УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ УПРАВЛЯЕМЫХ КЛЮЧЕЙ Российский патент 1998 года по МПК G05B23/00 G05B23/02 

Изобретение относится к средствам контроля устройств автоматики и телемеханики и может быть использовано, в частности, для контроля исправности их выходных каскадов (силовых управляемых ключей).

Известные устройства для контроля могут быть выполнены с использованием матриц, пирамид и т.п. с подключением к их входам контролируемых устройств или их элементов, а к их выходам соответствующих измерительных блоков.

Обладая широкими возможностями в части контроля устройств, они достаточно сложны в исполнении, что усложняет и систему управления в целом, когда такое устройство для контроля управляемых ключей входит в состав системы управления, например на летательных аппаратах.

Наиболее близким по назначению и технической реализации может быть признано устройство, предназначенное для контроля за работой двух управляемых ключей одного выходного каскада устройства управления, к выходам которых через диоды подключен исполнительный орган, и содержащее фиксирующее устройство, подключенное одним выводом к первой шине источника питания.

Однако прототип обладает излишней сложностью, для его функционирования требуется значительное количество дополнительных элементов, а именно двухфазный генератор импульсов, логические схемы по две на каждый каскад, стабилитроны, резисторы, развязывающие оптроны и т.д. Причем все они должны быть в каждом таком выходном каскаде. Схема контроля становится сложнее той схемы, которую она контролирует. Кроме того, каждый исполнительный орган включается через два силовых ключа, что требует дополнительно n силовых ключей и столько же управляющих сигналов, где n количество выходных каскадов (команд) в системе управления.

Задача изобретения упрощение и увеличение надежности устройства за счет уменьшения количества аппаратных средств, участвующих в выполнении контрольных функций.

Эта задача решается тем, что в устройство для контроля управляемых ключей, содержащее фиксирующее устройство, подключенное общей шиной к первой шине источника питания, причем исполнительные органы и диоды, включенные последовательно, подключены к выходам управляемых ключей, а другие выводы исполнительных органов объединены между собой, дополнительно введены два блока включения и токозадающие элементы, при этом первый блок включения подключен между первой шиной источника питания и общей точкой управляемых ключей, а вход фиксирующего устройства подключен параллельно первому блоку включения, второй блок включения подключен между второй шиной источника питания и общей точкой исполнительных органов, токозадающие элементы подключены соответственно к выходам управляемых ключей одним выводом и к второй шине источника питания вторым выводом.

На чертеже представлена схема устройства, обеспечивающая решение поставленной задачи.

Устройство содержит источник питания 1, фиксирущее устройство 2, имеющее управляющий вход и выход 3, являющийся контрольным выходом (выходами) устройства, первый и второй блоки включения 4 и 5 (для простоты показаны полевые транзисторы), комплект 6 исполнительных органов управляемого объекта, в котором K₁-K_n исполнительные органы управляемого объекта (при индуктивном характере могут иметь параллельные диоды для снятия ЭДС самоиндукции, возникающей при выключении индуктивного исполнительного органа).

На чертеже приняты следующие обозначения:
VD₁-VD_n диоды, включенные последовательно с исполнительными органами;
VT₁-VT_n управляемые ключи контролируемого устройства (для упрощения схемы показаны полевые транзисторы, однако могут быть использованы биполярные транзисторы, реле и т.п.);
R₁-R_n токозадающие элементы, в простейшем случае - резисторы.

В предложенном устройстве первая шина источника питания (+E) подключена к первому блоку включения 4 и первому выводу фиксирующего устройства 2 (к общей точке этого устройства), а вторая (-E) к токозадающим элементам R_i и второму блоку включения 5. К выходам управляемых ключей VT₁ - VT_n через диоды VD₁-VD_n подключены исполнительные органы K₁-K_n (верхние по схеме выводы исполнительных органов). Для открытия любого из управляемых ключей VT_i необходимо на его управляющий вход Q_i подать отпирающее напряжение (или ток, в зависимости от типа управляемого ключа).

Общие точки управляемых ключей VT_i имеют связь с первой шиной источника питания 1 через первый блок включения 4, на управляющий вход которого подается управляющий сигнал S1.

Общие точки исполнительных органов K_i (нижний по схеме вывод комплекта 6 исполнительных органов управляемого объекта) имеют связь с второй шиной (-E) источника питания 1 через второй блок включения 5, на управляющий вход которого подается управляющий сигнал S2.

