многоканальное устройство управления

Формула изобретения

1. МНОГОКАНАЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ импульсным устройством, содержащее n блоков контроля канала (где n количество контролируемых каналов, равное числу источников импульсов импульсного устройства), отличающееся тем, что в него введены n блоков согласования, n ключевых схем, m сопрягающих блоков (где m количество исполнительных органов импульсного устройства), автономный источник гарантированного питания, схема слежения за напряжением, триггер, два элемента И и элемент НЕ, причем входы m сопрягающих блоков соединены с соответствующими исполнительными органами, а выходы с входами первого элемента И, выход которого соединен с первым входом второго элемента И, второй вход которого соединен с выходом схемы слежения за напряжением, а выход с входом установки триггера в единичное состояние и входом элемента НЕ, выход которого соединен с входом сброса триггера, выход которого соединен с первыми входами каждого из блоков контроля канала, вход i-го блока согласования (i номер канала, i 1, n 1) соединен с выходом соответствующего источника импульсов, а выход с вторым входом блока контроля (i + 1)-го канала, выход n-го блока согласования соединен с вторым входом блока контроля первого канала, первый выход блока контроля (i + 2)-го канала соединен с третьим входом блока контроля i-го канала, первые выходы блоков контроля первого и второго каналов соединены соответственно с третьими входами блоков контроля (n 1)-го и n-го каналов, второй выход блока контроля j-го канала (j 1, n) соединен с управляющим входом j-й ключевой схемы, информационный вход которой соединен с выходом j-го источника импульсов, а выход с j-м входом каждого из m исполнительных органов, третий выход блока контроля i-го канала соединен с четвертым входом блока контроля (i + 1)-го канала, третий выход блока контроля n-го канала соединен с четвертым входом блока контроля первого канала, четвертый выход блока контроля i-го канала соединен с пятым входом блока контроля (i 1)-го канала, четвертые выходы блока контроля первого и n-го каналов соединены соответственно с пятыми входами блоков контроля n-го и (n 1)-го каналов, пятые выходы всех блоков контроля являются группой входов блока контроля первого канала, шестые входы блоков контроля соединены с выходом автономного источника гарантированного питания.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок контроля первого канала содержит триггер, три элемента И, элементт ИЛИ и элементт задержки, причем первый вход блока соединен с первыми входами первого и второго элементов И, второй и четвертый входы блока соединены с вторым и третьим входами первого элемента И, выход которого соединен с первым выходом блока и первым входом элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом третьего элемента И, входы которого соединены с группой входов блока, выход элемента ИЛИ соединен через элемент задержки с входом установки триггера в единичное состояние, прямой выход которого соединен с третьим выходом блока и вторым входом второго элемента И, третий вход и выход которого соединены соответственно с пятым входом и вторым выходом блока, третий вход блока соединен с входом сброса триггера, инверсный выход которого соединен с четвертым и пятым выходами блока, питающий вход триггера соединен с шестым входом блока.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок контроля K-го канала (K 2, n) содержит триггер, два элемента И и элемент задержки, причем первый вход блока соединен с первыми входами первого и второго элементов И, второй и четвертый входы блока соединены соответственно с вторыми и третьим входами первого элемента И, выход которого соединен с первым выходом блока и через элемент задержки с входом установки триггера в единичное состояние, прямой выход которого соединен с третьим выходом блока и вторым входом второго элемента И, третий вход и выход которого соединены соответственно с пятым входом и вторым выходом блока, третий вход блока соединен с входом сброса триггера, инверсный выход которого соединен с четвертым и пятым выходами блока, питающий вход триггера соединен с шестым входом блока.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к автоматике, в частности к установкам для управления различными импульсными устройствами (ИУ), например электронно-вычислительными машинами любой модификации или системами автоматизированного управления, обеспечивающими передачу, прием, обработку, вычисление или доведение информации, а также других для целей в соответствии с заданным назначением.

