Система коммутации исполнительных органов с неразрушающем контролем элементов коммутации и исполнительных органов Российский патент 2018 года по МПК G05B23/02 

Изобретение относится к области электротехники и электроники и может быть использовано в составе аппаратуры управления с электропитанием постоянным напряжением разветвленных систем исполнительных органов, в том числе и одноразового использования, датчиковой и иной аппаратуры для неразрушающего контроля исполнительных органов и элементов их коммутации.

Для реализации многочисленных подобных применений в системах управления и коммутации используют силовые ключи, в простейшем случае - реле, контакты которых подключают напряжение электропитания к управляемой аппаратуре и исполнительным органам, или силовые транзисторы в ключевом режиме.

Реле и транзисторы перед установкой в состав изготовляемой аппаратуры всегда проходят входной контроль (проверку). Сам факт и метод проверки реле и транзисторов с точки зрения данного предложения не является принципиальным. Известно устройство для контроля электромагнитных реле (патент RU 2017197, опубликован 30.07.1994, МПК: G05B 23/02 (2006.01), H01H 49/00 (2006.01)), содержащее источник питания, коммутатор и индикаторы контроля, предусмотрены два конденсатора, соединенные через коммутатор с источником питания и через диод с выводами, предназначенными для подключения контактов и обмотки испытуемого электромагнитного реле. Здесь обмотку реле подключают к заряженному конденсатору, и, если реле срабатывает, оно своим контактом подключает обмотку реле к источнику постоянного напряжения и переводит его на самоблокировку. Такой режим работы реле необходим при проверке и при отработке новых реле, чтобы в серийных изделиях они работали безотказно.

Известен способ испытаний электронного прибора (патент RU 2173872 опубликован 20.09.2001, МПК: G05B 23/02 (2006/01)). Здесь рассматриваются испытания транзисторов на момент перехода из ключевого режима в активный и обратно, в том числе и в составе аппаратуры для подтверждения работоспособности прибора в реальных режимах эксплуатации. При такой, практически экстремальной, проверке сильноточной аппаратуры из-за перегрузки ключа в переходном режиме он может выйти из строя, что, естественно, недопустимо для недоступных для ремонта систем управления. Такая проверка может использоваться, скорее всего, в исследовательских целях в режимах, близких к штатным и более жестких, для подтверждения в будущем запасов работоспособности для заданных режимов в штатной аппаратуре.

Предлагаемая система коммутации исполнительных органов с неразрушающим контролем элементов коммутации и исполнительных органов предназначена для того, чтобы проверить работоспособность всех элементов этой системы после ее изготовления, после всякого рода испытаний, после хранения и в процессе подготовки к началу работы в штатном режиме.

Известны способ и система управления, по меньшей мере, одним исполнительным органом (патент RU 2538337, опубликован 10.01.2015, МПК: G05B 19/042 (2006.01)). При этом имеется в виду, что эта система может управлять по единому алгоритму любым количеством исполнительных органов посредством двух резервирующих блоков управления (А, В) и логической схемы выбора, причем каждый из блоков управления (А, В) выполнен с возможностью самодиагностики. Однако проверяются самодиагностикой только блоки управления (А, В), а логическая схема будет работать в объеме собственной логики, даже если в ней произошел некоторый сбой. При этом мощный коммутатор диагностике недоступен и его работоспособность не проверяется. Более того, некоторый исполнительный орган из их числа может даже «отсутствовать», например, потому что у него «сгорел предохранитель» и управлять им бесполезно, но это системе управления неизвестно. Однако команда для него при фактической необходимости будет сформирована и передана, но не исполнена. Таким образом, известное устройство не обеспечивает проверки работоспособности своих элементов коммутации и исполнительных органов и даже не оценивает - все ли исполнительные органы фактически в составе системы.

Прототипом к заявленной системе коммутации исполнительных органов является устройство для контроля управляемых ключей (патент RU 2101748, опубликован 10.01.98, МПК: G05B 23/00 (2006.01), G05B 23/02 (2006.01)), содержащее источник электропитания, два блока включения в составе шин электропитания, рассчитанные на максимальный суммарный ток, фиксирующее устройство, силовые ключи VTi, к которым подключены токозадающие элементы Ri и через диоды VDi подключены исполнительные органы Кi. Это устройство позволяет проверить работу всех силовых ключей, для чего, естественно, содержит блок управления силовыми ключами; который на схеме не показан.

