен с первым входом ячейки памяти, второй вход которого соединен со вторым сигнальным входом ячейки сигнализации, выход - с входом первого сигнализатора ячейки сигнализации и анодом третьего диода, катод которого соединен с выходом ячейки сигнализации. Первый вывод первой обмотки дистанционного переключателя соединен с первым входом управления ячейки сигнализации, второй вывод - с анодом второго диода, катод которого соединен с вторым входом управления ячейки сигнализации. Первый вывод второй обмотки дистанционного переключателя соединен с входом питания ячейки сигнализации и через замкнутые переключающий и размыкающий контакты группы контактов дистанционного переключателя соединен с входом питания элемента памяти, замыкающий контакт группы контактов дистанционного переключателя соединен с входом второго сигнализатора ячейки сигнализации. Второй вывод второй обмотки дистанционного переключателя соединен со входом сброса ячейки сигнализации. Первые сигнальные входы ячеек сигнализации устройства объединены и подключены к первому выходу формирователя сигналов самоконтроля, вторые сигнальные входы ячеек сигнализации также объединены и соединены с первым входом формирователя сигналов самоконтроля, с первым входом питания блока контроля напряжения питания, с первой шиной питания устройства и с первым выводом второй кнопки. Второй вход питания блока контроля напряжения питания соединен со второй шиной питания устройства, выход - со вторым входом сигнализатора устройства. Входы питания ячеек сигнализации объединены и подключены ко второму выходу формирователя сигналов самоконтроля, второй вход которого непосредственно, а вход управления через замыкающий контакт первой кнопки подключены ко второй шине питания устройства. Входы сброса ячеек сигнализации объединены и соединены со вторым выводом второй кнопки, а выходы также объединены и соединены с первым входом сигнализатора устройства. Первые входы управления ячеек сигнализации объединены и подключены к выходу блока управления, выходы группы выходов которого подключены к вторым входам управления соответствующих ячеек сигнализации.
Данное устройство выбрано в качестве прототипа.
Недостатками данного устройства являются:
а) отсутствие возможности контроля за состоянием охраняемых объектов в случае пропадании внешнего напряжения питания (при различных неисправностях источника питания, случайном отключении питания обслуживающим персоналом, несанкционированном отключении питания злоумышленником и т.д.), поскольку ячейки сигнализации устройства при этом обесточиваются;
б) потеря информации при пропадании внешнего напряжения питания об уже зафиксированных ячейками сигнализации фактах несанкционированных действий с охраняемыми объектами, поскольку при пропадании внешнего напряжения питания элементы памяти ячеек сигнализатора возвращаются в исходные состояния и их первые сигнализаторы обесточиваются;
в) отсутствие возможности оперативной замены отказавшей ячейки сигнализации, из-за чего объект, контролируемый датчиком отказавшей ячейки сигнализации, остается без охраны фактически до замены или ремонта устройства в целом или же до принятия каких-то организационных мер по обеспечению охраны соответствующего объекта;
г) отсутствие возможности периодической оперативной (автоматической) проверки состояния аккумуляторной батареи, автоматического восстановления (при необходимости) и поддержания рабочего ее состояния; отсутствие указанной возможности может привести к тому, что при очередном пропадании внешнего напряжения питания устройство просто не сформирует (из-за разряда аккумуляторной батареи в результате частых пропаданий указанного напряжения или из-за саморазряда аккумуляторной батареи, в особенности при работе устройства при высокой температуре окружающей среды) звуковой сигнал тревоги, оповещающий обслуживающий персонал.
Указанные недостатки устройства, то есть ограниченность его функциональных возможностей, существенно сужают область его применения.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание устройства для многоканальной сигнализации с расширенными функциональными возможностями и, следовательно, с расширенной областью применения.
Достигаемым техническим результатом является возможность контроля за состояниями датчиков контролируемых объектов в течение заданного времени после пропадания внешнего напряжения питания, возможность сохранения (в случае пропадания внешнего напряжения питания) информации об имевших место до пропадания указанного напряжения фактах несанкционированных действий с охраняемыми объектами, возможность периодической оперативной (автоматической) проверки состояния аккумуляторной батареи, автоматического восстановления (при необходимости) и поддержания рабочего ее состояния, возможность оперативной замены любой (одной) из ячеек сигнализации в случае ее отказа на резервную ячейку сигнализации до замены или ремонта устройства.
