УСТРОЙСТВО СИГНАЛИЗАЦИИ Российский патент 2008 года по МПК H01H85/30 

Устройство сигнализации относится к области электроники и предназначено для сигнализации об обрыве (нарушении электрической целостности) различных участков электрической цепи путем индикации номера или наименования соответствующего участка. Устройство может использоваться в охранной сигнализации, для отображения номеров неисправных предохранителей, неисправности цепей питания и др.

В качестве аналога следует рассматривать «Устройство для индикации перегорания плавких предохранителей» по а.с. СССР №1138851.

Недостатком данного устройства является то, что при контроле нескольких предохранителей одновременно не возможно определить перегоревший предохранитель.

Известно также «Устройство для индикации перегорания плавких предохранителей» по а.с. СССР №1282237. Данное устройство устраняет недостаток предыдущего устройства, является наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к заявляемому изобретению и признано за прототип.

Недостатком прототипа является то, что в случае перегорания достаточно большого числа предохранителей оператору сложно контролировать ситуацию в целом, так как в каждый момент времени отображается только один номер предохранителя.

Данный недостаток заявляемым изобретением устраняется тем, что одновременно отображается несколько номеров неисправных предохранителей или участков цепи. При этом не предусматривается одновременное отображение всех участков цепи в случае их неисправности, а достигается компромисс между последовательным отображением отдельных неисправных участков (предохранителей), по одному в каждый момент времени и всех одновременно в случае неисправности всех. Максимальное число одновременно отображаемых участков определяется исходя из особенностей конкретной системы, в частности характеристик надежности, частоты отказов или разрывов цепи в случае охранной сигнализации, требований оперативности принятия решения, эргономики, конструкции пульта контроля и др. Число одновременно отображаемых неисправных участков, которое можно отобразить для обзора оператору, равно числу используемых индикаторов. В случае если число неисправных участков превышает число индикаторов, то происходит последовательное перемещение номеров на индикаторах в виде «бегущей» строки.

Таким образом, целью изобретения является создание устройства, обеспечивающего расширение функциональных возможностей прототипа путем реализации отображения одновременно нескольких номеров неисправных участков электрической цепи.

Поставленная цель достигается тем, что устройство сигнализации одновременно с прототипом содержит источники питания, нагрузки, подключенные к источникам питания через контролируемые участки электрической цепи, первые элементы НЕ, входами подключенные к контролируемым участкам цепи и нагрузкам, дешифратор, первые элементы И, первые входы которых подключены к выходам соответствующих первых элементов НЕ, распределитель с многоразрядным выходным кодом, содержащим одновременно не более одной «1», соответствующие выходы которого соединены с соответствующими вторыми входами первых элементов И, второй, третий двухвходовые элементы И, первый и второй элементы ИЛИ, второй элемент НЕ, генератор импульсов, счетчик, выход второго элемента НЕ соединен со вторым входом третьего элемента И, а вход со вторым входом второго элемента И, выход генератора импульсов соединен с первыми входами второго и третьего элементов И, выход второго элемента И соединен с входом счетчика, выходом подключенного к первому входу второго элемента ИЛИ, выход которого соединен с управляющим входом распределителя, а второй вход с выходом третьего элемента И, выход первого элемента ИЛИ соединен со входом второго элемента НЕ и со вторым входом второго элемента И.

От прототипа изобретение отличается тем, что в него дополнительно введены число цифровых индикаторов, равное k, m k-разрядных сдвиговых регистров, третий n-входовый элемент ИЛИ, четвертый элемент И, n триггеров по числу контролируемых участков цепи, единичные входы которых соединены с выходами соответствующих n первых элементов И, единичные выходы триггеров соединены с соответствующими n входами дешифратора, нулевые выходы триггеров соединены с соответствующими третьими входами первых элементов И, нулевые входы триггеров соединены с выходом первого элемента ИЛИ, единичный вход каждого первого элемента (разряда) каждого из m сдвиговых регистров соединен с соответствующим, одним из m, выходом дешифратора, каждый i-тый, один из k, единичный выход каждого из m сдвиговых регистров соединен с соответствующим i-тым входом соответствующего одного из k индикаторов, m-тые единичные выходы каждого сдвигового регистра соединены с соответствующими m входами первого элемента ИЛИ, нулевые сдвиговые входы каждого первого элемента в сдвиговых регистрах соединены с выходом четвертого элемента И, первый вход которого соединен с выходом второго элемента ИЛИ, второй с выходом третьего элемента ИЛИ, входы которого соединены с выходами первых элементов И, единичный сдвиговый выход i-го элемента в каждом сдвиговом регистре соединен с соответствующим единичным сдвиговым входом i+1-го элемента данного сдвигового регистра, нулевой сдвиговый выход i-го элемента в каждом сдвиговом регистре соединен с соответствующим нулевым сдвиговым входом i+1-го элемента данного сдвигового регистра.

