способ управления группой электромагнитных механизмов, преимущественно запорных клапанов, и устройство для его реализации

Формула изобретения

1. Способ управления группой электромагнитных механизмов, преимущественно запорных клапанов, включающий подачу на электромагнитные механизмы клапанов напряжений от основного и дополнительного источников напряжения постоянного тока при поступлении сигналов управления открытия клапанов, прекращение подачи напряжения на электромагнитные механизмы клапанов от дополнительного источника напряжения постоянного тока после выдержки времени, достаточной для открытия клапанов, удержание клапанов в открытом состоянии путем подачи на электромагнитные механизмы клапанов напряжения только от основного источника напряжения постоянного тока, прекращение подачи напряжения на электромагнитные механизмы клапанов от основного источника напряжения постоянного тока при поступлении сигнала управления закрытия клапана, отличающийся тем, что формируют сигналы управления клапанами в виде последовательного кода, которые передают и принимают по технологической информационной сети, формируют сигналы наличия тока в цепях подачи напряжения на электромагнитные механизмы клапанов от дополнительного источника напряжения постоянного тока, формируют сигналы наличия напряжения в цепях подачи напряжения на электромагнитные механизмы клапанов от основного источника напряжения постоянного тока; при превышении заданного значения тока в цепях основного и дополнительного источников напряжения постоянного тока основной и дополнительный источники напряжения постоянного тока переключают из режима стабилизации напряжения в режим стабилизации тока, по сигналам наличия тока в цепях подачи напряжения на электромагнитные механизмы от дополнительного источника напряжения постоянного тока и наличия напряжения в цепях подачи напряжения на электромагнитные механизмы от основного источника напряжения постоянного тока формируют информационные сигналы о состоянии электромагнитных механизмов клапанов в виде последовательного кода для передачи по технологической информационной сети, в передаваемой информации контролируют появление тока в целях дополнительного и появление напряжения в цепях основного источников напряжения постоянного тока, совпадение во времени и продолжительность совпадения во времени появления тока в цепях дополнительного и появления напряжения в цепях основного источников напряжения постоянного тока, по которым определяют состояние клапана.

2. Устройство управления группой электромагнитных механизмов, преимущественно запорных клапанов, содержащее основной и дополнительный источники напряжения постоянного тока, таймер и на каждый электромагнитный механизм два управляемых ключа со своими узлами управления и два разделительных диода, причем основной и дополнительный источники напряжения постоянного тока соединены с входами соответствующих управляемых ключей, управляющие входы которых соединены с выходами узлов управления, выходы управляемых ключей основного источника напряжения постоянного тока соединены через разделительные диоды с электромагнитными механизмами, отличающееся тем, что в него дополнительно введены модуль удаленного ввода-вывода, выполненный с возможностью дистанционного приема и передачи информации в виде сигналов последовательного кода, преобразования принятых сигналов последовательного кода в сигналы управления электромагнитными механизмами, преобразования информационных сигналов состояния клапанов в сигналы последовательного кода для передачи по информационной технологической сети, и на каждый электромагнитный механизм - резистор, два формирователя сигналов включения электромагнитного механизма клапана, логическая схема ИЛИ-НЕ, три логических схемы И и R-S-триггер, причем катоды первых и вторых разделительных диодов соединены между собой и с первыми выводами электромагнитных механизмов, а аноды первых разделительных диодов соединены с первыми входами первых формирователей сигналов включения электромагнитных механизмов, аноды вторых разделительных диодов соединены с первыми выводами резисторов и с первыми входами вторых формирователей сигналов включения электромагнитных механизмов, вторыми выводами резисторы соединены со вторыми входами вторых формирователей сигналов включения электромагнитных механизмов и через вторые управляемые ключи - с дополнительным источником напряжения постоянного тока, вторые входы первых формирователей сигналов включения электромагнитных механизмов соединены со вторыми выводами электромагнитных механизмов, соединенными со вторыми выводами основного и дополнительного источников напряжения постоянного тока, управляющие входы первых узлов управления соединены с управляющими выходами модуля удаленного ввода-вывода, а управляющие входы вторых узлов управления соединены с выходами первых логических схем И, первые входы первых логических схем И соединены с управляющими выходами модуля удаленного ввода-вывода, а вторые - с выходом таймера, вход таймера соединен с выходом модуля удаленного ввода-вывода, выходы первых формирователей сигналов включения электромагнитных механизмов соединены с входами R R-S-триггеров и с первыми входами логических схем ИЛИ-НЕ, выходы вторых формирователей сигналов включения электромагнитных механизмов соединены с первыми входами вторых и третьих логических схем И и со вторыми входами логических схем ИЛИ-НЕ, выходы которых соединены с входами S R-S-триггеров, вторые входы вторых и третьих логических схем И соединены соответственно с прямыми и инверсными выходами R-S-триггеров, выходы вторых и третьих логических схем И, на которых формируются сигналы, несущие информацию о состоянии клапанов, соединены с входами модуля удаленного ввода-вывода, модуль удаленного ввода-вывода имеет выводы порта последовательного ввода-вывода для подключения к технологической информационной сети.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что в качестве модуля удаленного ввода-вывода используется микроконтроллер.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к энергомашиностроению, более узко к системам управления исполнительными механизмами с электромагнитными приводами постоянного тока, например, устанавливаемыми на различных трубопроводах запорными клапанами.