Для достижения технического результата в устройстве для многоканальной сигнализации, содержащем ячейки сигнализации, первые сигнальные входы которых соединены с первыми выводами соответствующих контактных датчиков, вторые выводы которых объединены между собой и соединены с первым выходом формирователя сигналов самоконтроля, первый вход которого соединен со вторыми сигнальными входами ячеек сигнализации, первую и вторую кнопки с замыкающими контактами, аккумуляторную батарею, первую и вторую шины питания, первая из которых соединена с первым выводом второй кнопки, с первым входом блока контроля напряжения питания и с первым входом формирователя сигналов самоконтроля, вход управления которого через замыкающий контакт первой кнопки соединен с его вторым входом, второй выход - с входами питания ячеек сигнализации, выходы которых соединены с первым входом сигнализатора устройства, выход блока управления соединен с первыми входами управления ячеек сигнализации, вторые входы управления которых соединены с соответствующими выходами группы выходов блока управления, второй вывод второй кнопки соединен с входами сброса ячеек сигнализации, новым является то, что введены резервная ячейка сигнализации, идентичная другим ячейкам, коммутатор, преобразователь напряжения, автоматическое зарядное устройство, первый и второй диоды, катоды которых объединены и соединены со вторым входом формирователя сигналов самоконтроля, анод первого диода соединен со второй шиной питания устройства и с первым входом питания автоматического зарядного устройства, второй вход питания которого соединен с первой шиной питания устройства, анод второго диода соединен с первым выходом преобразователя напряжения, со вторым входом сигнализатора устройства и с третьим входом питания автоматического зарядного устройства, первый и второй выходы которого соединены с одноименными входами преобразователя напряжения, второй выход которого соединен с первой шиной питания устройства, третий и четвертый выходы автоматического зарядного устройства соединены с соответствующими выводами аккумуляторной батареи, первый и второй выходы блока контроля напряжения соединены соответственно с первым и вторым входами управления автоматического зарядного устройства, первые сигнальные входы ячеек сигнализации соединены с соответствующими входами коммутатора, выход которого подключен к первому сигнальному входу резервной ячейки сигнализации, второй сигнальный вход которой соединен с первой шиной питания устройства, выход, вход питания, первый вход управления и вход сброса резервной ячейки сигнализации соединены с одноименными входами и выходами других ячеек сигнализации, а второй вход управления резервной ячейки сигнализации соединен с дополнительным входом группы входов блока управления.
Указанная совокупность признаков позволяет расширить функциональные возможности и, следовательно, область применения устройства за счет обеспечения:
а) возможности контроля за состояниями датчиков контролируемых объектов в течение заданного времени после пропадания внешнего напряжения питания;
б) возможности сохранения в случае пропадания внешнего напряжения питания информации (в виде включенных световых сигнализаторов соответствующих ячеек сигнализации и общего сигнализатора устройства) об имевших место до пропадания указанного напряжения фактах несанкционированных действий с охраняемыми объектами;
в) возможности периодической оперативной (автоматической) проверки состояния аккумуляторной батареи, автоматического восстановления (при необходимости) и поддержания рабочего ее состояния;
г) возможности оперативной замены любой (одной) из ячеек сигнализации в случае ее отказа на резервную ячейку сигнализации до замены или ремонта устройства.
На фиг.1 приведена структурная схема устройства для многоканальной сигнализации, на фиг.2, 3, 4 - возможные варианты электрических схем формирователя сигналов самоконтроля, блока управления и блока контроля напряжения питания соответственно.
1
n
1
n+1
n+1
1
n
1
n
n+1
1
n
1
n
1
n+1
1
n+1
1
n+1
1
n+1
1
n+1
Устройство для многоканальной сигнализации содержит (см. фиг.1) контактные датчики 1…1, где n - количество контролируемых объектов, ячейки 2…2 сигнализации, где (2)-я ячейка сигнализации - резервная ячейка сигнализации, коммутатор 3, формирователь 4 сигналов самоконтроля, первую 5 и вторую 6 кнопки, сигнализатор 7 устройства, блок 8 управления, блок 9 контроля напряжения питания, автоматическое зарядное устройство 10, преобразователь 11 напряжения, аккумуляторную батарею 12, первый 13 и второй 14 диоды, первую 15 и вторую 16 шины питания. Первый вывод каждого из датчиков 1…1 соединен с первым сигнальным входом соответствующей из ячеек 2…2 сигнализации и с соответствующими входами коммутатора 3, выход которого соединен с первым сигнальным входом ячейки 2 сигнализации. Вторые выводы датчиков 1…1 объединены (непосредственно у ячеек 2…2 сигнализации) и подключены к первому выходу формирователя 4 сигналов самоконтроля, вторые сигнальные входы ячеек 2…2 сигнализации объединены и соединены с первым входом формирователя 4 сигналов самоконтроля, с первым входом питания блока 9 контроля напряжения питания, с шиной 15 питания устройства и с первым выводом кнопки 6. Второй вход питания блока 9 контроля напряжения питания соединен с шиной 16 питания устройства. Входы питания ячеек 2…2 сигнализации объединены и подключены к второму выходу формирователя 4 сигналов самоконтроля, второй вход которого непосредственно, а вход управления через замыкающий контакт кнопки 5 подключены к катодам диодов 13 и 14. Анод диода 13 соединен с шиной 16 питания и первым входом питания автоматического зарядного устройства 10, а анод диода 14 соединен с первым выходом преобразователя 11 напряжения, вторым входом сигнализатора 7 устройства и с третьим входом питания автоматического зарядного устройства 10, первый и второй выходы которого подключены к одноименным входам преобразователя 11 напряжения. Третий и четвертый выходы автоматического зарядного устройства 10 подключены к соответствующим выводам аккумуляторной батареи 12, а первый и второй входы управления - соответственно к первому и второму выходам блока 9 контроля напряжения питания. Второй вход питания автоматического зарядного устройства 10 соединен с шиной 15 питания. Входы сброса ячеек 2…2 сигнализации объединены и соединены с вторым выводом кнопки 6, выходы также объединены и соединены с первым входом сигнализатора 7. Первые входы управления ячеек 2…2 сигнализации объединены и подключены к выходу блока 8 управления, выходы группы выходов которого подключены к вторым входам управления соответствующих ячеек 2…2 сигнализации.