Недостатков у известного устройства несколько. Шина электропитания силовых ключей при проверке находится под максимальным напряжением электропитания +Е, при любом включенном силовом ключе через токозадающие резисторы всегда протекает некоторый ток, как в режиме проверки, так и в штатном режиме, диоды снижают напряжение на исполнительных органах и выделяют вместе с резисторами некоторую энергию, увеличивая температуру в объеме устройства. Резисторы и диоды при штатной работе устройства являются бесполезными элементами, а диоды - еще и источником отказов. Кроме того, отказ любого блока включения приведет к отказу устройства управления и потребует полного перехода на резервное устройство управления.

Задачей заявленной системы коммутации исполнительных органов с неразрушающим контролем элементов коммутации и исполнительных органов является заблаговременная, безопасная и достоверная проверка с обеспечением неразрушающего контроля работоспособности всех элементов коммутации в их «обесточенном состоянии», в том числе проверка их резервирования, готовности элементов коммутации и исполнительных органов к исполнению команд, то есть надежная проверка логики управления и работоспособности органов коммутации системы управления, в которой данная система коммутации исполнительных органов будет использоваться.

Техническим результатом является улучшение эксплуатационных свойств и расширение функциональных возможностей за счет того, что проверка элементов системы коммутации осуществляется в щадящем, неразрушающем слаботочном режиме, при выключенном и отключенном силовом источнике электропитания.

Технический результат достигается тем, что в систему коммутации исполнительных органов с неразрушающим контролем элементов коммутации и исполнительных органов, содержащую

блок электропитания с положительной и отрицательной силовыми шинами электропитания,

цепи электропитания +Е и -Е, при этом отрицательная силовая шина блока электропитания и цепь электропитания -Е образуют общую шину GND;

силовые ключи, подключенные к цепям электропитания +Е и -Е (GND);

исполнительные органы, соединенные последовательно с силовыми ключами;

электрический выключатель силовой шины электропитания, содержащий перекидной контакт, соединенный с цепью электропитания +Е, и нормально разомкнутый контакт, соединенный с положительной силовой шиной блока электропитания;

блок управления и контроля, содержащий вход управления и обратной связи и выходную шину управления, цепи которой связаны с управляющими входами силовых ключей, и источник электропитания ±U, цепь -U которого соединена с общей шиной GND:

контрольные резисторы и диоды;

измерительное устройство, имеющее две входные цепи - потенциальную и общую, и информационный выход;

введены токоограничивающий резистор, подключенный одним выводом к цепи +U источника электропитания ±U, а другим выводом - к цепи электропитания +Е,

контрольные резисторы и диоды соединены попарно последовательно в контрольные RD-цепи, которые с одного конца подключены к выходам силовых ключей, соединенных с цепью электропитания +Е, а с другого конца объединены и подключены к потенциальной входной цепи измерительного устройства, общая входная цепь которого подключена к общей шине электропитания GND.

Кроме того, в системе коммутации исполнительных органов с неразрушающим контролем элементов коммутации и исполнительных органов информационный выход измерительного устройства соединен с входом управления и обратной связи блока управления и контроля.

А также между объединенными концами контрольных RD-цепей и потенциальной входной цепью измерительного устройства включен управляемый ключ.

Сущность изобретения поясняется фиг. 1, на которой приведена схема заявленной системы коммутации исполнительных органов, обеспечивающая неразрушающий контроль всех элементов коммутации и исполнительных органов в щадящем «обесточенном» режиме «ТЕСТ» (до переключения аппаратуры в штатный режим «РАБОТА»). На фиг. 1 и далее в тексте обозначены:

1 - блок электропитания с положительной (+) и отрицательной (-) силовыми шинами электропитания;

2 - блок управления и контроля (БУК);

3 - вход управления и обратной связи блока управления и контроля;

4 - выходная шина управления блока управления и контроля;

5 - блок исполнительных органов;

6-8 - исполнительные органы (ИО) (при фактической необходимости иная коммутируемая аппаратура);

9 - цепь электропитания +Е силовых ключей и исполнительных органов.