Изобретение может найти широкое применение в автоматизированных системах контроля, например, для доставки контролируемых сред в измерительные камеры радиометрических и гамма-спектрометрических анализаторов.

Известен способ управления электромагнитным механизмом постоянного тока и устройство для его реализации, в котором для снижения потребляемой мощности на электромагнитный механизм при включении в работу сначала подают напряжение от основного и дополнительного источников напряжения постоянного тока, а затем, после выдержки времени, достаточной для включения электромагнита в работу, дополнительный источник напряжения постоянного тока отключают и удерживают электромагнит в рабочем состоянии подачей на него напряжения только от основного источника постоянного тока, для вывода электромагнитного механизма из работы прекращают подачу на него напряжения от основного источника постоянного тока [1].

Устройство содержит основной и дополнительный источники питания постоянного тока, два коммутатора и автоматический блок управления, обеспечивающий подключение источников питания к электромагнитному механизму по определенному алгоритму.

Недостатками этих способа и устройства является то, что это устройство обеспечивает управление только одним электромагнитным механизмом и для управления группой электромагнитных механизмов необходимо иметь группу устройств управления, кроме того, эти способ и устройство не обеспечивают формирование информации о состоянии электромагнитного механизма (включен-выключен-неисправен), дистанционный прием управляющей информации и дистанционную передачу информации о состоянии электромагнитного механизма по линии связи с минимальным количеством проводников, не зависящим от числа электромагнитных механизмов.

Известны также способ управления электромагнитным механизмом и устройство для его реализации, обеспечивающие возможность управления несколькими электромагнитными механизмами, в которых также для снижения потребляемой мощности используются основной источник напряжения постоянного тока, работающий в режиме удержания электромагнита во включенном состоянии, и дополнительные источники напряжения постоянного тока по числу электромагнитных механизмов с выходными напряжениями, большими, чем у основного источника, используемые для включения электромагнитов в работу [2]. В этом способе для включения в работу на каждый электромагнитный механизм сначала подают напряжение от двух источников напряжения постоянного тока - от общего основного и своего дополнительного, а после выдержки времени, достаточной для включения электромагнита в работу, прекращают подачу напряжения от дополнительного источника постоянного тока и удерживают электромагнит в рабочем состоянии подачей на него напряжения только от основного источника напряжения постоянного тока, для вывода электромагнитного механизма из работы прекращают подачу на него напряжения от основного источника постоянного тока.

Устройство содержит основной источник напряжения постоянного тока и на каждый электромагнит - дополнительный источник напряжения постоянного тока и два коммутатора.

Недостатком этих способа и устройства является большое количество дополнительных источников постоянного тока при управлении большим количеством электромагнитных механизмов, кроме того, они не обеспечивают формирование информации о состоянии электромагнитного механизма (включен-выключен-неисправен), дистанционный прием управляющей информации и дистанционную передачу информации о состоянии электромагнитного механизма по линии связи с минимальным количеством проводников, не зависящим от числа электромагнитных механизмов.

Наиболее близкими по технической сущности и достигаемому результату являются способ управления электромагнитными механизмами и устройство для его реализации [3] с одним основным и одним дополнительным источниками напряжения постоянного тока.

В этом способе на включаемый в работу электромагнитный механизм при поступлении управляющего сигнала его включения сначала подают напряжение от двух источников напряжения постоянного тока - от основного и дополнительного, а после выдержки времени, достаточной для включения электромагнита в работу, прекращают подачу напряжения от дополнительного источника напряжения постоянного тока и удерживают электромагнит в рабочем состоянии путем подачи напряжения только от основного источника напряжения постоянного тока, для вывода электромагнитного механизма из работы прекращают подачу напряжения от основного источника напряжения постоянного тока.

Устройство содержит основной источник напряжения постоянного тока, дополнительный источник напряжения постоянного тока, состоящий из зарядного устройства и накопительного конденсатора, и, по количеству электромагнитных механизмов, - блоки управления, каждый из которых включает в себя два управляемых ключа со своими узлами управления и таймер. Командные сигналы поступают на узлы управления каждого электромагнита по своему проводнику, причем на узел управления второго ключа - через таймер. Между источниками напряжения и обмоткой управляемого электромагнитного механизма включены разделительные диоды. Таймер задает время включения электромагнитного механизма.

Недостатками этих способа и устройства являются то, что они не обеспечивают формирование информации о состоянии электромагнитного механизма (включен-выключен-неисправен), дистанционный прием управляющей информации и дистанционную передачу информации о состоянии электромагнитного механизма по линии связи с минимальным количеством проводников, не зависящим от числа электромагнитных механизмов. Это особенно существенно при использовании таких способа и устройства для управления электромагнитными механизмами запорных клапанов в системах доставки контролируемых сред в измерительные камеры радиометрических и гамма-спектрометрических анализаторов. В таких системах количество клапанов достаточно большое, информация о состоянии клапанов (открыт, закрыт, неисправен) необходима, а устройства управления клапанами, формирующие напряжения постоянного тока включения и удержания во включенном состоянии электромагнитных механизмов клапанов, достаточно удалены от компьютера, управляющего работой клапанов и по командам которого формируются сигналы управления клапанами.

Задача, на решение которой направлены изобретения, - создание способа дистанционного управления электромагнитными механизмами, преимущественно запорными клапанами, и устройства для его реализации для применения в автоматизированных системах доставки контролируемых сред в измерительные камеры радиометрических и гамма-спектрометрических анализаторов, обеспечивающих прием управляющей информации, управление клапанами, формирование информации о состоянии клапанов и передачу информации о состоянии клапанов.