1
n
1
n+1
Датчики 1…1 реализованы на размыкающих контактах кнопочных переключателей и конструктивно размещены на контролируемых объектах и соединяются с остальной частью устройства с помощью двухпроводных линий связи. Необходимо отметить, что при необходимости и допустимости контроля с помощью n ячеек сигнализации и n двухпроводных линий связи более n объектов вместо любого из датчиков могут быть использованы несколько последовательно соединенных датчиков, контролирующих соответствующие объекты. В этом случае факты срабатывания этих датчиков будут фиксироваться соответствующей из ячеек 2…2 сигнализации по логической схеме ИЛИ.
1
n+1
Каждая из ячеек 2…2 сигнализации содержит элемент 17 памяти, первый 18 и второй 19 сигнализаторы, дистанционный переключатель 20, первый 21, второй 22 и третий 23 диоды. При этом катод диода 21 соединен с первым сигнальным входом ячейки сигнализации, анод - с первым выходом элемента 17 памяти, второй выход которого соединен со вторым сигнальным входом ячейки сигнализации. Первый вывод первой обмотки дистанционного переключателя 20 соединен с первым входом управления ячейки сигнализации, второй вывод - с анодом диода 22, катод которого соединен с вторым входом управления ячейки сигнализации, второй вывод второй обмотки дистанционного переключателя 20 соединен с входом сброса ячейки сигнализации, а первый вывод непосредственно соединен с входом питания ячейки сигнализации и через замкнутые переключающий и размыкающий контакты группы 20.1 контактов дистанционного переключателя 20 соединен с входом питания элемента 17 памяти, а размыкающий контакт 20.1 дистанционного переключателя 20 соединен с входом сигнализатора 19. Анод диода 23 соединен с выходом элемента 17 памяти и с входом сигнализатора 18, катод - с выходом ячейки сигнализации. Сигнализаторы 18 и 19 реализованы на светодиодах типа ЗЛ341 с токоограничивающими резисторами, дистанционный переключатель 20 - на поляризованном реле РПС 45.
1
n+1
Элемент 17 памяти каждой из ячеек 2…2 сигнализации содержит электромагнитное реле 24, диод 25, первый 26 и второй 27 резисторы. Анод диода 25 соединен с первым выводом резистора 26 и является первым входом элемента 17 памяти, катод диода 25 соединен с первым выводом резистора 27 и первым выводом обмотки реле 24, второй вывод обмотки которого является вторым входом элемента 17 памяти, а вторые выводы резисторов 26 и 27, соединенные через замыкающий контакт 24.1 реле 24, являются соответственно входом питания и выходом элемента 17 памяти. Реле 24 реализовано на герконовом реле РЭС 64А.
1
n
n+1
1
n
n+1
Коммутатор 3 предназначен для временной замены отказавшей ячейки (одной из ячеек 2…2) на резервную ячейку 2 сигнализации. Выполнен на галетном переключателе на (n+1) положений и тумблере с размыкающим контактом. При этом входами коммутатора 3 являются первые n неподвижных контактов галетного переключателя, а выходом - подвижный контакт этого переключателя, соединенный через замкнутые контакты тумблера с общей шиной питания устройства (с шиной 15 питания). В исходном положении подвижный контакт галетного переключателя соединен с (n+1)-вым (свободным) неподвижным контактом, то есть входы галетного переключателя отключены от первых сигнальных входов ячеек 2…2 сигнализации. Замкнутый контакт тумблера размыкается после установки галетного переключателя в положение, соответствующее номеру заменяемой ячейки, что позволяет исключить возможность ложного срабатывания резервной ячейки 2 сигнализации в моменты переключений галетного переключателя коммутатора 3.
