селектор каналов с максимальными положительными и отрицательными сигналами

Формула изобретения

Селектор каналов с максимальными положительными и отрицательными сигналами, содержащий по количеству каналов электрические цепи последовательно-соединенных анодов с катодами пар полупроводниковых диодов, на соединения которых подключены источники входных сигналов, а оставшиеся катоды одних и аноды других диодов соответственно объединены и подключены к симметрированным относительно общего провода резисторам нагрузки, отличающийся тем, что к аноду и катоду каждого диода подключены неинвертирующий и инвертирующий входы операционного усилителя-компаратора, выходы которых являются выходами селектора.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к промышленной автоматике и может быть использовано для выбора каналов с максимальными положительными и отрицательными сигналами при построении многоканальных систем контроля, управления и регулирования.

Известен диодный селектор максимальных положительных и отрицательных сигналов [1. Шнеерсон Э.М. Дистанционные защиты. - М.: Энергоатомиздат. 1986. - 448 с., 2. Устройства дистанционной н токовой защит типов ШДЭ2801, ШДЭ2802/ А.Н.Бирг, Г.Н.Нудельман, Э.К.Федоров и др. - М.: Энергоатомиздат, 1988. - 144 с.]. Данный селектор представляет собой многофазный двухполупериодный выпрямительный мост - совокупность по количеству входных сигналов параллельных цепей последовательно соединенных в одном направлении пар полупроводниковых диодов, т.е. анод одного (первого) диода соединен с катодом другого (второго) диода каждой пары. На данные соединения подключены источники входных сигналов, например непосредственно датчики или через дополнительные преобразователи. Катоды первых и аноды вторых диодов объединены в выходы максимальных по величине соответственно положительных и отрицательных входных сигналов. Селектор относительно общего провода (нейтрали) нагружен на два одинаковых сопротивления соответственно положительного и отрицательного плеч нагрузки по постоянному току. Схема диодного селектора является прототипом предлагаемого изобретения.

Однако данная схема, выявляя максимальные положительное на катодном и отрицательное на анодном соединениях диодов значения сигналов разных каналов, не позволяет селектировать каналы с максимальным положительным и максимальным отрицательным значениями сигнала.

Задачей заявленного решения является обеспечение выбора каналов селектора с максимальными положительным и отрицательным сигналами.

Это достигается тем, что к аноду и катоду каждого диода селектора максимальных положительных и отрицательных сигналов подключены неинвертирующий и инвертирующий входы операционного усилителя-компаратора. Входы компараторов к диодам могут быть подключены и противоположным указанному способом. Выходы указанных компараторов являются выходами предлагаемого селектора.

При использовании предлагаемого селектора для построения многоканальных систем сигналы выходов, дополнительно введенных, и схему диодного селектора компараторов, являющихся выходами предлагаемого селектора, управляют ключами или комбинационными логическими схемами каналов многоканальных систем сигнализации и контроля, управления и регулирования распределенного по пространству объекта заданного параметра. Управление сигналами с выходов компараторов конкретно осуществляется путем активизации каналов предлагаемого селектора с максимальными положительным и отрицательным сигналами, что эквивалентно максимальным положительному и отрицательному отклонениям от среднего значения распределенного по пространству объекта параметра или соответственно максимальному и минимальному значениям указанного параметра. Последнее является положительным эффектом использования многоканальных систем контроля и сигнализации в диспетчерском управлении объектами с распределенным по пространству параметром.

Для управления и регулирования распределенного по пространству объекта параметра предусматриваются ресурсы и силовые средства, позволяющие обеспечить использование этих ресурсов в соответствии с принятым алгоритмом управления (регулирования). Разрешенные алгоритмом воздействия многоканальной системы на силовые средства управления реализуют управление и регулирование интересующих параметров объекта. Размещение силовых средств управления и тем более ресурсов по пространству объекта является, как правило, иным и менее многочисленным по сравнению с измерением параметра, так что нескольким точкам измерения соответствует один или, по крайней мере, меньшее количество единиц регулировочных ресурсов и соответственно силовых средств управления. Следовательно, количество каналов многоканальных систем управления и регулирования всегда меньше, чем каналов систем контроля и сигнализации. Функционирование же многоканальных систем управления и регулирования аналогично функционированию многоканальных систем контроля и сигнализации, т.е. измеряется среднее значение распределенного параметра, но для управления используются максимальные положительное и отрицательное отклонения от среднего значения параметра не в отдельных точках объекта, а усредненные значения двух частных совокупностей точек, ассоциированных с предусмотренными ресурсами, и соответственно силовых средств управления, предназначенных для воздействия на снижение максимальной и увеличение минимальной величин усредненных совокупностей сигналов объекта или снижение максимальных положительного и отрицательного отклонений соответственно усредненных величин двух совокупностей сигналов объекта от среднего значения всех сигналов объекта. Воздействия на силовые средства управления обеспечивают регулирование значений параметра как во всей частной совокупности точек, связанных с конкретным силовым средством управления, так и изменение значений параметра во всей совокупности точек объекта.

