УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕЛЕУПРАВЛЕНИЯ Российский патент 1999 года по МПК G08C19/16 

Изобретение относится к системам передачи информации и может быть использовано, преимущественно, на железнодорожном транспорте, в частности для передачи сигналов устройства, находящегося на расстоянии.

В последнее время на сети железных дорог все большее распространение получают методы дистанционного управления объектами, находящимися на расстоянии. Для выбора оптимального режима работы устройства необходимо иметь информацию о параметрах нескольких величин, характеризующих его работу как в обычном, так и в аварийном режимах. Эта информация по линии связи передается на диспетчерский пункт, где оператор на основании поступившей информации производит необходимые переключения.

Для синхронной работы на передающей и приемной стороне устройств телеуправления необходимо учитывать конечную величину времени распространения сигнала управления в линии связи. Так, на расстоянии 50 км время прохождения сигнала составляет 50 км / 300000 км/С = 1/6 мС. Такая сдвижка сигналов по времени при цифровом способе передачи информации может привести к несоответствию в работе приемных и передающих устройств и к снижению достоверности передаваемой информации.

Известно устройство для передачи и приема телемеханической информации, позволяющее организовать передачу информации по линии связи между двумя пунктами измерения [1].

Устройство содержит приемопередающие полукомплекты, провода линии связи, ключи, диоды, цепочки последовательно соединенных резисторов, нуль-органы и источники питания.

В каждом из полукомплектов к источнику питания подключены цепочки последовательно соединенных резисторов. Общие точки резисторов цепочки соединены с последовательно включенными диодами и ключами, а также первыми входами нуль-органов, выходы которых являются выходами устройства. В каждом полукомплекте вторые входы нуль-органов соединены между собой и связаны через два провода линии связи с общей точкой соединения ключей другого полукомплекта. Третий провод линии связи соединяет "минусовые" выводы источников питания.

Передача информации осуществляется за счет замыкания каких-либо ключей первого полукомплекта и на вход второго полукомплекта по проводу линии связи поступает потенциал той точки цепочки последовательно соединенных резисторов первого полукомплекта, к которой подключен замкнутый ключ. В нуль-органах происходит сравнение этого потенциала с потенциалами всех точек цепочки последовательно соединенных резисторов второго полукомплекта. При этом потенциал только одной из этих точек совпадает с потенциалом, переданным по линии связи, и заставляет срабатывать соответствующий нуль-орган, на выходе которого появляется сигнал. На выходах остальных нуль-органов сигналы отсутствуют.

Таким образом, устройство позволяет осуществлять передачу информации между пунктами измерения, находящимися на расстоянии. Замыкание какого-либо ключа на передающем полукомплекте приводит к образованию напряжения на соответствующем выходе нуль-органа приемного полукомплекта.

Однако передача аналогового сигнала по линии связи приводит к падению напряжения в проводах. В результате этого подаваемое в линию связи напряжение с передающего полукомплекта не соответствует уровню напряжения на приемном полукомплекте. В результате этого на приемном полукомплекте срабатывает нуль-орган с номером, не соответствующим номеру замыкаемого ключа в канале передающей стороны, что снижает достоверность передаваемой информации.

К недостаткам устройства следует также отнести использование трех (вместо двух) проводов линии связи, что приводит к усложнению системы передачи информации.

Известно также устройство для телеуправления, позволяющее передавать сигналы управления между двумя пунктами, находящимися на расстоянии [2].

Устройство для телеуправления выполнено из передающего и приемного устройств, каждое из которых содержит элементы И, преобразователь уровня напряжения, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) (преобразователь кода), дешифратор.

В передающем устройстве первые входы элементов И являются входами устройства, а выходы объединены и подключены к линии связи, в приемном устройстве первые входы элементов И подключены к линии связи, а выходы являются выходами устройства.

В передающем и приемном устройствах преобразователь уровня напряжения, аналого-цифровой преобразователь и дешифратор соединены последовательно, вход преобразователя уровня напряжения в передающем и приемном устройствах подключен к единой однофазной сети переменного тока, выходы дешифратора подключены к вторым входам элементов И.

При включении устройства на передающем и приемном пунктах фазовое напряжение энергосети приводится преобразователями уровней напряжения к диапазону преобразования АЦП. Нормализованное напряжение энергосети квантуется АЦП, на выходах которых синхронно с изменением входного напряжения формируются двоичные коды. Дешифраторы распределяют сигналы по своим выходам, которые разрешают прохождение командных сигналов через элементы И в зависимости от поступающих на входы дешифраторов с выходов АЦП двоичных кодов. На передающем устройстве при наличии на первом входе первого элемента И командного сигнала с появлением разрешающего сигнала на втором входе этого элемента формируется импульс на выходе элемента И. По линии связи этот импульс поступает на первые входы всех элементов И приемного устройства.

