способ контроля удаленных датчиков и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ контроля удаленных датчиков, заключающийся в передаче по линии связи выпрямленного однополупериодного напряжения, из которого формируют импульсы, соответствующие состоянию датчиков, контроль импульсов осуществляют путем сравнения сформированных импульсов с эталонными и формируют по результатам сравнения команды управления, отличающийся тем, что при включенном состоянии датчиков формируют последовательность импульсов одной длительности, при отключенном - другой длительности и при контроле сравнивают длительности сформированных импульсов с эталонными временными интервалами.

2. Устройство для контроля удаленных датчиков, содержащее двухпроводную линию связи, на одном конце которой подключены последовательно выпрямительный диод и контакт датчика, на другом - соединенный с проводами линии связи источник переменного напряжения, блок контроля и формирования команд и исполнительный элемент, отличающееся тем, что, с целью упрощения устройства и повышения функциональной надежности, в него введены формирователь длительности импульсов, элемент гальванической развязки, элемент индикации, элемент сопряжения, выход исполнительного элемента является выходом устройства и объединен с одним выводом элемента индикации, второй вывод которого и вход исполнительного элемента подключены через элемент сопряжения с выходом блока контроля и формирования команд, входы которого соединены через элемент гальванической развязки с соответствующими выводами формирователя длительности импульсов, вход которого и вход элемента гальванической развязки подключены к соответствующим проводам линии связи.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горной электротехнике и может быть использовано в аппаратуре управления для контроля датчиков, где требуется контроль состояния линии.

Современная аппаратура управления на конвейерном транспорте состоит, как правило, из нескольких функциональных узлов: узла сопряжения и контроля линии связи и датчиков, блока управления и сервисных узлов [1] . Узел сопряжения и контроля предназначен для формирования дискретного сигнала, сигнализирующего о состоянии контролируемой линии связи или датчиков.

В настоящее время узлы сопряжения и контроля строятся на аналоговом способе. Данный способ основан на сравнении амплитуды сигнала, поступившей из линии связи, с эталонной величиной, заданной непосредственно в устройстве. Наличие в контролируемой линии связи изменяющегося сопротивления шлейфа, активных и емкостных утечек приводит к большим аппаратным затрата для обеспечения надежного функционирования аппаратуры.

В настоящее время аппаратура управления конвейерным транспортом должна контролировать большое количество датчиков, как технологических, так и аварийных, обеспечивающих безопасность при эксплуатации конвейерного транспорта. Количество таких датчиков может достигать нескольких десятков. В дальнейшем предполагается рост их количества из-за ввода новых датчиков для более детального контроля состояния конвейера. Поэтому невозможно при разработке новой аппаратуры управления использовать традиционные узлы сопряжения и контроля из-за их сложности и громоздкости, так как их использование вызывает значительно увеличение стоимости аппаратуры, ее габаритов и ведет к снижению надежности ее работы. В связи с вышеизложенным при разработке аппаратуры управления на базе микропроцессорной техники возникла задача упрощения узлов сопряжения и контроля, что можно достичь решением основных функций узла в блоке управления при обработке поступившего сигнала не в аналоговом виде, а в цифровом. Наиболее близким по технической сущности к заявленному способу является способ [2] , основанный на передаче по линии связи выпрямленного однополупериодного напряжения, при формировании из которого импульсов, соответствующих состоянию датчиков, контроль импульсов осуществляют путем сравнения сформированных импульсов с эталонными и формируют по результатам сравнения команды управления.

Наиболее близким по технической сущности к данному устройству является устройство [3] , содержащее двухпроводную линию связи, на одном конце которой подключены диод и контакт датчика, на другом - источник переменного напряжения, блок контроля и формирования команд и исполнительный элемент.

В данном способе в качестве эталонной величины используется временная уставка - длительность импульса Т. Кроме того, для создания коэффициента возврата, чтобы устранить дребезг при изменении состояния линии, заданы две временные уставки: одна на включение Т₁, другая на выключение Т₂.

Реализовать данный способ на практике можно различно. В настоящее время аппаратура управления строится на базе микропроцессорной техники, поэтому контроль длительности и частоты импульсов, поступивших из формирователя импульсов, необходимо возложить на модуль управления. В данном устройстве это приводит к значительному упрощению узла сопряжения линии связи с модулем управления и функции узла сопряжения в основном сведены только к гальванической развязке. Устройство, контролирующее линию связи предлагаемым способом, можно построить на интегральных микросхемах ("жесткой" логике). В данном случае счетчики фиксировали бы заданную длительность поступившего импульса и выдавали дискретные сигналы в модуль управления, сигнализирующие о состоянии линии связи и датчиков. В этом устройстве узел сопряжения и контроля значительно сложнее, так как в его функции входят контроль и полный анализ импульсов, поступивших из линии связи, в то время как модуль управления только принимает решение.

Сущность способа контроля состояния датчиков и линии связи иллюстрируется фиг. 1; схема устройства показана на фиг. 2.

На фиг. 1 1 - напряжение в линии связи, 2-8 импульсы, сформированные на входе устройства, 9 - импульс на выходе устройства.

На фиг. 2 10 - линия связи, 11 - датчик, содержащий размыкающий контакт 12, включенный последовательно с выпрямительным диодом 13, 14 - линии связи, 15 - источник переменного напряжения (трансформатор), 16 - формирователь длительности импульсов, 17 - элемент гальванической развязки, 18 - блок контроля и формирования команд, 19 - элемент сопряжения, 20 - исполнительный элемент, 21 - элемент индикации.

Сущность способа и работа устройства, предназначенного для его реализации, заключаются в следующем.