Для реализации алгоритма управления регулирования по максимальным положительному и отрицательному усредненным для частной совокупности отклонений от среднего значения параметра объекта необходимо использование предлагаемого селектора, на входы которого подаются усредненные положительные и отрицательные отклонения значений интересующего параметра объекта от его среднего, а на выходах (компараторах) активизируются только два управляющих сигнала с максимальными положительным и отрицательным отклонениями в каналах селектора. Благодаря этому непрерывно осуществляется снижение значения параметра в совокупности точек объекта, где усредненное по совокупности значение этого параметра максимально и ассоциировано с силовым средством управления и каналом селектора с максимальным положительным отклонением. Также соответственно будет происходить повышение значения параметра в другой совокупности точек объекта, где усредненное по совокупности значение этого параметра минимально и ассоциировано с силовым средством управления и каналом селектора с максимальным отрицательным отклонением. При регулировании значения параметра в точках объекта будут меняться каналы селектора с максимальным положительным, максимальным отрицательным отклонениями или синфазно каналы селектора с максимальным положительным и отрицательным отклонениями. Благодаря активизации введенных в состав селектора компараторов будут функционировать также силовые средства управления, через которые будет продолжаться уменьшение и увеличение значений параметра объекта, но теперь уже в других двух совокупностях точек объекта.

При подключении неинвертирующего входа компараторов к аноду диодов смещение, обусловленное положительной обратной связью, должно при нулевом входном сигнале обеспечить на выходе компараторов отрицательный сигнал или сигнал малого уровня, а максимальный положительный входной сигнал канала селектора - положительный управляющий сигнал или сигнал большого уровня на выходе компаратора данного канала, подключенного к диоду этого канала с объединенным анодом. Максимальный по величине отрицательный входной сигнал канала селектора вызовет положительный управляющий сигнал или сигнал малого уровня на выходе другого компаратора этого канала, подключенного к диоду этого канала с объединенным катодом. Таким образом, компараторы, подключенные к диодам с объединенным катодом, выдают положительный сигнал или сигнал большого уровня для канала с максимальным значением тока каналов в положительном направлении (к сопротивлению положительного плеча нагрузки селектора). Аналогично компараторы, подключенные к диодам с объединенным анодом, выдают положительный сигнал или сигнал большого уровня для канала с максимальным значением токов каналов, но в противоположном отрицательном направлении (от сопротивления отрицательного плеча нагрузки селектора к источникам сигналов каналов).

Далее изобретение поясняется схемой, состоящей из ряда по количеству каналов многоканальных систем сигнализации или управления цепей последовательно соединенных анодов диодов 1 и катодов диодов 2, резисторов положительного 3 и отрицательного 4 плеч нагрузки относительно нейтрали, источников входных сигналов 5, непосредственно датчиков или через промежуточные преобразователи, компараторов 6 и 7, входы которых непосредственно подсоединены к анодам и катодам диодов 2 и 1. Катоды диодов 1 объединены и соединены с резистором 3 положительного плеча нагрузки селектора. Аноды диодов 2 объединены и соединены с резистором 4 отрицательного плеча нагрузки селектора. Выходы компараторов 7 являются выходами положительных сигналов каналов селектора, а выходы компараторов 6 являются выходами отрицательных сигналов каналов селектора. Показанное на схеме направление сигналов является положительным. В качестве компараторов могут быть использованы операционные усилители. Источниками входных сигналов являются любые источники напряжений, в частности источники отклонений сигналов каналов от их среднего значения.