10 - токоограничивающий резистор;

11 - концевой контакт исполнительного органа 6;

12 - технологическое устройство для телеметрии, например светодиод оптрона со своим токоограничивающим резистором и фототранзистором (на фиг. 1 не показаны);

13-18 - контакты соединителей системы коммутации и исполнительных органов, если они (соединители) требуются в конкретной системе коммутации исполнительных органов;

19 - электрический выключатель положительной силовой шины электропитания, содержащий нормально разомкнутый контакт и перекидной контакт, имеющий два положения «ТЕСТ» и «РАБОТА» (показано стрелками);

20-25 - силовые ключи включения электропитания исполнительных органов, при необходимости, резервированные, например, дублированные или троированные (на фиг. 1 не показаны);

26, 28, 30 - контрольные резисторы контрольных RD-цепей;

27, 29, 31 - контрольные диоды контрольных RD-цепей;

32 - измерительное устройство;

33 - потенциальная входная цепь измерительного устройства;

34 - общая входная цепь измерительного устройства;

35 - информационный выход измерительного устройства;

36 - управляемый ключ, включенный в потенциальную входную цепь измерительного устройства;

37 - предохранитель исполнительного органа 7;

38 - резистор (токоограничивающий или токозадающий резистор; в зависимости от особенностей исполнительного органа сопротивление резистора 38 может быть равно нулю);

39 - диод.

+Е и -Е - цепи электропитания (9 и GND) блока 5 исполнительных органов (6-8), коммутируемых силовыми ключами (20-25); при этом отрицательная силовая шина блока электропитания и цепь электропитания -Е не коммутируется и является неотъемлемой частью общей шины электропитания (GND);

+U и -U - цепи электропитания БУК 2. При этом один полюс -U источника электропитания соединен с общей шиной электропитания GND системы коммутации. К цепи электропитания +U подключен один вывод токоограничивающего резистора 10. Другой вывод токоограничивающего резистора 10 подключен к цепи электропитания 9+Е.

В качестве БУК 2 может быть использована электронная вычислительная машина ЭВМ, оснащенная необходимыми функциями, которые обеспечивают работу системы коммутации в целом. БУК 2 может быть предназначен для работы и в ручном режиме с визуальной проверкой результатов измерения по индикации на его табло или на табло измерительного устройства 32.

При объективной необходимости, для проверки контрольных цепей может быть использован источник электропитания, не входящий в состав БУК 2.

Электрический выключатель 19 силовой шины электропитания содержит нормально разомкнутый контакт и перекидной контакт, имеющий два положения, условно называемые «ТЕСТ» и «РАБОТА». На фиг. 1 показано его разомкнутое положение в режиме «ТЕСТ».

Перекидной контакт электрического выключателя 19 в режиме «РАБОТА» соединяет положительную силовую шину (+) блока электропитания 1 с цепью электропитания +Е и с силовыми ключами 20, 22, 24. При обоснованной необходимости может быть применена коммутация и отрицательной силовой шины электропитания, для чего электрический выключатель должен содержать вторую аналогичную секцию (на фиг. 1 не показана).

При проверке работоспособности элементов заявленной системы коммутации резистор 10 обеспечивает ограничение тока, протекающего от источника электропитания через проверяемые исполнительные органы в режиме «ТЕСТ», до безопасного уровня, обеспечивающего их неразрушающий контроль.

В режиме «ТЕСТ» от источника электропитания ±U требуется энергия на включение не более двух силовых ключей для включения всего одного исполнительного органа, а в штатном режиме может потребоваться включение всех исполнительных органов, как минимум десяток или больше. В таком режиме недостающий ток в источник электропитания ±U ограниченной мощности может поступать от цепи электропитания +Е через токоограничивающий резистор 10.

При отсутствии такой необходимости последовательно с токоограничивающим резистором 10 может быть включен диод 39 (на фиг. 1 показан пунктиром). Этот же диод 39, при необходимости, защитит источник электропитания ±U от возможного перенапряжения.