Технический результат, достигаемый изобретениями, - обеспечение управления группой электромагнитных механизмов, преимущественно запорных клапанов, формирование информации о состоянии каждого запорного клапана (открыт-закрыт-неисправен), дистанционный прием управляющей информации и дистанционная передача информации о состоянии клапанов по линии связи с минимальным количеством проводников, независящим от числа клапанов.

Технический результат достигается тем, что в способе управления группой электромагнитных механизмов, преимущественно запорных клапанов, включающем подачу на электромагнитные механизмы напряжений от основного и дополнительного источников напряжения постоянного тока при поступлении сигналов управления открытия клапанов, прекращение подачи напряжения на электромагнитные механизмы от дополнительного источника напряжения постоянного тока после выдержки времени, достаточной для открывания клапанов, удержание клапана в открытом состоянии путем подачи на электромагнитные механизмы напряжения только от основного источника напряжения постоянного тока, прекращение подачи на электромагнитные механизмы напряжения от основного источника напряжения постоянного тока при поступлении сигнала управления закрытия клапанов, формируют сигналы управления клапанами в виде последовательного кода, поступающие по технологической информационной сети. Формируют сигналы наличия тока в цепях подачи напряжения на электромагнитные механизмы от дополнительного источника напряжения постоянного тока и сигналы наличия напряжения в цепях подачи напряжения на электромагнитные механизмы от основного источника напряжения постоянного тока. При превышении заданного значения тока в цепях основного и дополнительного источников напряжения постоянного тока основной и дополнительный источники напряжения постоянного тока переводят из режима стабилизации напряжения в режим стабилизации тока. По сигналам наличия тока в цепях подачи напряжения на электромагнитные механизмы от дополнительного источника напряжения постоянного тока и наличия напряжения в цепях подачи напряжения на электромагнитные механизмы от основного источника напряжения постоянного тока формируют информационные сигналы о состоянии электромагнитных механизмов клапанов в виде сигналов последовательного кода для передачи по технологической информационной сети. В передаваемой информации контролируют появление тока в цепях дополнительного, появление напряжения в цепях основного источников напряжения постоянного тока, совпадение во времени и продолжительность совпадения во времени появления тока в цепях дополнительного и появления напряжения в цепях основного источников напряжения постоянного тока, по которым определяют состояние клапана: открыт, закрыт, неисправен и причину неисправности.

Технический результат в устройстве достигается тем, что в устройство для управления группой электромагнитных механизмов, преимущественно запорных клапанов, содержащее основной и дополнительный источники напряжения постоянного тока, таймер и на каждый электромагнитный механизм - два управляемых ключа со своими узлами управления и два разделительных диода, в котором основной и дополнительный источники напряжения постоянного тока соединены с входами соответствующих управляемых ключей, управляющие входы которых соединены с узлами управления, выходы управляемых ключей основного источника напряжения постоянного тока соединены через разделительные диоды с электромагнитными механизмами, дополнительно введены модуль удаленного ввода-вывода и на каждый электромагнитный механизм - один резистор, два формирователя сигналов включения электромагнитного механизма клапана, одна логическая схема "ИЛИ-НЕ", три логические схемы "И" и один RS-триггер. Катоды первых и вторых разделительных диодов соединены между собой и с первыми выводами электромагнитных механизмов, а аноды первых разделительных диодов соединены с первыми входами первых формирователей сигналов включения электромагнитных механизмов. Аноды вторых разделительных диодов соединены с первыми выводами резисторов и с первыми входами вторых формирователей сигналов включения электромагнитных механизмов; вторыми выводами резисторы соединены со вторыми входами вторых формирователей сигналов включения электромагнитных механизмов и через вторые управляемые ключи - с дополнительным источником напряжения постоянного тока. Вторые входы первых формирователей сигналов включения электромагнитных механизмов соединены со вторыми выводами электромагнитных механизмов, соединенными со вторыми выводами основного и дополнительного источников напряжения постоянного тока. Управляющие входы первых узлов управления соединены с управляющими выходами модуля удаленного ввода-вывода, а управляющие входы вторых узлов управления соединены с выходами первых логических схем "И". Первые входы первых логических схем "И" соединены с управляющими выходами модуля удаленного ввода-вывода, а вторые - с выходом таймера, вход таймера соединен с выходом модуля удаленного ввода-вывода. Выходы первых формирователей сигналов включения электромагнитных механизмов соединены с входами "R" RS-триггеров и с первыми входами логических схем "ИЛИ-НЕ". Выходы вторых формирователей сигналов включения электромагнитных механизмов соединены с первыми входами вторых и третьих логических схем "И" и со вторыми входами логических схем "ИЛИ-НЕ", выходы которых соединены с входами "S" RS-триггеров. Вторые входы вторых и третьих логических схем "И" соединены соответственно с прямыми и инверсными выходами RS-триггеров. Выходы вторых и третьих логических схем "И", на которых формируются сигналы, несущие информацию о состоянии клапанов, соединены с входами модуля удаленного ввода-вывода. Модуль удаленного ввода-вывода имеет выводы порта последовательного ввода-вывода для подключения к технологической информационной сети, обеспечивающего прием и передачу информации по последовательной линии связи.