Однако командный сигнал проходит только на первый выход устройства, поскольку в это время на второй вход первого элемента И поступает разрешающий сигнал. На выходах остальных элементов И приемного пункта командный импульс в этот момент не проходит из-за отсутствия разрешающего сигнала на втором входе остальных элементов И. При подаче командных сигналов на первый вход всех элементов И на передающем устройстве в линию связи в течение периода напряжения энергосистемы поступает количество импульсов, равное числу элементов И на передающем устройстве. На приемном устройстве каждый из импульсов проходит через соответствующий элемент И на один из выходов устройства. Форма импульсной последовательности в линии связи зависит от числа командных сигналов. Кроме того, устройство телеуправления позволяет увеличивать количество передаваемых командных сигналов за один период напряжения энергосети без увеличения числа проводов линии связи.

Вместе с тем синхронное включение элементов И на передающем и приемном устройствах и задержка во времени, вносимая линией связи при передаче командного сигнала между ними, вызывает снижение достоверности передачи команд телеуправления. Это обусловлено тем, что интервал времени между моментами подачи разрешающих сигналов на приемном и передающем устройствах гораздо меньше времени прохождения сигнала в линии связи. Поэтому после синхронной подачи разрешающего сигнала на один вход передающего и приемного устройства за время прохождения командного сигнала через линию связи на приемном устройстве очередной разрешающий сигнал подается на другой элемент И. Таким образом, командный сигнал, поданный на один вход передающего устройства, принимается на другом выходе приемного устройства, что нарушает соответствие в передаче информации между ними.

В основу изобретения положена задача создания устройства для телеуправления, имеющего высокую достоверность передачи информации за счет обеспечения асинхронности команд управления между приемным и передающим устройствами па время прохождения сигнала в линии связи.

Для решения поставленной задачи в известное устройство телеуправления, содержащее передающее устройство, выполненное из преобразователя, дешифратора и элементов И, в котором первые входы элементов И являются входами устройства, выходы элементов И объединены между собой, выходы преобразователя соединены с входами дешифратора, и соединенное с ним линией связи приемное устройство, выполненное из преобразователя, дешифратора, элементов И и преобразователя уровня напряжения, в котором первые входы элементов И объединены между собой и их выходы являются выходами устройства, вход преобразователя уровня напряжения соединен с энергосистемой, выходы преобразователя соединены с входами дешифратора, выходы которого соединены со вторыми входами элементов И, в его передающее устройство дополнительно введены первый коммутатор и формирователи импульсов, а в приемное - второй коммутатор, устройство задержки импульсов управления и усилитель-ограничитель, при этом преобразователи выполнены в виде счетчиков импульсов, в передающем устройстве объединенные выходы элементов И подключены ко входу первого коммутатора, выход которого подключен к входу счетчика импульсов, выходы дешифратора через формирователи импульсов подключены к вторым входам элементов И, в приемном устройстве выход преобразователя уровня напряжения через усилитель-ограничитель соединен с входом второго коммутатора и первым входом устройства задержки импульсов управления, второй вход которого и объединенные первые входы элементов И подключены к выходу второго коммутатора и выход устройства задержки импульсов управления связан с входом счетчика импульсов, а двунаправленные входы коммутаторов соединены между собой линией связи.

Введение в устройство совокупности элементов: первого и второго коммутатора, устройства задержки импульсов управления, первого и второго счетчиков, усилителя-ограничителя и формирователей импульсов и их определенная взаимосвязь позволяет асинхронно включать элементы И на передающем и приемном устройствах. Задержка включения элементов И на приемном устройстве определяется временем распространения сигнала в линии связи. В результате этого осуществляется соответствие в работе элементов И передающего и приемного устройств. Командный сигнал, поданный на один вход элемента И передающего устройства, принимается на выходе одноименного элемента И приемного устройства.

На фиг. 1 представлена схема устройства для телеуправления.

На фиг. 2 показаны диаграммы, поясняющие работу устройства.

Устройство для телеуправления выполнено следующим образом. Оно содержит приемное 1 и передающее 2 устройства, соединенные линией связи 3. Передающее устройство содержит элементы И 4, преобразователь 5, дешифратор 6, формирователи импульсов 7 и коммутатор 8. Приемное устройство 2 содержит элементы И 9, преобразователь уровня напряжения 10, преобразователь 11, дешифратор 12, коммутатор 13, усилитель-ограничитель 14 и устройство задержки импульсов управления 15.