Сущность изобретения поясняется схемой чертежом. Здесь 1 - контролируемые участки электрической цепи, они отображены с использованием обозначения, принятого для обозначения резисторов, так как логика устройства учитывает только их электрическое сопротивление, характерное для резисторов, а именно, в случае целостности цепи она обладает неким сопротивлением, в случае разрыва - сопротивление равно нулю, число их равно n; 2 - нагрузки, n штук; 3 - первые элементы НЕ, n штук; 4 - дешифратор, имеющий n входов и m выходов; 5 - триггеры, n штук, стрелками показаны входы, устанавливающие триггер соответственно в «нулевое» или в «единичное» состояние; 6 - индикаторы, число которых равно k, 7 - первые элементы И, n штук; 8 - второй элемент И; 9 - третий элемент И; 10 - первый элемент ИЛИ, имеющий m входов; 11 - второй элемент ИЛИ; 12 - второй элемент НЕ; 13 - генератор импульсов; 14 - счетчик, у которого вход 1 является счетным входом, а выход 2 является счетным выходом, сигнал на котором появляется по заполнению счетчика; 15 - распределитель, имеющий n выходов; 16 - сдвиговые регистры, составленные из единичных элементов 16_ij, первый индекс показывает номер разряда в регистре, а второй номер регистра, всего m k-разрядных регистров, вход 6 устанавливает каждый разряд, единичный регистр, в состояние «1», выход 8 является единичным выходом, т.е. наличие сигнала на нем говорит о том, что в разряде записана логическая единица, импульсный вход 1 служит для прохождения тактовых импульсов на выход 3, если единичный регистр находится в состоянии «0», вход 2 служит для прохождения тактовых импульсов через единичный регистр на выход 4, если разряд находится в состоянии «1», в нулевое состояние разряд устанавливается через вход 5, в данном устройстве вход 5 служит для начальной установки регистров в нулевое состояние; 17 - третий элемент ИЛИ, имеющий n входов; 18 - четвертый элемент И.

Устройство работает следующим образом.

При включении устройства, т.е. подачи на него питания, триггеры 15, регистры 16 и счетчик 14 устанавливаются в нулевое состояние. При этом с нулевого выхода каждого триггера 15 подается сигнал «1» на третий вход соответствующего элемента И 7.

В исходном состоянии на контролируемые участки поданы напряжения U₁...U_n. Все участки электрической цепи находятся в исправном состоянии, т.е. не имеют разрывов, соответственно на входах элементов 3 логические «1», а на выходах соответственно логические «0». Триггеры через элементы 7 не устанавливаются в единичное состояние, и на входах дешифратора 4 находятся логические нули, соответственно и на выходах его также нули. Регистры 16 остаются в нулевом состоянии и на индикаторы сигналы не поступают. Счетчик 14 находится в нулевом состоянии, так как на входах элемента ИЛИ 10 сигналов нет (присутствует логический ноль), на выходе элемента И 8 также ноль. На вход распределителя 15 поступает серия сигналов от генератора 13 через элемент И 9 и элемент ИЛИ 11. Распределитель производит опрос контролируемых участков через поочередную подачу сигналов «1» на вторые входы элементов И 7.

В дальнейшем для простоты изложения под словом «сигнал» понимается логическая единица, отсутствие сигнала понимается как логический ноль.

