схема контроля

Формула изобретения

Схема контроля отказов в дублированной аппаратуре систем железнодорожной автоматики имеет шесть входов и один выход, на первый и второй входы схемы контроля подаются два сигнала контрольной частоты: U_вх и инверсный сигнал соответственно; на третий вход устройства поступает статический сигнал логической "1" РАЗР, который разрешает работу схемы контроля, на четвертый и пятый входы поступают динамические информационные сигналы: КТ - с контрольной точки первого комплекта диагностируемой аппаратуры, инверсный сигнал с контрольной точки второго комплекта диагностируемой аппаратуры; на шестой вход поступает сигнал ЗАП запуска работы схемы; сигнал ЗАП подается однократно при включении, после того, как выставлены сигналы на всех остальных входах схемы; на выходе схемы контроля формируется сигнал U_вых; если дублированная система исправна, то на выходе схемы U_вых формируется сигнал, который имеет такую же частоту, что и сигнал на входе схемы контроля U_вх; если аппаратура дублированной системы неисправна, то на выходе схемы U_вых отсутствует сигнал контрольной частоты; схема контроля содержит третий, четвертый и пятый конденсаторы, четвертый, пятый, шестой, седьмой, восьмой и девятый резисторы, второй и третий транзисторы, первые выводы четвертого и пятого конденсаторов соединены, соответственно, с первым U_вх и вторым входами схемы контроля, а вторые выводы через восьмой и девятый резисторы подключены соответственно к базовым входам второго и третьего транзисторов и через шестой и седьмой резисторы подключены к земле, отличающаяся тем, что эмиттеры второго и третьего транзисторов через четвертый и пятый резисторы подключены к первому выводу третьего конденсатора, второй вывод которого подключен к земле, причем в схему устройства введены: дополнительные первый и второй элементы И; первый, второй и третий инверторы; первый, второй, третий, десятый, одиннадцатый, двенадцатый резисторы; первый и второй диодные мосты; первый и второй оптроны; первый транзистор; оптоэлектронный переключатель-инвертор ИЛИ - НЕ с гальванической развязкой по входу; элемент И - НЕ; первый, второй и шестой конденсаторы; источник питания +5 В, причем объединенный первый вход первого и второго элементов И подключен к третьему входу схемы контроля РАЗР, а вторые входы упомянутых элементов подсоединены соответственно к четвертому КТ и пятому входам схемы контроля, а их выходы соединены соответственно со входом первого и второго инверторов, выходы которых объединены соответственно с первыми выводами первого и второго резисторов, к вторым выводам которых подключен источник питания +5 В, а также с первым и вторым входами первого диодного моста, первый выход которого соединен с катодом фотодиода первого оптрона, первым выводом первого конденсатора и коллектором первого транзистора, второй выход первого диодного моста через третий резистор подключен к второму выводу первого конденсатора, аноду фотодиода второго оптрона и второму входу светодиода оптоэлектронного переключателя-инвертора, причем аноды светодиодов первого и второго оптронов подключены к земле, а их катоды присоединены, соответственно, к коллекторам третьего и второго транзисторов, анод фотодиода первого оптрона и катод фотодиода второго оптрона объединены и подключены к базе первого транзистора, эмиттер которого соединен с первым входом светодиода оптоэлектронного переключателя-инвертора, к выходу которого через десятый резистор подключен источник питания +5 В, и вход третьего инвертора, к выходу которого через одиннадцатый резистор, подключен источник питания +5 В, а также четыре входа элемента И - НЕ; на выходе элемента И - НЕ формируется выходной сигнал U_вых; выход элемента И - НЕ через двенадцатый резистор подключен к источнику питания +5 В; выходной сигнал U_вых через шестой конденсатор и второй диодный мост подключен к первому выводу третьего конденсатора; шестой вход схемы ЗАП через второй конденсатор соединен с вторым диодным мостом; сигнал на входе ЗАП представляет собой импульс отрицательной полярности, который заряжает третий конденсатор до отрицательного напряжения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для обеспечения безопасности аппаратуры железнодорожной автоматики.

Известен безопасный логический элемент (SU, авторское свидетельство СССР N 1499479, кл. H 03 K 19/00,1989), в котором четыре конденсатора, четыре диода, два транзистора, семь резисторов и пороговое устройство обеспечивают выполнение логической функции "И". Однако, схема этого устройства имеет низкую достоверность функционирования и потребляет электроэнергию даже при отсутствии входных логических сигналов.

Прототипом заявленного устройства может служить безопасный логический элемент (SU, авторское свидетельство N 1707756 A1, H 03 K 19/00, 19/082, заявлено 20.03.90, опубликовано 23.01.92, Бюл. N 3). В состав прототипа входят семь резисторов, пять конденсаторов, четыре диода, два транзистора, светодиод и пороговый элемент. Устройство имеет три входа и один выход. На вход 23 подается сигнал контрольной частоты, а на входы 3 и 4 поступают сигналы, над которыми выполняется логическая функция "И". Логической единице "1" соответствует выходной сигнал, частота которого должна совпадать с соответствующим параметром сигнала на входе 23. Логическому "0" соответствует отсутствие выходного сигнала контрольной частоты. Были проведены испытания работы безопасного логического элемента. Испытания показали, что схема прототипа имеет ряд существенных недостатков, которые не позволяют использовать ее для контроля систем железнодорожной автоматики:

1. При проведении температурных испытаний была отмечена неустойчивая работа устройства при температуре ниже t = (-5) - (-10)^oC.