Заявленная система коммутации исполнительных органов содержит блок электропитания 1 с положительной (+) и отрицательной (-) силовыми шинами электропитания. К положительной силовой шине блока электропитания 1 с помощью электрического выключателя 19 силовой цепи электропитания в режиме «РАБОТА» подключается цепь 9 электропитания +Е системы силовых ключей (СК) 20, 22 и 24 и исполнительных органов (ИО) 6-8. К отрицательной силовой цепи электропитания, к цепи GND, силовые ключи СК 21, 23 и 25 подключены постоянно. ИО 6, 7 и 8, условно объединенные в блок 5 исполнительных органов, на фиг. 1 включены постоянно между нормально разомкнутыми контактами силовых ключей соответственно 20 и 21, 22 и 23, 24 и 25 соответственно.

ИО 6-8 практически в любой системе коммутации для обеспечения ее мобильности подключаются с помощью кабелей с разъемными соединителями, имеющими контакты 13-18.

Устройства типа оптрона 12 для телеметрии и контакты соединителей 13-18, резистор 38 относятся к технологическим признакам исполнительных органов ИО 6-8 и в конкретной системе коммутации исполнительных органов могут отсутствовать. Соединители обеспечивают оперативность при сборке систем управления, а оптроны являются обычными для телеметрии фиксаторами только фактов подачи на конкретные цепь напряжения электропитания, даже при отсутствии соответствующего ИО в составе аппаратуры. Вместе с тем, наличие и состояние таких элементов в системе коммутации облегчают анализ результатов проверки исходного состояния исполнительных органов в технологическом режиме «ТЕСТ», а при штатном использовании в режиме «РАБОТА» обеспечивают контроль работоспособности системы коммутации и исполнительных органов.

БУК 2 содержит источник электропитания (шины +U и -U), вход управления и обратной связи 3 и выходную шину управления 4, цепи которой связаны с управляющими входами всех силовых ключей СК 20-25.

Положение электрического выключателя 19 положительной силовой цепи электропитания, называемое «РАБОТА», используется в режиме штатной работы всей системы коммутации исполнительных органов после предварительной проверки работоспособности в режиме «ТЕСТ». При этом цепь 9 электропитания +Е, соединенная с СК 20, 22 и 24, подключается перекидным контактом электрического выключателя 19 к положительной силовой шине блока электропитания 1.

Следует отметить, что источник электропитания БУК 2 (шины +U и -U) используется для управления СК 20-25 во всех режимах: в режиме «ТЕСТ» - только при проверке работоспособности элементов коммутации и состояния исполнительных органов, в режиме «РАБОТА» - для штатного включения исполнительных органов при управлении изделием или иными механизмами, входящими в общую систему управления.

Система коммутации исполнительных органов содержит контрольные RD-цепи, в каждой из которых попарно последовательно соединены резистор 26, 28, 30 и диод 27, 29, 31. С одного конца выводы контрольных RD-цепей (верхние по схеме на фиг. 1) соединены с выходами СК 20, 22 и 24 и далее через контакты 13, 15 и 17 соединителя, с исполнительными органами 6-8. С другого конца контрольные RD-цепи (нижние по схеме фиг. 1) объединены и подключены к потенциальной входной цепи 33 измерительного устройства 32 напрямую или через замкнутый управляемый ключ 36. Общая входная цепь 34 измерительного устройства 32 соединена с общей шиной электропитания -Е (GND). Последовательность соединения резисторов и диодов в контрольных RD-цепях непринципиальна (фиг. 1) и определяется только полярностью коммутируемого напряжения.

Управляемый ключ 36 целесообразно применить, если режим работы измерительного устройства длительный и таких цепей много, но после проверки работоспособности системы коммутации исполнительных органов целесообразно управляемый ключ 36 разомкнуть, а измерительное устройство 32 выключить и, тем самым, исключить потребление электроэнергии контрольными RD-цепями и измерительным устройством 32. Если время работы системы коммутации незначительно, команды управления кратковременные, миллисекунды или даже секунды, этот ключ можно не выключать или даже не устанавливать, а установить вместо него соответствующую перемычку.