При появлении обрыва цепи, в том числе перегорании предохранителя, на одном из участков, например на первом, на входе соответствующего элемента НЕ 3, подключенного к напряжению U₁, сигнал пропадает, соответственно на его выходе появляется сигнал, который передается на вход 1 элемента И 7. Распределитель 15 периодически подает сигнал на вход 2 каждого элемента И 7. В соответствующий момент на выходе элемента И 7, соответствующего неисправному участку, появляется сигнал, который устанавливает соответствующий триггер 5 в единичное состояние, и сигнал с его единичного выхода 4 поступает на соответствующий вход дешифратора 4. Аналогично сигнал может появиться на любом входе дешифратора 4, в зависимости от того, какой участок неисправен и на каком выходе распределителя 15 появился сигнал.

Дешифратор преобразует номер своего входа, на котором образовался сигнал, в кодовую комбинацию на выходе. Данная комбинация подается на единичные входы, т.е. входы 5 установки в единицу, первых разрядов m сдвиговых регистров, а именно на единичные элементы 16₁₁...16_1m. С выходов 8 этих элементов кодовая комбинация подается на соответствующий индикатор 6₁. Входная комбинация сигналов на индикаторе вызывает отображение индикатором номера или названия неисправного участка цепи. Осуществляется это путем подачи сигналов на сегменты индикатора, соответствующие кодовой комбинации. Из названных сегментов составляется номер или название неисправной цепи.

Опрос распределителем продолжается. При появлении очередной неисправности через ИЛИ 17 и И 18 тактовый импульс подается в виде сдвигового импульса на сдвиговые входы 1 регистров 16₁₁...16_1m. Сдвиговые выходы 3 и 4 первых разрядов передают кодовую комбинацию в следующий разряд через его входы 1 и 2. Аналогично соединяются все последующие разряды. В результате этого кодовая комбинация в сдвиговых регистрах перемещается на один разряд, и номер или название участка цепи смещается на следующий индикатор. На первом индикаторе отображается номер нового неисправного участка.

Задержки элементов и длительности импульсов подбираются таким образом, чтобы сдвиговый импульс на входы 1 регистров 16₁₁...16_1m попадал не раньше, чем сигнал установки в «1» на вход 1 этих же регистров. В этом случае при появлении самой первой неисправности ее отображение не будет сразу же перемещено на второй индикатор, в то же время перед отображением новой неисправности предыдущие будут смещены на один шаг.

Для исключения одновременного отображения на нескольких индикаторах одного и того значения добавлена связь между нулевыми выходами 3 триггеров 5 и третьими входами элементов И 7. После того как триггер 5 устанавливается в единичное состояние, т.е. на его выходе 4 образуется «1», соответственно на его выходе 3 появляется логический «0», тем самым блокируется через элемент И 7 прохождение сигнала о неисправности на дешифратор 4. Таким образом, отображаемый на индикаторах участок цепи исключается из дальнейшего опроса.

Если неисправностей меньше k, т.е. меньше числа индикаторов, то по окончании одного цикла опроса через распределитель 15 на входах ИЛИ 17 сигналов нет, сдвиговые импульсы на сдвиговые регистры не поступают и ситуация на индикаторах стабилизируется.

Если неисправностей оказывается k или больше, то хотя бы на одном из входов элемента ИЛИ 10 появляется сигнал, который передается на вход элемента НЕ 12 и блокирует прохождение тактовых импульсов через И 9, тем самым опрос приостанавливается. За счет этого на индикаторах фиксируется текущая ситуация опроса.

Одновременно сигнал с выхода ИЛИ 10 через И 8 разрешает прохождение тактовых импульсов на вход 1 счетчика 14. По заполнении счетчика на его выходе 2 появляется сигнал, который через ИЛИ 11 поступает на распределитель 15, и происходит следующий шаг опроса. Время фиксации ситуации на индикаторах зависит от емкости счетчика. После появления сигнала на выходе счетчика последний переходит в нулевое состояние.

Сигнал с выхода ИЛИ 10 также подается на нулевые входы 1 триггеров 5, переводя их нулевое состояние, тем самым через элементы И 7 происходит разблокирование опроса, ранее заблокированных участков, которые отображены на индикаторах. Если число неисправностей больше числа индикаторов, то при обнаружении очередной из них кодовая комбинация из последних разрядов сдвиговых регистров будет выталкиваться, в то время как на первом индикаторе будет появляться новое значение неисправной цепи.

Разблокировка триггеров 5 обеспечивает отображение соответствующей неисправной цепи на первом индикаторе в соответствующем такте опроса.