Известна схема для запуска управляющих электронно-вычислительных машин после отключения сетевого напряжения, которую применяют в средствах автоматизации, в частности в программируемых с помощью запоминающих устройств управляющих и регулирующих устройствах, причем в случае отключения питания буферизируют свое рабочее напряжение с целью выполнения программы защиты наиболее важных данных о процессе и обеспечивающая возможность продолжения процесса без его нарушения при кратковременных перерывах в подаче сетевого напряжения, которое по всей длительности меньше не только интервала буферизации, но и периода времени, после которого процесс переходит в необратимое состояние. В начале указанной программы инициируется запрос на прерывание с целью продолжения прикладной программы, которая однако сохраняет свое неактивное состояние до тех пор, пока сетевое напряжение отсутствует. Сигнал защиты данных вырабатывается лишь в том случае, если беферированное рабочее напряжение меньше границы определенного допуска. При появлении сетевого напряжения без перехода в исходное состояние запрос на прерывание активизируется. Если же отсутствие питания затягивается, то одновременно с этим переходом программа запускается повторно.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является многоканальное устройство для программного управления объектом, содержащее первый триггер, последовательно соединенные блок сигнализации, первый элемент И, первый элемент ИЛИ и блок защиты, подключенный к объекту управления, а также второй триггер, выход которого подсоединен к второму входу первого элемента И, в каждом канале управления формирователь импульсов, подключенный выходом к входу исполнительного органа, и блок контроля, информационный вход которого соединен с выходом датчика обратной связи данного канала управления, первый выход с соответствующим входом блока сигнализации, а второй выход с соответствующим входом первого элемента ИЛИ, подключенного другим входом к второму выходу блока сигнализации, и в первом канале управления второй элемент И, выход которого подключен к прямому входу второго триггера, а также к управляющему входу блока контроля и к входу формирователя импульсов данного канала, первый вход второго элемента И подсоединен к запускающему входу устройства, а второй вход к прямому выходу первого триггера.

С помощью данного устройства обеспечивается контроль состояния исполнительного органа не только в процессе управления, но и до поступления импульса на запускающий вход. В зависимости от состояния объекта управления как до момента его запуска, так и после запуска либо дают разрешение на запуск и прохождение программы управления, либо программу управления блокируют и вырабатывают аварийный сигнал.

Однако если функционирование импульсного устройства зависит не только от работы исполнительных органов (ИО), но и от порядка чередования каналов, по которым следуют непрерывные последовательности импульсов, причем эти ИО управляются ими, то это является недостаточным для надежного управления ИУ. Исчезновение даже одного импульса по любому каналу приводит к сбоям и непоправимым потерям информации при работе ИУ.

Кроме того, если во время работы ИУ произойдет отклонение параметров питающего напряжения от допустимых значений, предусмотренных для данной системы вплоть до полного его исчезновения на любой промежуток времени, то последует сбой в работе ИО, что приведет к частичной или полной потере обрабатываемой информации, а это весьма нежелательно при решении больших по объему задач или наличии важной информации.

Целью изобретения является увеличение надежности и устойчивости в работе ИУ, обеспечение независимости его работы от влияния изменений параметров питающего напряжения путем организации планового прерывания в обработке информации ИУ при отклонении параметров питающего напряжения за пределы допустимых значений и возможность продолжения работу ИУ после восстановления питания.

Поставленная задача решается тем, что МУУ многоканальное устройство управления содержит n блоков контроля (БК) канала (где n количество контролируемых каналов, равных числу источников импульсов (ИИ) ИУ, n ключевых схем (КС), триггер, два элемента И и элемент НЕ.

Кроме того в состав МУУ входят: автономный источник гарантированного питания (АИГП), обеспечивающий питание триггеров всех БК при отклонении параметров питающего напряжения за пределы допустимых значений, предусмотренных для данного ИУ, или же при полном его отключении; схема слежения за напряжением (ССН), предназначенная для выработки сигнала при отклонении параметров питающего напряжения за пределы допустимых значений, нормы которых предусмотрены для данного ИУ, выполненную по схеме нуль-органа; n блоков согласования (БС) для согласования параметров выхода ИИ и входов БК с целью предотвращения шунтирования каналов ИУ и недопустимости искажения импульсов, передаваемых по ним, и m сопрягающих блоков (СБ) ( где m количество исполнительных органов, входящих в состав ИУ) для подачи сигнала в МУУ после приведения ИО в готовность к работе. Ими могут быть согласующие трансформаторы, эмиттерные повторители, схемы гальванической развязки, в частности, с применением полупроводниковых оптоэлектронных приборов или другие схемы, выполняющие аналогичную роль при работе всего устройства. Применение одной из разновидностей данных схем зависит только от спецификации и элементной базы того ИУ, в котором они будут применяться.