В качестве модуля удаленного ввода-вывода может использоваться микроконтроллер, обеспечивающий не только прием управляющей информации из информационной технологической сети, преобразование ее в сигналы управления открытием и закрытием клапанов, а также подготовку информации о состоянии клапанов к передаче в информационную технологическую сеть, но и формирование алгоритма управления клапанами, обработку информации о состоянии клапанов с формированием конечной информации о состоянии каждого клапана: "открыт", "закрыт", "в цепи электромагнитного механизма - короткое замыкание", "в цепи электромагнитного механизма - обрыв".

На чертеже представлена структурная схема устройства, реализующего заявляемые способ и устройство управления группой электромагнитных механизмов, преимущественно запорных клапанов.

Устройство управления группой электромагнитных механизмов, преимущественно запорных клапанов, состоит из основного 1 и дополнительного 2 источников напряжения постоянного тока, модуля удаленного ввода-вывода 18 и таймера 22. В устройство по числу электромагнитных механизмов включены: первые 3.1-3.N и вторые 4.1-4.N управляемые ключи, первые 5.1-5.N и вторые 6.1-6.N узлы управления, первые 7.1-7.N логические схемы "И", резисторы 8.1-8.N, первые 9.1-9.N и вторые 10.1-10.N разделительные диоды, электромагнитные механизмы 11.1-11.N, вторые 12.1-12.N и первые 13.1-13.N формирователи сигналов включения электромагнитных механизмов, логические схемы "ИЛИ-НЕ" 14.1-14.N, RS-триггеры 15.1-15.N, вторые 16.1-16.N и третьи 17.1-17.N логические схемы "И". Катоды первых 9.1-9.N и вторых 10.1-10.N разделительных диодов соединены между собой и с первыми выводами электромагнитных механизмов 11.1-11.N. Аноды первых 9.1-9.N диодов соединены с первыми входами первых 13.1-13.N формирователей сигналов включения электромагнитных механизмов и через первые 3.1-3.N управляемые ключи соединены с основным источником напряжения постоянного тока 1. Аноды вторых 10.1-10.N разделительных диодов соединены с первыми выводами резисторов 8.1-8.N и с первыми входами вторых 12.1-12.N формирователей сигналов включения электромагнитных механизмов. Вторыми выводами резисторы 8.1-8.N соединены с вторыми входами вторых 12.1-12.N формирователей сигналов включения электромагнитных механизмов и через вторые 4.1-4.N управляемые ключи соединены с дополнительным 2 источником напряжения постоянного тока. Вторые входы первых 13.1-13.N формирователей сигналов включения электромагнитов соединены со вторыми выводами электромагнитных механизмов 11.1-11.N, которые соединены также со вторыми выводами основного 1 и дополнительного 2 источников напряжения постоянного тока. Управляющие входы первых 5.1-5.N узлов управления соединены с управляющими выходами 19.1-19.N модуля 18 удаленного ввода-вывода, а управляющие входы вторых 6.1-6.N узлов управления соединены с выходами первых 7.1-7.N логических схем "И". Первые входы первых 7.1-7.N логических схем "И" соединены с управляющими выходами 19.1-19.N модуля 18 удаленного ввода-вывода, а вторые входы - с выходом таймера 22. Вход таймера 22 соединен с выходом управления 25 модуля удаленного ввода-вывода 18. Выходы первых 5.1-5.N и вторых 6.1-6.N узлов управления соединены с входами первых 3.1-3.N и вторых 4.1-4.N управляемых ключей соответственно. Выходы первых 13.1-13.N формирователей сигналов включения электромагнитных механизмов соединены с входами "R" RS-триггеров 15.1-15.N и с первыми входами логических схем "ИЛИ-НЕ" 14.1-14.N. Выходы вторых 12.1-12.N формирователей сигналов включения электромагнитных механизмов соединены с первыми входами вторых 16.1-16.N и третьих 17.1-17.N логических схем "И" и с вторыми входами логических схем "ИЛИ-НЕ" 14.1-14.N, выходы которых соединены с входами "S" RS-триггеров 15.1-15.N. Прямые выходы RS-триггеров 15.1-.15.N соединены со вторыми входами вторых 16.1-16.N логических схем "И", а инверсные выходы соединены со вторыми входами третьих 17.1-17.N логических схем "И". Выходы вторых 16.1-16.N и третьих 17.1-17.N логических схем "И", несущие информацию о состоянии электромагнитных механизмов клапанов, соединены соответственно с входами 20.1-20.N и 21.1-21.N модуля 18 удаленного ввода-вывода. Модуль 18 удаленного ввода-вывода имеет выводы 23, 24 последовательного порта ввода-вывода, обеспечивающего дистанционные прием и передачу информации в виде сигналов последовательного кода.

Способ управления электромагнитными механизмами, преимущественно запорными клапанами, осуществляется следующим способом.