Полуволна напряжения, снимаемого с трансформатора 15, поступает в линию 10 связи и через нормально закрытый контакт 12 датчика и вторую линию 14 связи на формирователь 16 длительности импульсов, в котором импульс напряжения, зависящий от сопротивления шлейфа линий 10, 14, преобразуется в импульс длительностью, зависящей от состояния линии (чем меньше сопротивление шлейфа линии, тем больше длительность и наоборот). В блоке 18 контроля и формирования команд задается уставка на включение Т₁, которая сравнивается с длительностью преобразованных в формирователе 16 импульсов. Если длительность полученного импульса 2 меньше Т₁, то устройство воспринимает состояние датчика 11 как отключенное, если длительность импульса 3 больше Т₁, то блок 18 контроля и формирования команд воспринимает его как срабатывание датчика 11, одновременно задавая уставку на отключение Т₂, теперь все последующие импульсы сравниваются с Т₂ (отношение Т₂/Т₁ - коэффициент возврата). Устройство воспринимает включенное состояние датчика до тех пор, пока длительность импульса будет больше Т₂ (импульс 4). Как только появится импульс 5, длительность которого меньше Т₂, устройство воспринимает это как выключение датчика 11 и блок 18 контроля и формирования команд задает уставку Т₁ на включение. В устройстве также осуществляется самоконтроль линии связи, т. е. при ее повреждении формируется сигнал удвоенной частоты (импульсы 7,8), который воспринимается как аварийный и блок 18 контроля и формирования команд, в котором происходят все вычисления и логическая обработка результатов, производит отключение исполнительного элемента 20. При обрыве линии 10, 14 связи происходит ситуация, аналогичная выключению датчика.

На фиг. 2 сигнал поступает из контролируемой линии связи на формирователь 16 длительности импульсов 16 через элемент 17 гальванической развязки, состоящий из оптопар 22, 23, токоограничительного резистора 24, диодов 25, 26, защищающих транзисторы 27, 28 и оптопары 22, 23 от обратной полярности, резисторов 29-32. Оптопары 22, 23 обеспечивают гальваническую развязку входа блока 18 контроля и формирования команд и выхода формирователя 16 длительности импульсов.

Формирователь 16 длительности импульсов, предназначенный для преобразования сигнала, поступившего из контролируемой линии связи, в длительность импульса, выполнен на транзисторах 27, 28, к базам которых через помехозащитную RС-цепь 33, 34 подключена линия 14 связи. Порог срабатывания транзисторных ключей устанавливается цепочкой, состоящей из стабилитронов 35, 36 и резисторов 27, 28. Длительность сформированного импульса зависит от сопротивления шлейфа линий 10, 14 связи, так как оно составляет длительность с резистором 38, выделенное напряжение на котором прикладывается к последовательно соединенной цепочке, состоящей из двух стабилитронов 35, 36 и параллельно соединенных база - эмиттерных переходов транзисторов 27, 28 с резистором 37. Чем меньше амплитуда сигнала, выделенная на резисторе 38, тем позже открывается транзистор 27 и 28 (в зависимости от полярности), тем меньше длительность сформированных импульсов.

Блок 18 контроля и формирования команд задает уставки на включение и отключение устройства, вычисляет длительность сформированных импульсов, поступающих на его вход через элемент 17 гальванической развязки, выполняет логическую обработку результатов, вычислений, выдает команды на включение или отключение исполнительного элемента 20 согласно программе. Блок контроля и формирование команд состоит из однокристалльной микроЭВМ 39 с внутренним ПЗУ команд, кварцевого резистора 40, конденсаторов 41-43.

Элемент 19 сопряжения служит для согласования выхода микроЭВМ блока 18 контроля и формирования команд с исполнительным элементом 20 и элементом 21 индикации и содержит транзисторные ключи 44-46 и токоограничительные резисторы 47-49.

Исполнительный элемент 20 содержит реле 50, включенное через транзисторный ключ на выход блока 18 контроля и формирования команд. Контакт 51 реле 50 подключается к объекту управления.

Элемент 21 индикации содержит светодиод 52, информирующий о выключении датчика 11, светодиод 53, информирующий о наличии в линиях 10, 14 связи короткого замыкания, токоограничительные резисторы 54, 55.

Устройство работает следующим образом.

При разомкнутых контактах 12 датчика 11 полуволна положительной полярности с обмотки трансформатора 15 не создает падение напряжения на резисторе 38, поэтому транзистор 28 закрыт, выходной сигнал формирователя 16 отсутствует, контакт 51 реле 50 разомкнут, блокируя тем самым работу объекта управления. При замыкании контакта 12 положительная полуволна создает падение напряжения на резисторе 38 величины, достаточной для пробоя стабилитрона 35 и отпирания транзистора 28, что вызывает срабатывание приемной части оптопары 23 и формирование импульсов, длительность которых равна времени открытого состояния транзистора 28. Импульс поступает на вход микроЭВМ 39. После анализа длительности, которая зависит от сопротивления шлейфа линий 10, 14 связи и параметров элементов формирователя 16, микроЭВМ принимает решение. Если реле 50 включено и длительность импульса больше установки на отключение Т₂, то оно останется включенным, если длительность импульса меньше Т₂, то реле 50 выключается и загорается светодиод 52, информирующий о выключении датчика 11.

Если реле 50 включено, а длительность поступающего импульса больше уставки на включение Т₁, то реле 50 включается, давая тем самым разрешение на работу объекта управления. При замыкании линий 10, 14 связи или очень большой утечке в них, на вход формирователя 16 проникает как положительная, так и отрицательная полуволна с обмотки трансформатора 15, что вызывает поочередное отпирание транзисторов 27, 28 и удвоение частоты выходного сигнала формирователя 16. МикроЭВМ 39 отключает реле 50, включает светодиод 52, информирующий о наличии в линиях 10, 14 короткого замыкания.