Формирователь 4 сигналов самоконтроля предназначен для оперативной проверки работоспособности всего устройства по одной команде, подаваемой путем нажатия и отпускания кнопки 5, выполнен по схеме фиг.2 и содержит электромагнитное реле 28, конденсатор 29, резистор 30 и транзисторный ключ, выполненный на транзисторе 31 n-p-n типа и резисторах 32, 33 с нагрузкой в виде электромагнитного реле 34, обмотка которого зашунтирована обратно включенным диодом 35. При этом начало обмотки реле 28 является входом управления данного формирователя 4, конец обмотки соединен с первыми выводами конденсатора 29, резистора 33, с эмиттером транзистора 31, с общей шиной питания, с первым входом данного формирователя 4 и через замкнутые размыкающий и переключающий контакты первой контактной группы 28.1 реле 28 - с первым выходом данного формирователя 4. Второй вывод конденсатора 29 через замкнутые переключающий и размыкающий контакты реле 28 и резистор 32 соединен с вторым выводом резистора 33 и базой транзистора 31, коллектор которого через обмотку реле 34 соединен непосредственно с первым выводом резистора 30, с вторым входом данного формирователя 4, а через размыкающий контакт 34.1 реле 34 - со вторым выходом данного формирователя 4. Второй вывод резистора 30 соединен с замыкающим контактом второй контактной группы 28.2 реле 28.
Сигнализатор 7 устройства реализован на электромагнитной сирене типа БСКУ 03.08.040, может быть реализован на других типах как электромагнитных, так и на пьезоэлектрических, пьезокерамических звукоизлучателях, работающих от напряжения постоянного тока.
1
n+1
1
n+1
1
n+1
Блок 8 управления предназначен для снятия с контроля, при необходимости, любого из объектов с сохранением контроля остальных объектов. Выполнен по схеме фиг.3 и содержит галетный переключатель 36, кнопку 37, электромагнитные реле 38…38 по количеству ячеек сигнализации, формирователь 39 одиночных сигналов и транзисторный ключ на транзисторе 40 n-p-n типа и резисторах 41, 42, с нагрузкой в виде электромагнитного реле 43, обмотка которого зашунтирована обратно включенным диодом 44. Формирователь 39 одиночных сигналов содержит кнопочный переключатель 45 с двумя группами контактов, конденсатор 46 и резистор 47. При этом подвижный контакт галетного переключателя 36 через кнопку 37 с замыкающим контактом соединен с общей шиной питания (шиной 15 питания устройства), неподвижные контакты непосредственно соединены с началами обмоток соответствующих реле 38…38 и с соответствующими выходами блока 8 управления, а через замыкающие контакты 38.1…38.1 этих реле - с общей шиной питания. Концы обмоток указанных реле соединены непосредственно с первым выводом резистора 47 и замыкающим контактом первой группы контактов кнопочного переключателя 45 формирователя 39, а через размыкающий контакт 43.1 реле 43 - с шиной питания. Переключающий контакт первой группы контактов кнопочного переключателя 45 формирователя 39 соединен с выходом блока 8 управления. Размыкающий контакт второй группы контактов кнопочного переключателя 45 через резистор 41 соединен с базой транзистора 40, замыкающий контакт - с вторым выводом резистора 47, а переключающий контакт через конденсатор 46 - с общей шиной. База транзистора 40 через резистор 42 подключена к общей шине питания, эмиттер подключен к общей шине питания, а коллектор - к концу обмотки реле 43, начало обмотки которого соединено с шиной питания.
На фиг.3 показан простейший вариант реализации формирователя 39 на кнопке 45 с двумя группами контактов. При контроле с помощью предлагаемого устройства важных объектов формирователь 39 может быть реализован в виде электронного кодового замка, собранного по одной их известных схем (см., например, патент РФ №2235178 от 20.01.2003 г., МПК Е05В 49/00, «Устройство управления электронного замка», авторы Р.Ф.Зубаеров, Г.И.Шишкин, опубл. 27.08.2004 г., БИ №24. При использовании данного устройства в качестве формирователя 39 одиночных сигналов выходной сигнал последнего, управляющий упомянутым транзисторным ключом, может быть снят с второго выхода блока управления устройства по указанному патенту).
Блок 9 контроля напряжения питания предназначен для постоянного контроля за внешним напряжением питания (на шинах 15, 16), для включения сигнализатора 7 и подключения напряжения 11 к аккумуляторной батарее 12 (через автоматическое зарядное устройство 10) в случае пропадания этого напряжения. Данный блок 9 выполнен по схеме фиг.4 и содержит транзисторную оптопару 48, резисторы 49, 50 и диод 51. Первый вывод резистора 49 соединен со вторым входом блока 9, а второй вывод - с катодом диода 51 и первым выводом оптопары 48 (анодом светодиода). Анод диода 51 соединен с первым входом блока 9 и вторым выводом оптопары 48 (катодом светодиода). Третий вывод оптопары 48 (коллектор фототранзистора) является первым выходом блока 9, четвертый вывод оптопары 48 (база фототранзистора) - соединен через резистор 50 с пятым выводом (эмиттером фототранзистора), который является вторым выходом блока 9 контроля напряжения питания. В качестве оптопары 48 использована транзисторная оптопара типа 3ОТ122А с составным фототранзистором.
Автоматическое зарядное 10 устройство реализовано на серийно выпускаемом по техническим условиям ЛРЕИ.436234.019 ТУ автоматическом зарядном устройстве АЗУ-1М (разработчик и изготовитель - ООО «Источник» ОАО «Тайфун», г.Калуга).
пит.ном.