Основной источник 1 напряжения постоянного тока формирует стабилизированное напряжение постоянного тока U1 удержания электромагнитного механизма клапана во включенном состоянии, гарантирующее удержание клапана в открытом состоянии. Дополнительный источник 2 напряжения постоянного тока формирует стабилизированное напряжение постоянного тока U2, обеспечивающее включение электромагнитного механизма, гарантирующее переключение клапана из закрытого в открытое состояние. При превышении токов в цепях электромагнитных механизмов заданного значения источники 1 и 2 автоматически переводят из режима стабилизации напряжения на режим стабилизации тока. Первые ключи 3.1-3.N, управляемые от модуля 18 удаленного ввода-вывода через узлы управления 5.1-5.N, обеспечивают подачу на электромагнитные механизмы 11.1-11.N напряжений U1 через разделительные диоды 9.1-9N. Вторые ключи 4.1-4.N, управляемые от модуля 18 удаленного ввода-вывода и таймера 22 через схемы "И" 7.1-7.N и узлы управления 6.1-6.N, обеспечивают подачу на электромагнитные механизмы 11.1-11.N напряжений U2 через разделительные диоды 10.1-10.N и резисторы 8.1-8.N.

Формирователи 12.1-12.N формируют выходные сигналы при появлении токов в цепях электромагнитных механизмов 11.1-11.N от напряжения U2 источника 2, так как на их входы, при открытых ключах 4.1-4.N, поступают падения напряжения от этих токов на резисторах 8.1-8.N. Формирователи 13.1-13.N формируют выходные сигналы при появлении напряжения U1 в цепях электромагнитных механизмов 11.1-11.N от источника 1, так как на их входы, при открытых ключах 3.1-3.N, поступает выходное напряжение источника 1. На выходах формирователей 12.1-12.N формируются сигналы высокого уровня "1" об отсутствии тока в цепях при закрытых ключах 4.1-4.N или при обрывах в электрических цепях электромагнитных механизмов 11.1-11.N. При наличии тока в цепях электромагнитных механизмов 11.1-11.N от источника 2, что возможно при открытых ключах 4.1-4.N и отсутствии обрывов в электрических цепях электромагнитных механизмов клапанов 11.1-11.N, на выходах формирователей 12.1-12.N формируются сигналы низкого уровня "0".

Формирователи 13.1-13.N формируют выходные сигналы высокого уровня "1" при отсутствии на их входах напряжения U1 от источника 1, т.е. при закрытых ключах 3.1-3.N, и низкого уровня "0" - при появлении на их входах напряжения U1 при открытых ключах 3.1-3.N.

На выходах логических схем "ИЛИ-НЕ" 14.1-14.N формируются сигналы высокого уровня "1" только при поступлении на оба их входа сигналов низкого уровня "0", т.е. при совпадении во времени сигналов о наличии напряжения U1 тока от напряжения U2 в электрических цепях электромагнитных механизмов 11.1-11.N. Во всех остальных случаях на выходах схем 14.1-14.N формируются сигналы низкого уровня "0".

На выходах логических схем "И" 16.1-16.N и 17.1-17.N формируются сигналы высокого уровня "1" только при поступлении на оба ее входа сигналов высокого уровня "1", во всех остальных случаях на ее выходах формируется сигнал низкого уровня "0".

Триггеры 15.1-15.N изменяют свое состояние только при изменении на одном из их входов сигнала низкого уровня "0" на сигнал высокого уровня "1". При этом на выходах триггеров 15.1-15.N сигналы изменятся на обратные: там, где был сигнал "0", будет сигнал "1", а там, где был сигнал "1", будет сигнал "0".

Модуль 18 принимает через выводы 23, 24 порта последовательного ввода-вывода управляющую информацию, передаваемую в виде сигналов последовательного кода для интерфейса RS-485, например, по двухпроводному электрическому кабелю информационной технологической сети. Принятая информация преобразуется в модуле 18 в сигналы управления электромагнитными механизмами клапанов, которые формируются на его выходах 19.1-19.N и на выходе 25 управления таймером 22. Информационные сигналы о состоянии клапанов, формируемые на выходах логических схем 16.1-16.N и 17.1-17.N, поступают на входы 20.1-20.N и 21.1-21.N модуля 18 и преобразуются в модуле 18 в сигналы последовательного кода для передачи через выводы 23, 24 по тому же кабелю информационной технологической сети.

Устройство работает следующим образом.

При отсутствии в информационной технологической сети управляющей информации, адресованной модулю 18, на его выводах 23, 24 порта последовательного ввода-вывода отсутствуют сигналы последовательного кода, инициирующие управление электромагнитными механизмами клапанов. На управляющих выходах 25 и 19.1-19.N модуля 18 не формируются сигналы управления таймером 22 и узлами управления 5.1-5.N. При этом на выходах логических схем 7.1-7.N также отсутствуют сигналы управления узлами 6.1-6.N. Ключи 3.1-3.N и 4.1-4.N при этом закрыты, а напряжения U1 и U2 от источников 1 и 2 не поступают на электромагнитные механизмы клапанов 11.1-11.N. При этом электромагнитные механизмы клапанов 11.1-11.N находятся в выключенном состоянии под действием блокировочных механизмов, например пружин, а клапаны находятся, соответственно, в закрытом состоянии. На выходах формирователей 12.1-12.N, 13.1-13.N формируются сигналы высокого уровня "1". При этом на выходах схем 14.1-14.N формируются сигналы низкого уровня "0". На выходах триггеров 15.1-15.N формируются сигналы: на прямых выходах - низкого уровня "0", а на инверсных - высокого уровня "1", так как на их входы "R" поступил сигнал высокого уровня "1" с выходов формирователей 13.1-13.N. На выходах схем 16.1-16.N формируются сигналы низкого уровня "0", так как на вторые их входы поступают сигналы низкого уровня "0" с прямых выходов RS-триггеров 15.1-15.N. На выходах схем 17.1-17.N формируются сигналы высокого уровня "1", так как на оба их входа поступают сигналы высокого уровня "1" с выходов формирователей 12.1-12.N и инверсных выходов триггеров 15.1-15.N. Таким образом, на входы 20.1-20.N и 21.1-21.N модуля 18 при закрытых клапанах поступят сигналы "0" и "1" соответственно. Эти сигналы преобразуются в модуле 18 в сигналы последовательного кода, формируемые на его выводах 23, 24, для дистанционной передачи информации в информационную технологическую сеть. Контролируя эту информацию, можно судить о закрытом состоянии каждого клапана.