Таким образом будет происходить перемещение значений неисправных цепей вдоль линейки индикаторов.

Переключение триггеров 5 происходит по переднему фронту сигналов, поступающих на входы 1 или 2. Вследствие этого при переходе триггера в единичное состояние, исчезновение сигнала на входе 3 элемента И 7 и соответственно исчезновение сигнала на его выходе не возвращает триггер в нулевое состояние.

После устранения какой-либо неисправности триггеры 5 и регистры 16 устанавливаются в исходное, т.е. нулевое состояние. Это может происходить несколькими способами. Например, путем повторного включения устройства сигнализации, путем подачи сигнала на нулевые входы названных элементов через нажатие кнопки оператором, также схемотехнически. Последний способ может быть реализован через использование элемента ИЛИ, выход которого соединен с нулевыми входами 1 триггеров 5 и регистров 16, а входы соединены с входами элементов НЕ 3. При устранении неисправности на соответствующем входе НЕ 3 появляется «1». Установка в нулевое состояние триггеров 5 и регистров 16 происходит по переднему фронту данного сигнала.

Устройство сигнализации выполняется из электронных дискретных элементов, выполняющих логические функции. Сдвиговые регистры выполняются из единичных элементов 16, хранящих единицу данных (символизируют один разряд) и представляющих собой логические электронные элементы на базе триггера, предназначенные для хранения логического нуля или единицы. Они способны сохранять свое состояние при отсутствии входных сигналов. Изменение их состояния с нуля на единицу и наоборот происходит по переднему фронту подаваемого сигнала, поэтому они могут управляться короткими импульсами.

Логика работы сдвигового регистра заключается в следующем.

Сдвиговый регистр состоит из последовательного соединения единичных сдвиговых регистров (ЕСР), в данном случае это элементы 16. ЕСР имеют два сдвиговых входа 1 и 2, также два сдвиговых выхода 3 и 4. Пара 1-3 служит для передачи от одного ЕСР к следующему логического нуля, пара 2-4 служит для передачи от одного ЕСР к следующему логической единицы. Изначально каждый регистр устанавливается в состояние, соответствующее логическому нулю или единице. Осуществляется это через отдельные установочные входы 5 и 6 соответственно. Эти входы могут служить для записи исходного массива в сдвиговый регистр, в рассматриваемом случае это запись номера цепи в первый индикатор. В зависимости от того, в каком состоянии в данный момент находится данный ЕСР, на выходах 7 и 8, названных выходами состояния, появляется значение логического нуля или логической единицы. При этом если ЕСР находится в единичном состоянии, то сигнал или логическая единица находится на выходе 8, на выходе 7 - логический ноль; если ЕСР находится в нулевом состоянии, то сигналы на выходах 7 и 8 меняются на противоположные. Ниже представлена таблица истинности (функционирования) ЕСР.

1234QQ+11--1101-1-00-1-111-11-01

В таблице в первой строке цифры обозначают номера входов и выходов согласно чертежу, Q - состояние ЕСР до поступления очередного импульса на входе 1 или 2, Q+1 - состояние ЕСР после поступления импульса на вход 1 или 2, т.е. это новое состояние ЕСР, вызванное появлением импульса на входе 1 или 2, в которое переходит ЕСР из состояния Q. Значения переменных Q и Q+1 соответствуют сигналам на выходе 8 ЕСР. Одновременное появление импульсов на входах 1 и 2 является запрещенным, ответственность за это лежит на внешних по отношению к ЕСР устройствах. В других строках таблицы, кроме первой, указаны значения логических сигналов на входах и выходах ЕСР. Появление импульса на входах 1÷4 обозначено единицей, отсутствие импульсов - прочерком. Появление импульса на входе 1 или 2 вызывает в зависимости от состояния ЕСР появление импульса на выходе 3 или 4. Так как выходы 3 и 4 одного ЕСР связаны со входами 1 и 2 соответственно другого ЕСР, происходит сдвиг информации из первого ЕСР во второй.

Изменение состояния Q ЕСР также может изменяться путем подачи установочных сигналов на вход 5 установки в нулевое состояние или на вход 6 установки в единичное состояние.