2. Форма импульсов сигнала контрольной частоты на входе и выходе схемы имела значительные отличия. При скважности входного сигнала Q_вх=2, скважность сигнала на выходе схемы была Q_вых >> 2.

3. Выходной сигнал схемы безопасного логического элемента имел малую мощность, что не позволяет использовать его для контроля устройств железнодорожной автоматики.

Технический эффект изобретения состоит в совершенствовании рабочих характеристик схемы и повышении надежности ее работы. Заявленное устройство предназначено для обеспечения безопасности и позволяет обнаружить отказы в дублированной аппаратуре систем железнодорожной автоматики. Устройство проверяет совпадение динамических информационных сигналов в контрольных точках для двух одинаковых комплектов диагностируемого оборудования, которые работают синхронно. При этом реализуется логическая функция "И".

Схема устройства показана на чертеже. Для достижения технического результата в схему устройства введены дополнительные блоки: два элемента "И" 12 и 16; три инвертора 13, 17, 26; шесть резисторов 14, 18, 19, 25, 27, 29; два диодных моста 15 и 31; два диодных оптрона 21, 22; транзистор 23; оптоэлектронный переключатель-инвертор "ИЛИ-НЕ" с гальванической развязкой по входу 24; элемент "И-НЕ" 28; три конденсатора 20, 30, 32; источник питания +5 В.

Схема контроля имеет шесть входов и один выход. На первый и второй входы схемы контроля подаются сигналы контрольной частоты: сигнал U_вх и инверсный сигнал . На третий вход устройства поступает управляющий сигнал "РАЗР" логической "1", который разрешает работу схемы контроля, на четвертый и пятый входы поступают динамические информационные сигналы: КТ - с контрольной точки первого комплекта диагностируемой аппаратуры, инверсный сигнал с контрольной точки второго комплекта диагностируемой аппаратуры (резерва), на шестой вход - сигнал ЗАП запуска работы схемы. Сигнал ЗАЛ подается однократно при включении, после того как будут выставлены сигналы на всех остальных входах схемы. Сигнал ЗАЛ представляет собой импульс отрицательной полярности. На выходе схемы контроля формируется сигнал U_вых. Если дублированная система исправна, то сигналы с контрольных точек первого и второго комплекта диагностируемой аппаратуры совпадают. В этом случае входы КТ и соответствуют прямому и инверсному сигналам, и на выходе схемы U_вых формируется сигнал, который имеет такую же частоту, что и сигнал на входе схемы контроля U_вх. Если аппаратура дублированной системы неисправна, то сигналы в одной из контрольных точек будут отличаться. Если нарушено соответствие сигналов КТ и или неисправна схема контроля, то на выходе схемы U_вых отсутствует сигнал контрольной частоты.

Противофазные динамические информационные сигналы КТ и поступают на один из входов первого и второго элементов "И" 12 и 16 соответственно, а на их объединенный второй вход подается статический сигнал РАЗР. Первый и второй элементы "И" соединены соответственно с входом первого и второго инверторов 13 и 17, к выходу которых через первый и второй резисторы 14 и 18 подключен источник питания +5 В. Выходы первого 13 и второго 17 инверторов подсоединены к входам первого диодного моста 15, на выводах которого они создают постоянное напряжение. Это напряжение прикладывается к коллектору первого транзистора 23. Нагрузкой транзистора 23 служит светодиод оптоэлектронного переключателя-инвертора 24. При поступлении импульса ЗАП через второй конденсатор 32 и второй диодный мост 31 происходит зарядка третьего конденсатора 11. На конденсаторе 11 формируется отрицательное напряжение, которое через четвертый и пятый резисторы 5 и 9 запитывает эмиттеры второго и третьего транзисторов 4 и 8. База второго и третьего транзисторов соответственно через шестой и седьмой резисторы 3 и 10 подключена к земле. Противофазные входные сигналы контрольной частоты U_вх и через четвертый и пятый конденсаторы 1 и 6 и восьмой и девятый резисторы 2 и 7 подаются на коллекторные входы второго и третьего транзисторов 4 и 8, что вызывает коммутацию их ключей и приводит к протеканию токов через подключенные к ним первый и второй оптроны 21 и 22. К анодам светодиода и фотодиода первого оптрона 21 подключены, соответственно, земля и база первого транзистора 23. Катоды светодиода первого оптрона подключены к первому выходу первого диодного моста 15, катод фотодиода первого оптрона присоединен к коллектору третьего транзистора 8. К анодам светодиода и фотодиода второго оптрона 22 подключены, соответственно, земля и объединенный выход первого конденсатора 20, третьего сопротивления 19 и второй вход оптоэлектронного переключателя-инвертора 24. Катоды светодиода и фотодиода второго оптрона 22 соединены, соответственно, с коллектором второго транзистора 4 и базой первого транзистора 23, к выходу которого подключен первый вход оптоэлектронного переключаталя-инвертора 24. К выходу блока 24 через десятый резистор 25 подключен источник питания +5В. На выходе переключателя-инвертора 24 формируется импульсный сигнал контрольной частоты U_вых, который подается на вход третьего инвертора 26. Выход третьего инвертора 26 через одиннадцатый резистор 27 подключен к источнику питания +5В и четырем входам элемента "И-НЕ" 28, который работает как мощный инвертор. К выходу элемента 28 через двенадцатый резистор 29 подключен источник питания +5В. Блоки 24-29 предназначены для усиления выходного сигнала. На выходе элемента 28 формируется выходной сигнал U_вых. Этот сигнал через шестой конденсатор 30 и второй диодный мост 31 подключен к объединенному входу третьего конденсатора 11 и четвертого 5 и пятого 9 резисторов. На выходе схемы формируется сигнал контрольной частоты U_вых, который сигнализирует об исправном состоянии диагностируемой аппаратуры.