При появлении управляющей информации в информационной технологической сети, адресованной модулю 18 и соответствующей открытию первого клапана, управляемого электромагнитным механизмом 11.1, на выводах 23, 24 порта последовательного ввода-вывода модуля 18 появляются сигналы последовательного кода, инициирующие включение электромагнитного механизма 11.1 на открытие первого клапана. При этом на управляющих выходах 19.1 и 25 модуля 18 сформируются сигналы управления таймером 22 и узлом 5.1. На выходе таймера 22 появится сигнал, который поступит на второй вход логической схемы 7.1, на первый вход которой поступил сигнал с выхода 19.1 модуля 18. На выходе схемы 7.1 появляется при этом сигнал управления узлом 6.1. На остальных выходах 19.2-19.N отсутствуют сигналы управления узлами 5.2 -5.N. При этом на выходах логических схем 7.2-7.N также отсутствуют сигналы управления узлами 6.2-6.N. Ключи 3.1 и 4.1 при этом открываются, а ключи 3.2 -3.N и 4.2-4.N остаются в закрытом состоянии. Напряжение U2 при этом поступает через открытый ключ 4.1 и разделительный диод 10.1 на электромагнитный механизм 11.1 первого клапана, а напряжение U1 через открытый ключ 3.1 и разделительный диод 9.1 также поступает на электромагнитный механизм 11.1. При этом электромагнитный механизм 11.1 включается на открытие первого клапана, а электромагнитные механизмы 11.2-11.N остаются в выключенном состоянии. На выходах формирователей 12.1 и 13.1 формируются сигналы низкого уровня "0", а на выходах формирователей 12.2-12.N, 13.2-13.N формируются сигналы высокого уровня "1". При этом на выходе схемы 14.1 формируется сигнал высокого уровня "1", a на выходах схем 14.2-14.N сохраняются сигналы низкого уровня "0". На выходах триггера 15.1 формируются сигналы: на прямом выходе - высокого уровня "1", а на инверсном - низкого уровня "0", так как на его вход "S" поступил сигнал "1". На выходах триггеров 15.2-15.N сохраняются сигналы: на прямых выходах - низкого уровня "0", а на инверсных - высокого уровня "1", так как на их входы "R" поступил сигнал "1". На выходе схемы 16.1 формируется сигнал "0", так как на ее входы поступили сигналы: "0" - с выхода формирователя 12.1 и "1" - с выхода триггера 15.1. На выходах схем 16.2 -16.N остаются также сигналы низкого уровня "0". На выходе 17.1 формируется сигнал низкого уровня, так как на его входы поступают сигналы низкого уровня "0" с выходов схемы 12.1 и инверсного выхода триггера 15.1. Таким образом, на входы 20.1 и 21.1 модуля 18 при открывании клапана поступят сигналы "0" и "0", а на входы 20.2-20.N, 21.2-21.N модуля 18 поступят сигналы "0" и "1". На выходах 23, 24 модуля 18 формируются информационные сигналы в виде последовательного кода, соответствующие открытию первого клапана. По окончании времени, заданного таймером 22, соответствующего гарантированному включению электромагнитного механизма 11.1, сигнал на выходе таймера 22 прекратится, а на выходе схемы 7.1 прекратится сигнал управления узлом 6.1 и закроется ключ 4.1. Напряжение U2 при этом перестанет поступать через разделительный диод 10.1, а напряжение U1 продолжает поступать через разделительный диод 9.1. При этом на выходе формирователя 12.1 появится сигнал "1", а на выходе схемы 16.1 изменится сигнал с "0" на "1". На выходе схемы 17.1 сигнал не изменится, так как на ее входы поступят сигналы "1" - с выхода схемы 12.1 и "0" - с инверсного выхода триггера 15.1. Таким образом, при удержании клапана в открытом состоянии на входы 20.1 и 21.1 модуля 18 поступят информационные сигналы "1" и "0" соответственно. Эти сигналы преобразуются в модуле 18 в сигналы последовательного кода, формируемые на его выводах 23, 24 в качестве дистанционно передаваемой модулем 18 информации через информационную технологическую сеть. Контролируя информацию о продолжительности формирования на входах 20.1, 21.1 модуля 18 кода "0", "0" и о появлении кода "1", "0", можно судить (при условии, что продолжительность формирования кода "0", "0" подтверждает открытие клапана) об открытом состоянии первого клапана, а при невыполнении этого условия - о закрытом состоянии клапана.