Токозадающие элементы R_i одними выводами подключены к выходам управляемых ключей VT_i, а другими к второй шине источника питания.

Управляющий вход фиксирующего устройства 2 подключен параллельно первому блоку включения 4, а его выход (выходы) 3 являются выходами устройства.

Работа большинства элементов предложенного устройства не требует пояснений, поскольку каждый из них либо включен, либо выключен. Особо следует остановиться только на фиксирующем устройстве 2. Оно должно формировать выходной сигнал при превышении входным сигналом определенного уровня. Кроме того, при последующем увеличении входного сигнала фиксирующее устройство при необходимости может формировать второй выходной сигнал, либо снимать уже сформированный. Другими словами, это устройство должно содержать один или два компаратора напряжения с простейшей логикой на выходе (например, ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ) или без нее. Работа фиксирующего устройства 2 в составе предложенного устройства рассмотрена ниже.

Работает предложенное устройство при контроле ключей следующим образом.

После включения питания перед проведением теста все ключи должны быть закрыты. При этом ток через управляемые ключи VT₁ VT_n устройства не протекает, исполнительные органы выключены, цепи токозадающих элементов R_i разомкнуты, на входе фиксирующего устройства 2 напряжение равно нулю и сигнал на его выходе 3 отсутствует. В данном случае отсутствие сигнала на выходе фиксирующего устройства 2 свидетельствует об отсутствии неисправности типа короткозамкнутого ключа VT_i.

Если хотя бы один из управляемых ключей VT_i не исправен (пробит или имеет недопустимо большую утечку), через него и токозадающий элемент, подключенный к нему, потечет ток, который создает на входном сопротивлении фиксирующего устройства напряжение, обеспечивающее его срабатывание. При этом на его выходе 3 появится сигнал (ток), предупреждающий о наличии неисправного (короткозамкнутого) ключа в контролируемом устройстве.

Предлагаемое устройство позволяет проверить работоспособность каждого из выходных каскадов проверяемого устройства и блоков включения без нарушения функционирования системы управления, в которой оно установлено, т.е. без формирования выходных команд. При этом косвенно проверяется и сама система управления.

Для контроля управляемых ключей VT_i необходимо поочередно формировать команды Q_i на их открытие и не подавать управляющие сигналы S1 и S2 на открытие блоков включения 4 и 5. В этом случае через соответствующий токозадающий элемент R_i и открытый управляемый ключ VT_i потечет ток в цепь управления фиксирующего устройства 2, которое сработает на время подачи команды Q_i на ключ и выключится после ее снятия (в то время как при пробое любого ключа фиксирующего устройство будет формировать выходной сигнал постоянно). Фиксирующее устройство будет включено и при отказе в самой системе управления, при котором не снимается управляющий сигнал Q_i.

При обрыве проверяемого в каждый момент времени ключа Q_i фиксирующее устройство 2 не выдаст выходного сигнала. Не будет выходного сигнала с фиксирующего устройства 2 и в том случае, когда в самой системе управления не формируется управляющий сигнал. В обоих случаях это отказ типа обрыв контролируемого ключа и необходим переход на резерв. Таким образом путем перебора управляющих сигналов Q_i и контроля состояния сигнала на выходе 3 фиксирующего устройства 2 можно зафиксировать любую неисправность управляемого ключа (замыкание или обрыв).

Для проверки исправности блока включения 4 необходимо сначала включить один из управляемых ключей VT_i, проверить факт формирования выходного сигнала фиксирующим устройством 2, после чего сигналом S1 включить блок включения 4. При этом вход фиксирующего устройства 2 будет зашунтирован, сигнал на его входе уменьшится и его выходной сигнал снимется, что и будет свидетельствовать о работоспособности блока включения 4.

Для проверки блока включения 5 необходимо подать управляющий сигнал на один из контролируемых ключей VT_i (при этом фиксирующее устройство 2 за счет тока через токозадающий элемент R_i и ключ VT_i сформирует сигнал о его исправности), после чего подать открывающий сигнал на блок включения 5. При этом через открытый ключ VT_i потечет дополнительный ток через исполнительный орган K_i, значительно больший, чем до включения блока 5. Напряжение на входе фиксирующего устройства резко 2 возрастет. При этом в зависимости от его внутреннего устройства на его выходе может cформироваться дополнительный сигнал или снимется уже сформированный сигнал. В любом случае это будет свидетельствовать об исправности блока включения 5. В противном случае в контролируемом устройстве не исправен второй блок включения 5.