Преобразователь 11 напряжения реализован на модуле питания типа МПШН2527 ВО ЖБКП.436434.009ТУ (изготовитель - ОАО «НПП «ЭлТом», п.Томилино, Московской обл.), может быть реализован на других типах модулей питания, например на модулях питания типа МДМ30-1А27МУ БКЮС.430609.001. ТУ (изготовитель ООО «АЛЕКСАНДЕР ЭЛЕКТРИК. ИСТОЧНИКИ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ», г.Москва). Тип модуля питания выбирается исходя из напряжения аккумуляторной батареи и напряжения питания элементов функциональных блоков устройства (в данном случае U=27 В).
Аккумуляторная батарея 12 должна допускать работу в режиме постоянного подзаряда. Конкретный тип аккумуляторной батареи 12 определяется требуемым временем работы устройства от аккумуляторной батареи при пропадании внешнего напряжения питания, напряжением питания устройства и типом использованного преобразователя 11 напряжения.
Устройство для многоканальной сигнализации (см. фиг.1) работает следующим образом.
1
n
1
n+1
1
n+1
1
n
1
n
1
n
В исходном состоянии контакты всех элементов коммутации устройства (датчиков 1…1, электромагнитных и поляризованных реле, кнопок, кнопочных и галетных переключателей) находятся в состояниях (положениях), показанных на фиг.1… 4, при этом на шинах 15 и 16 питания присутствует напряжение питания (при этом шина 16 имеет более высокий потенциал относительно общей шины 15), на входах питания всех ячеек 2…2 сигнализации присутствует напряжение питания, на первых и вторых сигнальных входах - нулевой потенциал шины 15 питания, а на первых и вторых входах управления и на выходах сигналов нет (обрыв цепей). На входах сигнализаторов 18 и 19 ячеек 2…2 сигнализации и сигнализатора 7 устройства сигналов тоже нет (все они выключены). При этом от шины питания 16 к шине питания 15 через замкнутый размыкающий контакт 40.1 электромагнитного реле 40 формирователя 4 сигналов самоконтроля, замкнутые размыкающий и переключающий контакты группы 20.1 дистанционного переключателя 20, резистор 26 элемента 17 памяти, диод 21, замкнутые контакты датчиков 1…1 и замкнутый размыкающий контакт 34.1 электромагнитного реле 34 формирователя 4 сигналов самоконтроля протекает ток, определяемый напряжением питания устройства и сопротивлением резистора 26. При этом последовательно включенные диод 25 и обмотка электромагнитного реле 24 элемента 17 памяти находятся под напряжением, равным прямому падению напряжения на диоде 21, а на обмотке электромагнитного реле 24 напряжение практически равно нулю (благодаря диоду 25, включенному последовательно с его обмоткой), и электромагнитное реле 24 поддерживается в исходном состоянии. В указанном исходном состоянии устройство остается до срабатывания любого (одного или нескольких) из датчиков 1…1 какой-либо из ячеек 2…2 сигнализации.
1
1
Рассмотрим работу устройства на примере работы ячейки 2 сигнализации при срабатывании датчика 1.
1
1
1
1
1
1
1
1
При срабатывании датчика 1 (размыкании его контакта) ток по указанной при описании исходного состояния цепи прекращается и начинает протекать ток от шины 16 питания к шине 15 питания через замкнутый размыкающий контакт 40.1 электромагнитного реле 40 формирователя 4 сигналов самоконтроля (см. фиг.2), замкнутые размыкающий и переключающий контакты группы 20.1 дистанционного переключателя 20, резистор 26, диод 25, обмотку электромагнитного реле 24 элемента 17 памяти ячейки 2 сигнализации (см. фиг.1) и замкнутый размыкающий контакт 34.1 электромагнитного реле 34 формирователя 4 сигналов самоконтроля. При этом к обмотке электромагнитного реле 24 элемента 17 памяти прикладывается напряжение, достаточное для его включения. В результате замыкается замыкающий контакт 24.1 электромагнитного реле 24, а само электромагнитное реле 24 становится на самоблокировку током, протекающим через резистор 27 и его обмотку. При этом на выходе элемента 17 памяти появляется сигнал о срабатывании контролируемого датчика 1 в виде напряжения постоянного тока. Сигнал на выходе элемента 17 памяти устройства в дальнейшем сохраняется, даже если после этого исходное состояние контакта датчика 1 само восстанавливается или будет восстановлено обслуживающим персоналом после устранения причины срабатывания датчика 1. Указанный сигнал с выхода элемента 17 памяти ячейки 2 сигнализации поступает непосредственно на сигнализатор 18 (световой) ячейки 2 сигнализации, индицируя место срабатывания датчика 1 контролируемого объекта, и через диод 23 поступает на первый вход сигнализатора 7 устройства, который формирует мощный сигнал (например, звуковой), привлекающий внимание обслуживающего персонала.