Входы m СБ соединены с соответствующими ИО, а выходы с входами первого элемента И, второй вход которого соединен с выходом СНН, а выход с входом установки триггера в единичное состояние и входом элемента НЕ, выход которого соединен с входом сброса триггера, выход которого соединен с первыми входами каждого из БК каналов. Вход i-го БС (i номер канала, i 1, n 1) соединен с выходом соответствующего ИИ, а выход с вторым входом БК (i + 1)-го канала, выход n-го БС соединен с вторым входом БК первого канала. Первый выход БК (i + 2)-го канала соединен с третьим входом БК i-го канала, первые выходы БК первого и второго каналов соединены соответственно с третьими входами БК (n 1)-го и n-го каналов. Второй выход БК j-го канала (j 1, n) соединен с управляющим входом j-й КС, информационный вход которой соединен с выходом j-го ИИ, а выход с j-м входом каждого из m ИО. Третий выход БК i-го канала соединен с четвертым входом БК (i + 1)-го канала, третий выход БК n-го канала соединен с четвертым входом БК первого канала. Четвертый выход БК i-го канала соединен с пятым входом БК (i 1)-го канала, четвертый выход БК первого и n-го каналов соединены соответственно с пятыми входами БК n-го и (n 1)-го каналов. Пятые выходы всех БК являются группой входов БК первого канала. Шестые входы всех БК соединены с выходом АИГП.

Блок контроля первого канала содержит триггер, три элемента И, элемент ИЛИ и элемент задержки (ЭЗ). Первый вход БК соединен с первыми входами первого и второго элементов И. Второй и четвертый входы БК соединены с вторым и третьим входами первого элемента И, выход которого соединен с первым выходом БК и первым входом элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом третьего элемента И, входы которого соединены с группой входов БК. Выход элемента ИЛИ соединен через ЭЗ с входом установки триггера в единичное состояние, прямой выход которого соединен с третьим выходом БК и вторым входом второго элемента И, третий вход и выход которого соединены соответственно с пятым входом и вторым выходом БК. Третий вход БК соединен с входом сброса триггера, инверсный выход которого соединен с четвертым и пятым выходами БК. Питающий вход триггера соединен с шестым входом БК.

Блок контроля К-го канала (К 2, n) содержит триггер, два элемента И и элемент задержки. Первый вход БК соединен с первыми входами первого и второго элементов И. Второй и четвертый входы блока соединены соответственно с вторым и третьим входами первого элемента И, выход которого соединен с первым выходом блока и через ЭЗ с входом установки триггера в единичное состояние, прямой выход которого соединен с третьим выходом блока и вторым входом второго элемента И, третий вход и выход которого соединены соответственно с пятым входом и вторым выходом блока. Третий вход блока соединен с входом сброса триггера, инверсный выход которого соединен с четвертым и пятым выходами блока. Питающий вход триггера соединен с шестым входом БК.

На фиг.1 представлена структурная схема устройства; на фиг. 2 и 3 схемы блоков контроля соответственно К-го (К 2, n) и первого каналов.

На фиг. 1 показаны объект управления 1, например импульсное устройство, блок согласования 2, ключевые схемы 3, сопрягающие блоки 4, блоки контроля К-го канала 5, блок контроля первого канала 6, автономный источник гарантированного питания 7, схема слежения за напряжением 8, триггер 9, первый 10 и второй 11 элементы И, элемент НЕ 12, источники импульсов с 68 1 по 68 n, исполнительные органы с 69 а по 69 m, соединительные линии (СЛ) с 13 по 15, с 16 а по 18 m, с 19 1 по 48 n и с 70 1 по 70 n, где 13, 15, 16, 18, 19, 48, 70 номера СЛ; а и m обозначения ИО; m количество ИО; 1 и n номера каналов; n количество контролируемых каналов.

На фиг. 2 показаны триггер 49; первый 50 и второй 51 элементы И, элемент задержки 52, с первого 53 по пятый 57 выходы блока, с первого по шестой входы блока соответственно номера 59, 60, 62, 61, 58, 63.

На фиг. 3 показаны триггер 49, первый 50 и второй 51 элементы И, элемент задержки 52, с первого 53 по пятый 57 выходы блока, с первого по шестой входы блока соответственно номера 59, 60, 62, 61, 58, 63, третий элемент И 64, элемент ИЛИ 65 и групповые входы блока с 66 1 по 67 n.

Элемент задержки (52) рассчитывается по формуле:

T_{эз имп} (2 _лэ + _тр ), где Т_эз время задержки ЭЗ;

_имп- длительность импульсов;

_лэ время срабатывания логического элемента;

_тр время срабатывания триггера.

Приведение МУУ в исходное состояние после подачи питающего напряжения происходит следующим образом.

Триггер МУУ после подачи питания будет находиться в сброшенном состоянии. При нормальных параметрах питающего напряжения с выхода ССН 8 потенциал открывает второй вход второго 11 элемента И.