Схема работает следующим образом. На входы КТ и подаются сигналы с первого и второго комплектов диагностируемой аппаратуры, которые работают синхронно в горячем резерве. На входы U_вх и подаются противофазные сигналы контрольной частоты. На входе РАЗР выставляется статический уровень логической "1". После этого однократно подается импульс отрицательной полярности на входе ЗАП. Сигнал ЗАП создает отрицательное напряжение на третьем конденсаторе 11, который подает его в качестве питающего на второй и третий транзисторы 4 и 8. Транзисторы 4 и 8, в свою очередь, включают ток в первом и втором оптронах диодах 21 и 22 и с их помощью коммутируют транзистор 23. Сигналы КТ и после логического умножения на сигнал РАЗР и усиления в блоках 12-14 и 16-18, соответственно, подаются на входы первого диодного моста 15. Поскольку сигналы на входах первого диодного моста 15 действуют в противофазе, то на его выходах создается постоянное напряжение. Выход первого диодного моста 15 управляет протеканием тока через первый и второй оптроны 21 и 22 и транзистор 23. На эмиттере транзистора 23 формируется сигнал с контрольной частотой U_вх Этот сигнал после усиления в блоках 24-29 поступает на выход схемы контроля и поддерживает необходимое для работы схемы отрицательное напряжение на третьем конденсаторе 11.

Рассогласование сигналов на входах КТ и приведет к пропаданию постоянного напряжения на выходе диодного моста 15, будет перекрыт ток в оптронах 21 и 22 и транзисторе 23. Отсутствие сигнала контрольной частоты на выходе схемы контроля U_вых вызовет разряд конденсатора 11 и перекроет ток через второй и третий транзисторы 4 и 8. Схема контроля перейдет в пассивное состояние, когда отсутствует выходной сигнал контрольной частоты.

Если отсутствуют противофазные входные контрольные сигналы U_вх или , то прекращается ток через второй и третий транзисторы 4 и 8, первый и второй оптроны 21 и 22 и первый транзистор 23. Это приведет к исчезновению сигнала контрольной частоты на выходе оптоэлектронного переключателя-инвертора 24 и разряду конденсатора 11. Разряд третьего конденсатора 11 перекроет ток через второй и третий транзисторы 4 и 8. Схема контроля перейдет в пассивное состояние. Активизировать схему контроля можно только восстановив входные сигналы и подав импульс ЗАП.

Элементы схемы контроля могут быть реализованы с помощью следующих микроэлектронных компонентов: блоки 12 и 16 - микросхемами 533ЛИ1; блоки 13 и 17 - микросхемами 133ЛН3; блок 24 - микросхемой 249ЛП1А; блок 26 - микросхемой 533ЛН1; блок 28 - микросхемой 533ЛА6; блоки 15 и 31 - диодным мостом КД906А; оптроны 21 и 22 - оптроном АОФ101А; блоки 23, 8 и 4 - транзисторами 2Т3102В; блоки 2, 7, 25, 27, 29 - резисторами 910 Ом; блоки 14, 18 - резисторами 220 Ом; блоки 5, 9, 19 - резисторами 100 Ом; блоки 11, 20, 30, 32 - конденсаторами 1 мкФ; блоки 1,6 - конденсаторами 680 пФ.

Условные обозначения элементов схемы:

1, 6, 20, 30, 32 - конденсаторы,

2, 3, 5, 7, 9, 10, 14, 18, 19, 25, 27, 29 - резисторы,

4, 8, 23 - транзисторы,

12, 16 - элементы "И";

13, 17 - элементы "И" с инверсией;

15, 31 - диодные мосты;

21, 22 - оптроны;

24 - переключатель-инвертор "ИЛИ-НЕ" с гальванической развязкой по входу;

26 - инвертор;

28 - элемент "И-НЕ".