При положительных сигналах на всех каналах все диоды 2 закрыты. Диоды 1 также все, кроме одного, относящегося к каналу с максимальным сигналом, закрыты. Диод 1, к которому приложен максимальный положительный сигнал, открыт. На нем имеет место прямое падение напряжения 0,3-0,5 В, которое гарантировано переводит компаратор 7, включенный на его зажимы, в состояние с большим (положительным) уровнем сигнала. На всех остальных закрытых диодах 1 и всех диодах 2 схемы имеет место обратное напряжение, которое противоположно по полярности напряжению открытого диода. Поэтому переводит включенные на эти напряжения компараторы 6 и 7 в состояние с малым (отрицательным) уровнем сигнала. Таким образом, компаратор 7 открытого диода 1 селектирует открытое состояние диода и, следовательно, сигнализирует канал селектора с максимальным значением сигнала.

Аналогично, при всех отрицательных сигналах, подаваемых на каналы селектора, один из диодов 2, на который подается наибольший отрицательный сигнал, будет открыт. На нем будет прямое падение напряжения 0,3-0,5 В. Это обусловит переход компаратора 6, подключенного к этому диоду, в положение с большим (положительным) уровнем сигнала на его выходе. Диоды 2 остальных каналов, равно как и диоды 1 всех каналов будут закрыты, и компараторы 6 и 7, включенные на их анодные и катодные выводы, будут в положении с меньшим (отрицательным) уровнем сигнала на выходе. Следовательно, канал селектора с наибольшим отрицательным сигналом будет выявлен компаратором 6 этого канала.

Анализ показывает, что при смешанных положительных и отрицательных входных сигналах в каналах селектора, прикладываемых соответственно к диодам, два диода разных каналов (с обозначениями 1 и 2), к которым приложены максимальные значения соответственно положительных и отрицательных напряжений, открыты. Все же остальные диоды при этом закрыты разностью между напряжениями своих каналов и максимальными напряжениями соответственно положительными на объединенных катодах и отрицательными сигналами на объединенных анодах. Компараторы, подключенные к открытым диодам, будут в состоянии с большим (положительным) уровнем сигнала на их выходах. Остальные компараторы, подключенные к закрытым диодам, будут в состоянии с низким (отрицательным) уровнем сигнала на их выходах. Таким образом будут выделены каналы с максимальным положительным и отрицательным сигналами на компараторах 7 и 6.

Если на входы 5 заявляемого селектора подать конкретные сигналы однотипного параметра с разных мест (точек) распределенного в пространстве объекта, то на выходах двух компараторов одного из компараторов 7, принадлежащего к одному из каналов селектора, и одного из компараторов 6, принадлежащего к другому каналу селектора, будут противоположные сигналы по сравнению с остальными компараторами, принадлежащими всем остальным каналам селектора. Противоположная полярность выходных сигналов этих двух компараторов по сравнению с другими свидетельствует соответственно о максимальном положительном (компаратор 7) и минимальном отрицательном (компаратор 6) значениях параметра объекта в местах (точках) объекта, однозначно связанных с каналами селектора. Другими словами, выходы компараторов 7 и 6 могут быть использованы для идентификации (сигнализации) мест (точек) объекта соответственно с максимальным (положительным) и минимальным (отрицательным) значениями параметра. Или, если перед подачей сигналов параметра объекта на каналы селектора предварительно эти сигналы усреднить по совокупностям точек измерения в соответствии с распределением сервомеханизмов на названные совокупности, а на каналы селектора подавать указанные усредненные отклонения от среднего значения, то выходы компараторов 7 и 6 могут быть использованы для идентификации (сигнализации) мест (точек) или их совокупностей объекта с максимальным положительным и максимальным отрицательным отклонениями параметра многомерного объекта от его среднего значения. Информация о максимальных положительном и отрицательном сигналах параметра контролируемого объекта или отклонениях данного параметра от его среднего значения в разных местах (точках) данного объекта может быть использована для регулирующих воздействий: от компаратора 7 на снижение значений параметра объекта в месте, где он максимален, а от компаратора 6 на увеличение значений параметра объекта в месте, где он минимален.

Примерами многомерных объектов могут быть сплошные среды твердых, жидких, газообразных материалов, атмосфер, состояний, многомерных структурных статических и динамических совокупностей, сетей. Адекватными данным объектам являются многоканальные системы контроля, управления и регулирования, для построения которых необходим предлагаемый селектор каналов с максимальными положительными и отрицательными сигналами.