После приведения ИО в готовность к работе на выходах СБ 4 появляются потенциалы, открывающие соответствующие входы первого 10 элемента И и, когда откроются все входы, потенциал с выхода первого элемента И откроет первый вход второго 11 элемента И, второй вход которого был уже открыт и потенциал с его выхода переводит триггер 9 в "единичное" состояние. Потенциал с прямого выхода триггера откроет по первым входам первые 50 и вторые 51 элементы И всех БК по цепям: прямой выход триггера 9, СЛ 15, первые входы 59 БК, первые входы первого 50 и второго 51 элементов И.

Далее возможны два варианта.

Вариант 1.

Если после подачи питания на МУУ все триггеры 49 БК 5 и 6 оказались в сброшенном состоянии, тогда схема построена так, что триггер первого канала переводится в "единичное" состояние по цепи: инверсные выходы триггеров 49 БК, пятые выходы 57 БК, СЛ 44 1, 45 2, 46 3, 47 4 и 48 n, групповые входы с 66 1 по 67 n БК 6, входы третьего 64 элемента И, выход третьего элемента И, второй вход элемента ИЛИ 65, выход элемента ИЛИ, вход ЭЗ 52, выход ЭЗ, вход установки триггера 49 в единичное состояние.

С инверсного выхода триггера 49 БК 6 снимается потенциал, который закроет по третьему входу второй элемент И 51 БК n-го канала по цепи: инверсный выход триггера 49 БК 6, четвертый выход 56 БК, СЛ 27 1, пятый вход 58 БК n-го канала, третий вход второго элемента 51 И.

В остальных блоках вторые элементы И по третьему входу будут открыты по аналогичным цепям (в частности для первого канала): потенциал с инверсного выхода триггера 49 БК второго канала, четвертый выход 56 БК, СЛ 31 2, пятый вход 58 БК 6, третий вход второго 51 элемента И и т.д.

Появившийся потенциал на прямом выходе триггера 49 БК 6 открывает ключ КС 3 первого канала по цепи: прямой выход триггера 49 БК 6, второй вход открытого по первому и третьему входам второго 51 элемента И, выход второго элемента И, второй выход 54 БК, СЛ 25 1, управляющий вход КС 3 первого канала;

открывает по третьему входу первого элемента И 50 в БК 5 второй канал по цепи: прямой выход триггера 49 БК 6, третий выход 55 БК, четвертый вход 61 БК второго канала, третий вход первого 50 элемента И.

Таким образом МУУ приводится в готовность к приему импульсов из каналов, начиная с первого канала.

Вариант 2.

Если после подачи питания часть триггеров БК находилась в "единичном" состоянии, то устанавливается аналогичное описанному исходное состояние МУУ, но только после того, как по всем каналам пройдет хотя бы по одному импульсу. В этом случае МУУ производит слежение за чередованием каналов (после приведения устройства в готовность), начиная с того канала, триггер БК которого будет в "единичном" состоянии, триггер БК предыдущего по номеру канала в любом состоянии, а триггеры всех остальных БК только в сброшенном состоянии.

Рассмотрим динамику работу МУУ по варианту 1, когда после подачи питания все триггеры БК оказались в сброшенном состоянии и затем устройство было приведено в готовность к приему импульсов, начиная с первого канала.

Импульс, поступающий по первому каналу, проходит через открытый ключ КС 3 первого канала на исполнительные органы объекта управления по цепи: ИИ 68 1, вход выход открытого КС 3 первого канала, СЛ 70 1, исполнительные органы с 69 а по 69 m;

переводит триггер 49 БК (5) второго канала в "единичное" состояние с задержкой на время Т_эз ЭЗ по цепи: ИИ 68 1 первого канала, БС 2 первого канала, СЛ 19 1, второй вход 60 БК второго канала, второй вход открытого по первому и третьему входам первого 50 элемента И, выход первого элемента И, вход выход ЭЗ 52, установочный вход триггера 49 в единичное состояние;

поступает на вход сброса триггера БК n-го канала по цепи: ИИ 68 -1 первого канала, БС 2 первого канала, СЛ 19 1, второй вход 60 БК второго канала, второй вход открытого по первому и третьему входам первого 50 элемента И, выход первого элемента И, первый выход 53 БК, СЛ 28 2, третий вход 62 БК n-го канала; вход сброса триггера 49.