При появлении в информационной технологической сети управляющей информации, адресованной модулю 18, соответствующей закрытию первого клапана, на выводах 23, 24 порта последовательного ввода-вывода модуля 18 появляются сигналы последовательного кода, инициирующие закрытие первого клапана, управляемого электромагнитным механизмом 11.1. При этом на управляющем выходе 19.1 модуля 18 прекращается сигнал управления узлом 5.1 и ключ 3.1 закрывается. Напряжение U1 прекращает поступать на электромагнитный механизм 11.1, и первый клапан возвращается в закрытое состояние возвратным механизмом (пружиной). На выходах формирователей 12.1, 13.1 при этом формируются сигналы высокого уровня "1", а на выходе схемы 14.1 формируется сигнал низкого уровня "0", на выходах триггера 15.1 формируются сигналы: на прямом выходе - низкого уровня "0", а на инверсном - высокого уровня "1", так как на его вход "R" поступил сигнал "1" с выхода схемы 14.1. На выходе схемы 16.1 формируется сигнал низкого уровня "0", так как на второй ее вход поступил сигнал низкого уровня "0" с прямого выхода триггера 15.1, а на выходе схемы 17.1 формируется сигнал высокого уровня "1", так как на оба ее входа поступают сигналы высокого уровня "1" с выхода формирователя 12.1 и инверсного выхода триггера 15.1. Таким образом, на входы 20.1 и 21.1 модуля 18 при закрытом клапане поступят информационные сигналы "0" и "1" соответственно. Эти сигналы преобразуются в модуле 18 в последовательный код, формируемый на его выводах 23, 24 для дистанционной передачи информации через информационную технологическую сеть. Контролируя эту информацию, можно судить о закрытом состоянии каждого клапана.

Таким образом, при отсутствии неисправностей в цепях включения электромагнитного механизма 11.1 на входы 20.1, 21.1 модуля 18 в момент переключения клапана в открытое состояние поступают информационные сигналы в виде кода "0" и "0", при удержании клапана в открытом состоянии - в виде кода "1" и "0", а при закрытом состоянии клапана - в виде кода "0" и "1".

Аналогично устройство работает при появлении на выводах 23, 24 порта последовательного ввода-вывода модуля 18 информации об управлении другими клапанами.

При появлении управляющей информации в информационной технологической сети, адресованной модулю 18, соответствующей открытию К-го клапана с электромагнитным механизмом 11.К (К=1...N), на выводах 23, 24 порта последовательного ввода-вывода модуля 18 формируются сигналы последовательного кода, инициирующие открытие этого клапана. При этом на управляющих выходах 19.К и 25 модуля 18 появятся сигналы управления, а на соответствующих входах 20.К, 21.К модуля 18 могут появиться следующие комбинации логических сигналов:

1) при отсутствии неисправностей (обрывов и замыканий) в электрических цепях электромагнитного механизма 11.К на выходах формирователей 12.К, 13.К формируются сигналы низкого уровня "0". При этом на выходе схемы 14.К формируется сигнал высокого уровня "1", который поступает на вход "S" триггера 15.К. На выходах триггера 15.К формируются сигналы: на прямом выходе - "1", а на инверсном - "0". На выходах схем 16.К и 17.К формируются информационные сигналы - "0", "0", так как на их входы поступают сигналы низкого уровня "0" с выхода формирователя 12.К. Таким образом, на входы 20.К и 21.К модуля 18 при включении электромагнитного механизма 11.К, т.е. при открывании К-го клапана, поступят сигналы "0" и "0". Так как при удержании электромагнитного механизма клапана во включенном состоянии достаточно действия напряжения удержания, то через промежуток времени, заданный таймером 22, обеспечивающий переключение клапана в открытое состояние, прекратится сигнал на выходе таймера 22 и, соответственно, на выходе схемы 7.К. На управляющий вход ключа 4.К перестанет поступать сигнал от узла управления 6.К. На выходе формирователя 12.К при этом появляется сигнал "1". Триггер 15.К при этом не изменит своего состояния, так как на его входы "R" и "S" поступят сигналы "0" и "0". На выходе схемы 17.К сохранится сигнал "0", а на выходе схемы 16.К появляется сигнал "1", так как на ее входы поступят сигналы: "1" - с прямого выхода триггера 15.К и "1" - с выхода формирователя 12.К. На входы 20.К, 21.К модуля 18 поступят при этом информационные сигналы "1" и "0" соответственно. Контролируя информацию, формируемую на выводах 23, 24 порта ввода-вывода модуля 18 в виде сигналов последовательного кода для передачи в информационную технологическую сеть, можно судить о продолжительности кода "0", "0 " на входах 20.К, 21.К модуля 18 до появления кода "1", "0". При этом можно определить, что при продолжительности кода "0", "0", обеспечивающей открытие К-го клапана, К-й клапан открыт, а при продолжительности кода "0", "0", не обеспечивающей открытие К-го клапана, К-й клапан закрыт;

2) при наличии неисправности в результате обрыва в цепях электромагнитного механизма 11.К клапана на выходе формирователя 12.К сигнал будет равен "1", так как на его входах при отсутствии тока в цепи электромагнита клапана сигнал будет равен нулю. На выходе формирователя 13.К сигнал будет равен "0", а так как на выходе схемы 14.К сигнал будет также равен "0", то триггер 15.К не изменит своего состояния и на его выходах будут сигналы: на прямом выходе - "0", а на инверсном - "1". На входы 20.К, 21.К модуля 18 поступят с выходов схем 16.К и 17.К (также как и при закрытом клапане) сигналы "0" и "1". Контролируя информацию, формируемую при этом на выводах 23, 24 порта последовательного ввода-вывода модуля 18 в виде сигналов последовательного кода для дистанционной передачи в информационную технологическую сеть, можно судить о наличии обрыва в цепях электромагнитного механизма 11.К клапана;