Для рассмотрения особенностей работы заявленной системы коммутации исполнительных органов в процессе ее технологического контроля могут быть рассмотрены некоторые конкретные устройства, так или иначе влияющие на объем и особенности выполнения вспомогательных (контрольных) функций. Рассматриваются особенности и возможности контроля следующих типов исполнительных органов 6-8, показанных на фиг. 1.

ИО 6 - в основе которого двигатель постоянного тока и некоторый агрегат, имеющий концевой контакт 11, который разрывает цепь электропитания двигателя постоянного тока, когда механизм агрегата придет в заданное рабочее положение. Для возврата в исходное состояние этого агрегата он должен содержать второй двигатель постоянного тока со своими силовыми ключами, подающими напряжение на выводы этого двигателя, и с концевым контактом, установленным в исходном положении этого агрегата. Возможно также реверсивное управление двигателем постоянного тока ИО 6 с использованием двух пар силовых контактов, подающих на реверсивный двигатель постоянного тока напряжение электропитания разной полярности, и двух концевых контактов (на фиг. 1 не показано).

ИО 7 - это может быть обычный вторичный преобразователь постоянного напряжения с предохранителем 37 для защиты аппаратуры при коротком замыкании.

ИО 8 - эквивалентно - это некоторое активное сопротивление, например нагреватель, это может быть сигнальная лампа, может быть прожектор или иное устройство с нагреваемой или даже с плавкой нитью. Все зависит от особенностей конкретных исполнительных органов и их назначения на изделии. Необходимость в использовании токоограничивающего или токозадающего резистора 38 определяется типом и режимом работы ИО 8. Такие ИО могут устанавливаться, например, в охраняемых местах защищаемых объектов, в местах стыковки и расстыковки космических отсеков, они могут быть информационными или исполнительными и т.п. Токозадающие резисторы 38 могут устанавливаться непосредственно в системе коммутации ИО.

Каждого типа ИО в системе коммутации может быть несколько (на схеме фиг. 1 показано по одному), каких-то типов ИО может не быть в конкретной системе коммутации исполнительных органов, могут быть иные исполнительные органы, не показанные на фиг. 1, со своими особенностями технологической оснастки.

Каждый ИО 6-8, являющийся функциональным исполнительным органом, может быть снабжен некоторым необходимым технологическим устройством, например, в виде оптрона 12, для передачи по телеметрическому каналу информации о наличии напряжения на цепях электропитания этого ИО. Состояние ИО в процессе управления: «включено/выключено», «положение», «исполнено» и т.п., определяется наличием дополнительных особенностей, например концевого контакта 11, как в ИО 6, предохранителя 37 как в ИО 7 и т.п. Факт подачи на любой ИО напряжения электропитания может контролироваться, например, с помощью устройств типа оптрона 12, подключенных к цепям электропитания конкретного ИО, как показано на фиг. 1 для ИО 6.

При этом следует иметь в виду, что проверка работоспособности СК в исходном положении двухпозиционных ИО типа ИО 6 проводится в процессе первой проверки всех силовых коммутаторов системы в режиме «ТЕСТ». После этого, при необходимости, обеспечивается перевод ИО 6 в рабочее положение, но уже в режиме «РАБОТА», поскольку в режиме «ТЕСТ» ни один ИО не может работать при его электропитании от источника электропитания ограниченной мощности. Снова, в режиме «ТЕСТ», проводится проверка ИО 6, и при положительных результатах этой проверки ИО 6 переводят в исходное положение. Для этого в режиме «РАБОТА» штатной командой переводят ИО 6 и подобные в исходное состояние и повторяют проверку их состояния в режиме «ТЕСТ».

В качестве измерительного устройства 32 целесообразно использовать низкоомный измерительный прибор, конкретно - миллиамперметр, информацию с выхода 35 которого подавать на вход управления и обратной связи 3 БУК 2. В простейшей системе коммутации в качестве измерительного устройства 32 может быть использован светодиод для визуального контроля или оптрон, фотодиод которого, в свою очередь, может быть введен в состав телеметрического канала информации или в состав сигналов обратной связи по входу управления 3 БУК 2.