МУУ переводится в готовность для приема импульса по второму каналу: открывается ключ КС 3 второго канала подачей потенциала на управляющий вход по цепи: прямой выход триггера 49 БК второго канала, второй вход (открытого по первому и третьему входам) второго элемента И, выход второго элемента И, второй 54 выход БК, СЛ 29 2, управляющий вход ключа КС 3 второго канала;

закрывается ключ КС первого канала снятием потенциала с управляющего входа КС первого канала по цепи: инверсный выход триггера 49 второго канала, четвертый выход 56 БК, СЛ 31 2, пятый вход 58 БК 6, третий вход второго 51 элемента И (элемент И по этому входу закрывается), выход второго элемента И, второй выход 54 БК 6, СЛ 25 1, управляющий вход ключа КС 3 первого канала;

открывается первый 50 элемент И по третьему входу БК третьего канала по цепи: прямой выход триггера 49 БК второго канала, третий 55 выход БК, СЛ 30 2, четвертый вход 61 БК третьего канала, третий вход первого 50 элемента И.

Далее импульс, поступающий по второму каналу, проходит через открытый ключ КС (3) второго канала в ИО ИУ; переводит триггер БК третьего канала в "единичное" состояние с задержкой на время Т_эз ЭЗ; сбрасывает триггер 49 БК 6 по цепи: ИИ 68 2 второго канала, БС 2 второго канала, СЛ 20 2, второй вход 60 БК третьего канала, второй вход (открытого по первому и третьему входам) первого элемента И; выход первого элемента И, первый выход 53 БК, СЛ 32 3, третий вход 62 БК 6, вход сброса триггера 49.

В результате КС третьего канала открывается, а КС второго канала закрывается. МУУ готово принимать импульс по третьему каналу.

Затем работа устройства повторяется, т.е. в объект управления на ИО поступает импульс только строго из очередного канала.

Если же импульс в очередном канале не появился, то импульсы из следующих по номерам каналов МУУ не пропустит, так как устройство не будет к этому готово (заблокированы все вторые 51 элементы И БК, кроме второго элемента И БК ожидаемого канала). Такое состояние схемы будет оставаться до тех пор, пока не пройдет импульс из ожидаемого канала.

То же самое произойдет, если исчезнут импульсы в нескольких каналах и на неопределенное время.

В случае, когда параметры питающего напряжения выходят за пределы нормы, на выходе ССН 8 исчезает потенциал, что приводит к сбросу триггера (9) по цепи: выход ССН 8; СЛ 14, второй вход второго 11 элемента И (элемент И закрывается), выход второго элемента И, вход элемента НЕ 12, потенциал с выхода элемента НЕ, вход сброса триггера 9.

Происходит блокировка первых и вторых элементов И всех БК снятием потенциала с прямого выхода триггера 9 по цепям: прямой выход триггера 9, СЛ 15, первые входы 59 БК, первые входы первого 50 и второго 51 элементов И (первые и вторые элементы И закрываются).

В результате снимается потенциал с управляющего входа ключа КС того канала, по которому ожидается прохождение импульса. Состояние же всех триггеров БК не изменяется, так как они питаются от АИГП 7 по цепи: выход АИГП 7, СЛ 13, шестые входы 63 БК, питающие входы триггеров 49 БК.

После восстановления параметров питающего напряжения триггер 9 вновь переводится в "единичное" состояние по цепи: потенциал с выхода ССН 8, СЛ 14, второй вход второго 11 элемента И, открытого по первому входу, выход второго элемента И, вход установки триггера 9 в единичное состояние.

Снимается блокировка с первых 50 и вторых 51 элементов И всех блоков по указанным цепям. С приходом импульса по ожидаемому каналу ИУ продолжает обработку имеющейся информации.

При исчезновении питающего напряжения схема работает аналогично описанным с той лишь разницей, что дополнительно исчезают потенциалы с выходов СБ 4, так как ИО будут не готовы к обработке информации.

После восстановления питающего напряжения МУУ продолжает слежение за каналами после того, как все ИО приведены в готовность к работе опять, начиная с того канала, перед которым произошло исчезновение напряжения.

В данном устройстве введение сопрягающих устройств, схемы слежения за напряжением, автономного источника гарантированного питания и линий задержки позволяет сохранить и продолжить обработку информации импульсным устройством при изменении параметров питающего напряжения или его полного исчезновения на неопределенное по длительности время. Этим достигается значительное повышение надежности функционирования объекта управления и эффективного использования машинного времени.

Кроме того, автономный источник гарантированного питания не требует большой мощности, так как он служит только для поддержания питания первых триггеров блоков, потребляющих незначительную мощность, что также экономически выгодно и проще при эксплуатации.

Изменение параметров питающего напряжения за пределы допустимых значений или его полное исчезновение на неопределенное время обычно приводит к непоправимой потере обрабатываемой информации, или же к невосстанавливаемому искажению, или прерыванию работы всего объекта управления, что весьма нежелательно при решении больших по объему задач или при обработке важной информации.