Потенциальный сигнал на выходе 8 ЕСР может соответствовать некоторому значению электрического напряжения. Он поддерживается на выходе 8 так долго, как долго данный ЕСР находится в соответствующем состоянии. Сигналы на входах 1 и 2, а также выходах 3 и 4 ЕСР являются короткими импульсами и вызывают срабатывание соответствующего элемента, на вход которого подаются, по их переднему фронту.

Сигналы на входах и выходах элементов должны иметь длительность, достаточную для обеспечения переключения всех элементов в заданной цепи, т.е. превышать суммарное время переходных процессов всех элементов, которые должны поменять свое состояние в данном такте. Соответствующей должна быть и длительность тактовых (сдвиговых) импульсов или синхросигналов.

Элементы И, ИЛИ и НЕ могут быть выполнены из элементов Пирса и/или Шеффера.

Устройство сигнализации относится к области электроники и предназначено для сигнализации об обрыве различных участков электрической цепи. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей. В данном устройстве достигается компромисс между последовательным отображением отдельных неисправных участков (предохранителей), по одному в каждый момент времени и всех одновременно в случае неисправности всех. Максимальное число одновременно отображаемых участков определяется исходя из особенностей конкретной системы, в частности характеристик надежности, частоты отказов или разрывов цепи в случае охранной сигнализации, требований оперативности принятия решения, эргономики, конструкции пульта контроля и др. Число одновременно отображаемых неисправных участков, которое можно отобразить для обзора оператору, равно числу используемых индикаторов. В случае если число неисправных участков превышает число индикаторов, то происходит последовательное перемещение номеров на индикаторах в виде «бегущей» строки. 1 ил., 1 табл.

Устройство сигнализации, содержащее источники питания, нагрузки, подключенные к источникам питания через контролируемые участки электрической цепи, первые элементы НЕ, входами подключенные к контролируемым участкам цепи и нагрузкам, дешифратор, первые элементы И, первые входы которых подключены к выходам соответствующих первых элементов НЕ, распределитель с многоразрядным выходным кодом, содержащим одновременно не более одной «1», соответствующие выходы которого соединены с соответствующими вторыми входами первых элементов И, второй, третий двухвходовые элементы И, первый и второй элементы ИЛИ, второй элемент НЕ, генератор импульсов, счетчик, выход второго элемента НЕ соединен со вторым входом третьего элемента И, а вход со вторым входом второго элемента И, выход генератора импульсов соединен с первыми входами второго и третьего элементов И, выход второго элемента И соединен с входом счетчика, выходом подключенного к первому входу второго элемента ИЛИ, выход которого соединен с управляющим входом распределителя, а второй вход с выходом третьего элемента И, выход первого элемента ИЛИ соединен со входом второго элемента НЕ и со вторым входом второго элемента И, отличающееся тем, что в него дополнительно введены число цифровых индикаторов равное k, m k-разрядных сдвиговых регистров, третий n-входовый элемент ИЛИ, четвертый элемент И, n триггеров по числу контролируемых участков цепи, единичные входы которых соединены с выходами соответствующих n первых элементов И, единичные выходы триггеров соединены с соответствующими n входами дешифратора, нулевые выходы триггеров соединены с соответствующими третьими входами первых элементов И, нулевые входы триггеров соединены с выходом первого элемента ИЛИ, единичный вход каждого первого элемента (разряда) каждого из m сдвиговых регистров соединен с соответствующим, одним из m, выходом дешифратора, каждый i-й, один из k, единичный выход каждого из m сдвиговых регистров соединен с соответствующим i-м входом соответствующего одного из k индикаторов, m-е единичные выходы каждого сдвигового регистра соединены с соответствующими m входами первого элемента ИЛИ, нулевые сдвиговые входы каждого первого элемента в сдвиговых регистрах соединены с выходом четвертого элемента И, первый вход которого соединен с выходом второго элемента ИЛИ, второй вход с выходом третьего элемента ИЛИ, входы которого соединены с выходами первых элементов И, единичный сдвиговый выход i-го элемента в каждом сдвиговом регистре соединен с соответствующим единичным сдвиговым входом i+1-го элемента данного сдвигового регистра, нулевой сдвиговый выход i-го элемента в каждом сдвиговом регистре соединен с соответствующим нулевым сдвиговым входом i+1-го элемента данного сдвигового регистра.