В случае обнаружения любого дефекта в контролируемом устройстве выполнение задачи управления исполнительными органами может быть передано резервному устройству, подключенному к тому же комплекту 6 исполнительных органов в точках, отмеченных стрелками, а отказавшее устройство выключено и при возможности снято с управляемого объекта для восстановления.

В штатном режиме работы проверяемого устройства одновременно с сигналами Q_i на управляемые ключи VT_i должны быть поданы и открывающие сигналы S1 и S2 на блоки включения 4 и 5. В паузах между управляющими командами предложенное устройство непрерывно контролирует состояние управляемых ключей VT_i на предмет отсутствия в них замыкания или недопустимой утечки.

Следует заметить, что управляемые ключи ни с того, ни с сего из строя не выходят. Это событие наступает или в процессе воздействия некоторых внешних факторов, например при вибрации, ударах и т.п. или при электрических перегрузках во время формирования мощного выходного импульса. В первом случае сигнал на выходе 3 фиксирующего устройства 2 возникает в момент выхода из строя управляемого ключа и является следствием внешних воздействий, во втором после снятия (или в процессе воздействия) управляющих сигналов с основных и дополнительных ключей и будет свидетельствовать об электрическом или тепловом пробое именно того ключа, который только что был включен. Момент появления выходного сигнала на выходе 3 фиксирующего устройства 2 может быть использован при установлении причины выхода из строя отказавшего управляемого ключа, например, в процессе обработки системы управления, определения запасов ее работоспособности для различных воздействующих факторов и т.п.

Таким образом, предложенное устройство позволяет обеспечить высокую надежность управления исполнительными органами управляемого объекта за счет контроля непосредственно состояния управляемых ключей VT_i и косвенно - устройств управления этими ключами.

Количество элементов на все предложенное устройство, предназначенное для контроля n выходных каскадов намного меньше, чем в устройстве с использованием прототипа и рассчитанном на контроль такого же количества управляемых ключей, а именно всего два дополнительных управляемых ключа вместо n дополнительных ключей, одно фиксирующее устройство вместо 2n устройств и n токозадающих элементов (в простейшем случае резисторов), что безусловно подтверждает простоту предложенного устройства по сравнению с прототипом.

В предложенном устройстве для обеспечения контроля управляемых ключей применены известные элементы, в частности в составе фиксирующего устройства 2 один или два компаратора, в качестве токозадающих элементов резисторы, однако в совокупности с новыми связями они позволяют решить поставленную задачу, а именно упростить устройство для контроля управляемых ключей и за счет этого упростить систему управления исполнительными органами и обеспечить ее функциональную надежность путем обеспечения контроля исправности выходных каскадов в части отсутствия в них короткого замыкания или обрыва за счет рационального использования аппаратных средств и проведения контроля в промежутках между моментами формированиями выходных команд.

На предприятии устройство предполагается использовать в одном из бортовых командных аппаратов.

В настоящее время на предприятии проводится отработка предложенного устройства.

Изобретение относится к средствам контроля устройств автоматики и телемеханики и может быть использовано, в частности, для контроля исправности их выходных каскадов (силовых управляемых ключей). Устройство для контроля управляемых ключей, к выходам которых через диоды подключены исполнительные органы, содержит контрольное устройство, первый блок включения, через который общие точки управляемых ключей связаны с первой шиной источника питания, второй блок включения, включенный последовательно в цепь связи общих точек исполнительных органов с второй шиной источника питания, и токозадающие элементы, например резисторы, подключенные одними выводами к выходам управляемых ключей, а другими выводами - к второй шине источника питания, вход контрольного устройства подключен параллельно первому блоку включения. Устройство позволяет проверить работоспособность каждого из выходных каскадов без нарушения функционирования системы управления, в которой оно установлено. При этом косвенно проверяется и сама система управления. 1 ил.

Устройство для контроля управляемых ключей, содержащее фиксирующее устройство, подключенное общей шиной к первой шине источника питания, исполнительные органы и диоды, включенные последовательно и подключенные к выходам управляемых ключей, при этом другие выводы исполнительных органов объединены между собой, отличающееся тем, что в него введены два блока включения, токозадающие элементы, при этом первый блок включения подключен между первой шиной источника питания и общей точкой управляемых ключей, а вход фиксирующего устройства подключен параллельно первому блоку включения, второй блок включения подключен между второй шиной источника питания и общей точкой исполнительных органов, причем токозадающие элементы включены соответственно к выходам управляемых ключей одним выводом и к второй шине источника питания - вторым выводом.