В передающем устройстве 1 первые входы элементов И 4 являются входами устройства. Выходы преобразователя 5 связаны с входами дешифратора 6, выходы которого через формирователи импульсов 7 соединены с вторыми входами элементов И 4. Выходы элементов И 4 соединены между собой и подключены к входу коммутатора 8, выход которого связан с входом преобразователя 5.

В приемном устройстве выходы элементов И 9 являются выходами устройства. Выходы преобразователя 11 связаны с входами дешифратора 12, при этом его выходы соединены с вторыми входами элементов И 9. Первые входы элементов И 9 соединены между собой. Объединенные входы элементов И связаны с выходом коммутатора 13 и вторым входом устройства задержки импульсов управления 15, а его выход подключен к входу преобразователя 11. Вход преобразователя уровня напряжения 10 связан с фазой энергосети (энергосистемой), а его выход соединен через усилитель-ограничитель 14 с входом коммутатора 13 и первым входом устройства задержки импульсов управления 15.

Двунаправленные входы коммутаторов передающего и приемного устройств 8 и 13 соединены между собой линией связи 3.

В качестве преобразователя 5 и 11 используются счетчики импульсов, выполненные на микросхеме К155ИЕ5. Дешифратором 6,12 служит микросхема К155ИД1, имеющая 10 выходов [3]. Коммутаторами 8, 13 являются микросхемы К589АП16, представляющие собой двунаправленный шинный формирователь [4].

Устройство для телеуправления работает следующим образом.

При включении устройства на приемном пункте напряжение энергосети приводится преобразователями уровня напряжения 10 к диапазону преобразования усилителя-ограничителя 14 (фиг. 2а). Усилитель-ограничитель 14 преобразует положительные полуволны входного синусоидального сигнала в импульсы прямоугольной формы (фиг. 2б), которые через вход второго коммутатора 13 по линии связи 3 поступают в передающее устройство 2. На передающем устройстве 2 эти импульсы подаются через выход первого коммутатора 8 на вход первого счетчика 5. Прошедшие линию связи 3 импульсы имеют задержку времени (обозначено Т_лс на фиг. 2), равную времени прохождения сигнала линию связи (фиг. 2в). По фронту импульса, поступившего на вход счетчика 5, на его выходе формируется двоичный код, который управляет работой дешифратора 6. Дешифратор 6 распределяет сигналы по своим выходам, которые разрешают прохождение командных сигналов через элементы И4. После поступления на вход счетчика 5 первого импульса дешифратор 6 через формирователь импульсов 7 подает разрешающий сигнал фиксированной длины на второй вход первого элемента И4 передающего устройства 2 (фиг. 2г). В следующие периоды напряжения энергосистемы разрешающий импульс поступает на вход второго (фиг. 2д), третьего (фиг. 2е) и т.д. элементов И4.

На передающем устройстве 2 при наличии на первом входе первого элемента И4 командного сигнала с появлением разрешающего сигнала формируется сигнал на его выходе, равный по длительности разрешающему сигналу на выходе формирователя импульсов 7. Далее этот импульс передается в линию связи 3 через первый коммутатор 8. Аналогично происходит передача командных сигналов с других входов элементов И4 передающего устройства 2. Так формируется последовательность командных импульсов (фиг. 2ж), поступающих в линию связи 3.

Последовательность сигналов поступает на вход приемного устройства 1 также с задержкой времени, равной времени прохождения сигнала линии связи ( фиг. 2з). В приемном устройстве 1 эти сигналы через второй коммутатор 13 передаются на первые входы всех элементов И9. При наличии разрешающего сигнала на втором входе каком-либо элементе И9 ( фиг. 2к-м ), на его выходе формируются импульсы напряжения ( фиг. 2н-р).

В приемном устройстве 1 работой второго счетчика 11 управляет устройство задержки импульсов управления 15. На его первый и второй входы поступают, соответственно, напряжение с выхода усилителя-ограничителя 14 (фиг. 2б) и напряжение первых входов элементов И9 (фиг. 2з). Устройство делит временной интервал между моментами поступления этих импульсов пополам. Как следует из фиг. 2, на выходе устройства 15 формируется импульс управления с задержкой Т_лс (фиг. 2и) относительно подачи импульса в линию связи 3 (фиг. 2б).