1
n
1
1
1
1
1
1
n+1
1
n+1
Отключение указанного сигнала производится, при необходимости, следующим образом. Галетный переключатель 36 блока 8 управления (см. фиг.3) устанавливается в положение, соответствующее номеру ячейки сигнализации, датчик 1…1 которой сработал (в данном случае в верхнее положение) и нажимается кнопка 37, при этом срабатывает реле 38, которое своими контактами 38.1 ставится на самоблокировку, и второй вывод первой обмотки дистанционного переключателя 20 ячейки 2 сигнализации через диод 22 подключается к шине 15 питания. Затем с выхода формирователя 39 одиночных сигналов на первый вывод первой обмотки дистанционного переключателя 20 ячейки 2 сигнализации поступает импульсный сигнал (в данном случае при нажатии кнопочного переключателя 45 и замыкании замыкающего контакта его левой по схеме контактной группы) с амплитудой, равной напряжению питания устройства. Дистанционный переключатель 20 срабатывает, вызывая размыкание размыкающего и переключающего контактов группы 20.1 и замыкание замыкающего и переключающего контактов этой же группы 20.1. При этом снимается напряжение питания с элемента 17 памяти, электромагнитное реле 24 обесточивается и его контакты 24.1 размыкаются. Одновременно пропадает выходной сигнал элемента 17 памяти и, следовательно, обесточиваются сигнализатор 18 и сигнализатор 7 устройства. Напряжение питания ячейки 2 сигнализации через переключающий и замыкающий контакты группы 20.1 дистанционного переключателя 20 подается на вход сигнализатора 19, вызывая его срабатывание (свечение), что сигнализирует о факте отключения сигнала тревожной сигнализации сработавшего датчика. При нажатии кнопочного переключателя 45 одновременно размыкаются размыкающий и переключающий контакты и замыкаются замыкающий и переключающий контакты его правой на схеме фиг.3 контактной группы. Поэтому в нажатом состоянии кнопочного переключателя 45 заряжается через резистор 47 конденсатор 46 до напряжения питания устройства. После отпускания кнопочного переключателя 45 обе его контактные группы возвращаются в исходные состояния, при этом заряженный конденсатор 46 через резистор 41 подключается к базе транзистора 40, который открывается. В результате включается электромагнитное реле 43, его размыкающий контакт 43.1 размыкается, что приводит к снятию напряжения питания с электромагнитных реле 38…38 и, следовательно, к снятию их с самоблокировки. После разряда конденсатора 46 транзистор 40 закрывается, при этом выключается электромагнитное реле 43, его контакт 43.1 возвращается в исходное состояние (замыкается), что приводит к восстановлению питания электромагнитных реле 38…38.
1
1
1
Снятие с контроля объекта, датчик 1 которого контролируется ячейкой 2 сигнализации, производится аналогично отключению сигнала тревожной сигнализации после срабатывания контролируемого датчика 1.
1
1
1
1
После восстановления замкнутого состояния контакта сработавшего датчика 1 ячейка 2 сигнализации может быть переведена в режим контроля состояния соответствующего датчика 1 посредством нажатия кнопки 6. При этом на первом выводе второй обмотки дистанционного переключателя 20 присутствует напряжение питания, а второй вывод второй обмотки дистанционного переключателя 20 через кнопку 6 оказывается подключенным к шине 15 питания. Дистанционный переключатель 20 срабатывает (возвращается в исходное состояние), вызывая размыкание замыкающего и переключающего контактов, а также замыкание размыкающего и переключающего контактов группы 20.1. Сигнализатор 19 обесточивается, а ячейка 2 сигнализации и устройство в целом возвращаются в исходное состояние.
1
n
1
n
1
1
1
n
1
n
1
n
1
n
1
n
Оперативная проверка работоспособности устройства осуществляется следующим образом. Нажимается кнопка 5, при этом обмотка электромагнитного реле 28 формирователя 4 сигналов самоконтроля оказывается подключенной к шинам 15 и 16 питания. Электромагнитное реле 28 срабатывает, а его размыкающий и переключающий контакты группы 28.1 размыкаются, имитируя срабатывание (размыкание контактов) датчиков 1…1 всех ячеек 2…2 сигнализации, при этом устройство работает, как и в рассмотренном случае срабатывания датчика 1 ячейки 2 сигнализации. На входы сигнализаторов 18 ячеек 2…2 сигнализации поступают выходные сигналы с элементов 17 памяти, вызывая их срабатывание (свечение). Одновременно выходные сигналы с элементов 17 памяти через диоды 23 поступают на первый вход сигнализатора 7 устройства, который выдает сигнал тревожной сигнализации. Обслуживающий персонал, проверяя срабатывание всех сигнализаторов 18 ячеек 2…2 сигнализации и сигнализатора 7 устройства, делает вывод о работоспособности устройства. При нажатии кнопки 5 одновременно с размыканием контактов группы 28.1 электромагнитного реле 28 формирователя 4 сигналов самоконтроля (см. фиг.2) происходит размыкание размыкающего и переключающего контактов группы 28.2 и замыкание замыкающего и переключающего контактов группы 28.2 этого реле. Конденсатор 29 заряжается по цепи «шина 16 питания, резистор 30, замкнутые замыкающий и переключающий контакты группы 28.2 реле 28, шина 15 питания» до напряжения питания устройства. Время заряда конденсатора 29, определяемое сопротивлением резистора 30 и емкостью конденсатора 29, выбирается не более 1 мс. При отпускании кнопки 5 указанное электромагнитное реле 28 обесточивается и происходит восстановление исходного состояния его контактов групп 28.1 и 28.2. Заряженный конденсатор 29 через замкнутые замыкающий и переключающий контакты группы 28.2 электромагнитного реле 28 и резистор 32 подключается к переходу база-эмиттер транзистора 31. Транзистор 31 открывается и подключает первый вывод обмотки электромагнитного реле 34 к шине 15 питания. Так как второй вывод обмотки электромагнитного реле 34 постоянно подключен к шине 16 питания, то электромагнитное реле 34 срабатывает, размыкающий контакт группы 34.1 размыкается, и снимается напряжение питания ячеек 2…2 сигнализации. Время нахождения электромагнитного реле 34 под напряжением (продолжительность снятого состояния напряжения питания) определяется временем разряда конденсатора 29 и выбирается равным 10-20 мс. Снятие напряжения питания ячеек контроля 2…2 приводит к возврату ячеек 2…2 сигнализации и всего устройства в исходное состояние.