3) при наличии неисправности в результате короткого замыкания в цепях электромагнитного механизма 11.К клапана на выходе формирователя 12.К сигнал будет равен "0", так как на его входах присутствует сигнал от прохождения тока через управляемый ключ 4.К, разделительный резистор 8.К, диод 10.К и электромагнитный механизм 11.К клапана от источника 2, который при этом автоматически переключился в режим стабилизации тока. На выходе формирователя 13.К сигнал будет равен "1", так как на выходе источника 1, который при этом также автоматически переключился в режим стабилизации тока, напряжение практически равно 0, так как оно не превысит падения напряжения на открытом диоде 9.К. На выходе схемы 14.К сигнал при этом будет также равен "0", а триггер 15.К при этом сохранит состояние, которое он имел при закрытом клапане, так как на его вход "R" поступил сигнал "1" с выхода формирователя 13.К. На его выходах будут сигналы: на прямом выходе - "0", а на инверсном - "1". На входы 20.К, 21.К модуля 18 поступят с выходов схем 16.К и 17.К сигналы "0" и "0". Через промежуток времени, заданный таймером 22, прекратится сигнал на выходе схемы 7.К и на управляющий вход ключа 4.К перестанет поступать сигнал от узла управления 6.К. На выходе формирователя 12.К при этом появляется сигнал "1". Триггер 15.К при этом не изменит своего состояния, так как на его вход "R" продолжает поступать сигнал "1". При этом на выходе схемы 17.К сигнал изменится с "0" на "1", а на выходе схемы 16.К сохранится сигнал "0" и на входы 20.К, 21.К модуля 18 поступят те же сигналы, что и при закрытом клапане "0" и "1", соответственно. Контролируя информацию, формируемую при этом на выводах 23, 24 порта ввода-вывода модуля 18 в виде сигналов последовательного кода для дистанционной передачи в информационную технологическую сеть, можно определить наличие короткого замыкания в цепях электромагнитного механизма 11.К К-го клапана.

Так как запорные клапаны с электромагнитными механизмами, как правило, состоят из корпуса с двумя отверстиями и электромагнитного механизма, который состоит из плунжера с соленоидом и возвратного механизма (пружины), то практически всегда неисправности клапана связаны только либо с обрывом, либо с коротким замыканием в электрических цепях электромагнитного механизма или в линии связи с ним. Это позволяет иметь информацию о состоянии клапанов по комбинациям сигналов на соответствующих входах 20.1-20.К, 21.1-21.К модуля 18 удаленного ввода-вывода.

При наличии на выводах 23, 24 порта последовательного ввода-вывода модуля 18 сигналов последовательного кода, инициирующих открытие клапана, на входах 20.1-20.К и 21.1-21.К модуля 18 возможны следующие комбинации сигналов и их характеристики:

а) появление кода "0", "0" соответствует открытию клапана; при этом, если продолжительность кода "0", "0" соответствует заданному значению, гарантирующему открытие клапана, - клапан открылся;

б) код "1", "0" соответствует тому, что клапан удерживается в открытом состоянии;

в) код "0", "1" после появления кода "0", "0" соответствует тому, что в цепи электромагнитного механизма - короткое замыкание;

г) код "0", "1" при отсутствии кода "0", "0" соответствует тому, что в цепи электромагнитного механизма - обрыв;

д) если продолжительность кода "0", "0" меньше значения, гарантирующего открытие клапана, - клапан закрыт независимо от наличия кода "1", "0", соответствующего удержанию клапана в открытом состоянии.

При отсутствии на выводах 23, 24 порта последовательного ввода-вывода модуля 18 сигналов последовательного кода, инициирующих открытие клапана, код "0", "1" на входах 20.1-20.К, 21.1- 21.К модуля 18 соответствует закрытым всем К клапанам.

При использовании в качестве модуля ввода-вывода 18 микроконтроллера микроконтроллер выполнит функции постоянного контроля состояния клапанов и анализа состояния клапанов и каналов управления клапанами, сформирует конечную информацию: "клапан открыт", "клапан закрыт", "в цепи электромагнитного механизма короткое замыкание", "в цепи электромагнитного механизма обрыв". Кроме того, микроконтроллер может формировать сигналы повторного открывания клапанов, например, при их несанкционированном закрытии. Это существенно упростит алгоритмы управления и сократит объем передаваемой информации по информационной технологической сети.

Обеспечение в предлагаемых технических решениях формирования дистанционно передаваемой информации о состоянии клапанов при отсутствии датчиков состояния клапанов, приема управляющей информации и передачи информации о состоянии клапанов по линии связи с минимальным количеством проводников, независящим от числа клапанов, возможности своевременно отслеживать неисправности в клапанах позволяет создавать на основе этих решений системы управления электромагнитными клапанами, обладающие высокой информационной надежностью. Такие требования предъявляются, например, к системам обеспечения автоматизированной доставки контролируемых сред в измерительные камеры радиометрических и гамма-спектрометрических анализаторов.

Источники информации

1. Авторское свидетельство SU №558321, МКИ H 01 F 7/18,1977 г.

2. Патент RU №2092923, МПК H 01 F 7/18, 1997 г.

3. Патент RU №2180143, МПК H 01 F 7/18, 2002 г.