В связи с тем, что счетчик 11 и дешифратор 12 приемного устройства 1 работают аналогично их работе в передающем устройстве 2, появление очередного импульса на входе счетчика 11 вызывает появление разрешающего сигнала на одном из выходов дешифратора 12 и, соответственно, входе элемента И9. С поступлением первого импульса на вход счетчика 11 активизируется первый элемент И9 ( фиг. 2к), с появлением второго импульса - второй элемент и т.д. (фиг. 2л, м). В этом случае последовательность импульсов командных сигналов, поступающих на первые входы элементов И9 (фиг. 2з)? появляется на выходе этих элементов (фиг. 2о-р) согласно очередности разрешающих сигналов ( фиг. 2к-м).

Таким образом, включение в устройство первого и второго счетчиков позволяет передавать в каждый период напряжения энергосети только один командный импульс. Работа приемного и передающего устройств осуществляется асинхронно на время Т_лс прохождения сигнала линии связи, что позволяет передавать и принимать командный сигнал через одноименные входы и выходы элементов И передающего и приемного устройств.

Устройство для телеуправления смонтировано и прошло опытную эксплуатацию на Владивостокском отделении Дальневосточной железной дороги. В течение восьми месяцев не отмечалось сбоев и нарушений в его работе, что подтверждает высокую достоверность передачи информации.

Источники информации
1. А.с. 1171825. Устройство для передачи и приема телемеханической информации. Опубл. в БИ N 29 1985 г.

2. А.с. 1336070. Устройство для телеуправления. Опубл. в БИ N 33 1987 г.

3. Шило В.Л. Популярные цифровые микросхемы: Справочник. - М.: Радио и связь, 1988.

4. Интегральные микросхемы: Справочник. Под ред. Б.В.Тарабрина. - М.: Радио и связь, 1984.

Изобретение относится к системам передачи информации и может быть использовано, в частности, для передачи сигналов устройства, находящегося на расстоянии. Техническим результатом является обеспечение бесперебойной работы системы передачи команд управления за счет асинхронности команд управления между приемным и передающим устройствами на время прохождения сигнала в линии связи. Устройство для телеуправления содержит передающее и приемное устройства, соединенные линией связи. Передающее устройство выполнено из дешифратора и элементов И. Приемное устройство выполнено из дешифратора, элементов И и преобразователя уровня напряжения. Новым является то, что в передающее устройство дополнительно введены первый коммутатор и формирователи импульсов, а в приемное - второй коммутатор, устройство задержки импульсов управления и усилитель-ограничитель, а преобразователи выполнены в виде счетчиков импульсов, при этом в передающем устройстве вход первого коммутатора подключен к общей точке соединения элементов И, а выход - к входу счетчика импульсов, выходы дешифратора через формирователь импульсов подключен к вторым входам элементов И, в приемном устройстве выход преобразователя уровня напряжения через усилитель-ограничитель соединен с входом второго коммутатора и первым входом устройства задержки импульсов управления, второй вход которого и общая точка соединения первых входов элементов И подключены к выходу второго коммутатора и выход устройства задержки импульсов управления связан с входом счетчика импульсов, а двунаправленные входы коммутаторов соединены между собой линией связи. 2 ил.

Устройство для телеуправления, содержащее передающее устройство, выполненное из преобразователя, дешифратора и элементов И, в котором первые входы элементов И являются входами устройства и выходы элементов И объединены между собой, выходы преобразователя соединены с входами дешифратора, и соединенное с передающим устройством линией связи приемное устройство, выполненное из преобразователя, дешифратора, элементов И и преобразователя уровня напряжения, в котором первые входы элементов И объединены между собой и их выходы являются выходами устройства, вход преобразователя уровня напряжения соединен с энергосистемой, а выходы преобразователя соединены с входами дешифратора, выходы которого соединены с вторыми входами элементов И, отличающееся тем, что в передающее устройство введены первый коммутатор и формирователи импульсов, а в приемное - второй коммутатор, устройство задержки импульсов управления и усилитель-ограничитель, а преобразователи выполнены в виде счетчиков импульсов, при этом в передающем устройстве объединенные выходы элементов И подключены к входу первого коммутатора, выход которого подключен к входу счетчика импульсов, выходы дешифратора через формирователь импульсов подключены к вторым входам элементов И, в приемном устройстве выход преобразователя уровня напряжения через усилитель-ограничитель соединен с входом второго коммутатора и первым входом устройства задержки импульсов управления, второй вход которого и объединенные первые входы элементов И подключены к выходу второго коммутатора, выход устройства задержки импульсов управления связан с входом счетчика импульсов, а двунаправленные входы коммутаторов соединены между собой линией связи.