n+1
1
n
1
n
n+1
В состав устройства входит резервная ячейка 2 сигнализации, которая обеспечивает возможность оперативной замены любой (одной) из ячеек 2…2 сигнализации при отказе. Если при оперативной проверке работоспособности устройства обнаружено отсутствие свечения сигнализатора 18 какой-либо из ячеек 2…2 сигнализации, то это говорит о неисправности данной ячейки сигнализации и ее необходимо заменить (временно) на резервную ячейку 2 сигнализации.
1
1
1
1
1
1
1
1
1
n+1
1
n+1
1
1
1
n+1
n+1
1
1
n+1
1
n+1
1
1
1
Рассмотрим процесс замены отказавшей ячейки сигнализации на примере ячейки 2. Для этого галетный переключатель 36 блока 8 управления (см. фиг.3) устанавливается в верхнее положение и нажимается кнопка 37, при этом срабатывает реле 38, которое своими контактами 38.1 ставится на самоблокировку, и второй вывод первой обмотки дистанционного переключателя 20 ячейки 2 сигнализации через диод 22 подключается к шине 15 питания. Затем с выхода формирователя 39 одиночных сигналов на первый вывод первой обмотки дистанционного переключателя 20 ячейки 2 сигнализации поступает импульсный сигнал (в данном случае при нажатии кнопочного переключателя 45 и замыкании замыкающего контакта его левой по схеме контактной группы) с амплитудой, равной напряжению питания устройства. Дистанционный переключатель 20 срабатывает, вызывая размыкание размыкающего и переключающего контактов группы 20.1 и замыкание замыкающего и переключающего контактов этой же группы 20.1. При этом снимается напряжение питания с элемента 17 памяти. Напряжение питания ячейки 2 сигнализации через переключающий и замыкающий контакты группы 20.1 дистанционного переключателя 20 подается на вход сигнализатора 19, вызывая его срабатывание (свечение), что сигнализирует о факте прекращения контроля состояния датчика 1 с помощью ячейки 2 сигнализации. При нажатии кнопочного переключателя 45 одновременно размыкаются размыкающий и переключающий контакты и замыкаются замыкающий и переключающий контакты его правой на схеме фиг.3 контактной группы. Поэтому в нажатом состоянии кнопочного переключателя 45 заряжается через резистор 47 конденсатор 46 до напряжения питания устройства. После отпускания кнопочного переключателя 45 обе его контактные группы возвращаются в исходные состояния, при этом заряженный конденсатор 46 через резистор 41 подключается к базе транзистора 40, который открывается. В результате включается электромагнитное реле 43, его размыкающий контакт 43.1 размыкается, что приводит к снятию напряжения питания с электромагнитных реле 38…38 и, следовательно, к снятию их с самоблокировки. После разряда конденсатора 46 транзистор 40 закрывается, при этом выключается электромагнитное реле 43, его контакт 43.1 возвращается в исходное состояние (замыкается), что приводит к восстановлению питания электромагнитных реле 38…38. В результате выполненных операций ячейка 2 сигнализации, которую нужно заменить, обесточивается и не контролирует состояние датчика 1. Для восстановления контроля состояния датчика 1 с помощью резервной ячейки 2 сигнализации необходимо установить галетный переключатель коммутатора 3 в первое положение и разомкнуть замкнутые контакты его тумблера. В результате чего первый сигнальный вход резервной ячейки 2 сигнализации будет подключен к первому выводу датчика 1. Теперь контроль состояния контактов датчика 1 будет обеспечивать резервная ячейка 2 сигнализации, и о срабатывании датчика 1 (размыкании его контакта) можно будет судить по сигналам сигнализатора 18 резервной ячейки 2 сигнализации и сигнализатора 7 устройства. При этом все действия по снятию с контроля датчика 1, восстановлению контроля датчика 1 и оперативной проверке работоспособности устройства аналогичны вышеописанным действиям для ячейки 2 сигнализации (отличие будет только в том, что галетный переключатель 36 блока 8 управления вместо верхнего положения (см. фиг.3) нужно будет устанавливать в нижнее положение).
1
n
Автоматическое зарядное устройство 10 работает следующим образом. В исходном (рабочем) состоянии устройства на первый и второй входы автоматического зарядного устройства 10 поступает напряжение питания. При этом на первом и втором выходах автоматического зарядного устройства 10 напряжение отсутствует, преобразователь 11 напряжения находится в незапитанном состоянии и на его выходах, а следовательно, и на третьем входе питания автоматического зарядного устройства 10 отсутствует напряжение. На входы блока 9 контроля напряжения с шин 15 и 16 питания поступает напряжение питания устройства и через светодиод оптопары 48 протекает ток по цепи «вторая 16 шина питания, второй вход блока 9 контроля напряжения, резистор 49, светодиод оптопары 48, первый вход блока 9 контроля напряжения, первая шина 15 питания». При этом фототранзистор оптопары 48 открыт и замкнуты первый и второй выходы блока 9 контроля напряжения, а следовательно, замкнуты первый и второй входы управления автоматического зарядного устройства 10. В указанном исходном состоянии, а также при срабатывании датчиков 1…1 устройство питается от шин 15 и 16, а автоматическое зарядное устройство 10 работает в основном режиме - режиме подзаряда, то есть в режиме, компенсирующем только токи саморазряда аккумуляторной батареи 12, преобразователь 11 напряжения от аккумуляторной батареи 12 отключен.
Автоматическое зарядное устройство 10 сразу после подачи напряжения питания на устройство и в дальнейшем периодически, например, один раз в сутки подключает сопротивление нагрузки к своим третьему и четвертому выходам (к выводам аккумуляторной батареи 12) и измеряет напряжение аккумуляторной батареи 12 под нагрузкой. Если напряжение будет выше порогового уровня, то автоматическое зарядное устройство 10 переходит в режим подзаряда аккумуляторной батареи 12 током, компенсирующим саморазряд аккумуляторной батареи 12. Если же напряжение на аккумуляторной батареи 12 будет ниже порогового уровня, то автоматическое зарядное устройство 10 переходит в режим заряда аккумуляторной батареи 12 зарядным током, величина которого, а также длительность заряда определяются конкретным типом аккумуляторной батареи. По окончании процесса заряда аккумуляторной батареи 12 автоматическое зарядное устройство 10 переходит в режим подзаряда. Работа автоматического зарядного устройства 10 в указанных режимах позволяет поддерживать аккумуляторную батарею 12 постоянно заряженной, т.е. в рабочем состоянии.
1
n+1
При пропадании напряжения на шинах 15 и 16 питания устройства ток через светодиод оптопары 48 блока 9 контроля напряжения перестает протекать, фототранзистор оптопары 48 закрывается, размыкаются первый и второй входы управления автоматического зарядного устройства 10. Автоматическое зарядное устройство 10 подключает аккумуляторную батарею 12 к своим первому и второму выходам, а следовательно, к первому и второму входам преобразователя 11 напряжения, запитывая последний. На выходах преобразователя 11 напряжения появляется напряжение, равное напряжению внешнего источника питания устройства. При этом напряжение положительной полярности непосредственно поступает на третий вход автоматического зарядного устройства 10, запитывая его схему управления, на второй вход сигнализатора 7, вызывая его срабатывание, и через диод 14 поступает на формирователь 4 сигналов самоконтроля, блок 8 управления, и ячейки 2…2 сигнализации устройства, то есть устройство переключается на питание от аккумуляторной батареи 12. Этот процесс длится до восстановления питания устройства от внешнего источника или до разряда аккумуляторной батареи 12 до допустимого уровня. При достижении напряжения аккумуляторной батареи 12 допустимого уровня автоматическое зарядное устройство 10 отключает преобразователь 11 напряжения от аккумуляторной батареи 12 во избежание выхода преобразователя 11 напряжения из строя.
В целях подтверждения осуществимости заявляемого объекта и достигнутого технического результата был собран и испытан макет заявляемого устройства в двухканальном (n=2) варианте. При этом напряжение питания ячеек сигнализации равнялось 27 В и, следовательно, были использованы электромагнитные реле и дистанционный переключатель 20 с номинальным значением рабочего напряжения 27 В. В качестве транзисторов были использована транзисторная матрица 1НТ251, в качестве диодов - диоды 2Д510А. В качестве аккумуляторной батареи 12 была использована допускающая режим постоянного подзаряда аккумуляторная батарея типа 10 НКГ-10Д ТУ 16-529.030-76, с номинальным напряжением 12 В.
Проведенные испытания макета показали работоспособность заявляемого устройства для многоканальной сигнализации и подтвердили его практическую ценность.