Работает заявленная система коммутации исполнительных органов следующим образом.

Сначала рассмотрим работу с заявленной системой после ее изготовления.

Проверка любой изготовленной системы начинается с проверки качества ее сборки, сопротивления изоляции, сопротивления цепей и т.п. Эти операции стандартные, обязательные, не входят в объем притязаний и здесь не рассматриваются, но должны быть выполнены обязательно.

Проверку работоспособности заявленной системы коммутации исполнительных органов следует проводить в режиме «ТЕСТ», когда не требуется или не допускается подавать на ее исполнительные органы штатное напряжение электропитания, но при этом обязательно требуется убедиться в том, что система коммутации исполнительных органов собрана правильно, исполнительные органы подключены и, несмотря на то, что она не запитана, она работоспособна. Единственно, что требуется - это включить БУК 2 с источником электропитания с напряжением ±U (или иной источник электропитания, ежели он используется). Этот источник электропитания и все остальные комплектующие элементы системы до ее сборки были проверены по соответствующей документации на них, осталось проверить работоспособность силовых ключей собранной системы коммутации исполнительных органов перед первым включением ее для проверки в штатном режиме, при этом ни один из ИО 6-8 включать не требуется.

В этом режиме на цепь электропитания +Е силовых ключей 20-25 напряжение +U от источника электропитания ±U поступает либо напрямую через токоограничивающий резистор 10, либо через этот резистор 10 и диод 39.

Поскольку все силовые ключи 20-25 разомкнуты, то ток через резистор 10 в любом варианте его подключения не потечет. Не потечет ток и по контрольным RD-цепям 26-31, поэтому на потенциальной входной цепи 33 измерительного устройства 32 ток и напряжение равны нулю. Результаты измерения тока измерительным устройством 32 с его информационного выхода 36 могут быть доступны (при предусмотренной необходимости) контролю визуально, их можно передать по телеметрии на контрольный пункт, можно также передать по радиосвязи оператору, участвующему в испытаниях системы, а можно подать на вход управления и обратной связи 3 БУК 2. Последнее может послужить сигналом к началу автоматической проверки работоспособности системы коммутации исполнительных органов.

Здесь следует отметить, что конкретная система коммутации исполнительных органов требует гальванической развязки между цепями выходной шины управления 4 БУК 2 и управляющими входами СК 20-25. Гальваническая развязка в системе коммутации исполнительных органов может быть выполнена с использованием самых различных комплектующих, существенно отличающихся друг от друга, например, в простейшем случае, с использованием реле, контакты которых в качестве «силовых ключей» показаны на фиг. 1, а обмотки управления этих реле на фиг. 1 не показаны, но являются составной частью выходной шины управления 4. Для обеспечения гальванической развязки в качестве СК могут использоваться мощные оптроны - это фактически тоже реле, только электронные. Могут использоваться силовые транзисторы, входные цепи управления которых выполнены с использованием трансформаторов с выпрямителями переменного напряжения на вторичных обмотках. Такое исполнение заявленной системы коммутации обеспечивает безопасную и достоверную проверку работоспособности всех силовых ключей каждой цепи управления исполнительными органами и целостность исполнительных органов системы коммутации.

При этом проверка управления каждого силового ключа (каждого исполнительного органа) проводится только индивидуально. В том числе индивидуально может быть проверено и резервирование каждого СК. Для этого блоком управления и контроля 2 на управляющие входы (обмотки реле, входы оптронов и пр.) каждого из резервированных силовых ключей подаются резервирующие сигналы на их включение и на выключение. При этом сигнал на выключение ИО, в зависимости от типа конкретных исполнительных органов, может быть выполнен путем снятия сигнала на включение этого ИО.

Следует дополнительно отметить, что в ряде систем управления нет острой необходимости проверять работоспособность непосредственно исполнительных органов, самое главное в таких системах - проверить наличие и целостность исполнительного органа в составе системы управления и, тем самым, косвенно убедиться в целостности проверяемого изделия, объекта.

Рассмотрим в качестве иллюстрации особенности и возможности проверки разных по типу, по назначению исполнительных органов и оценки возможных результатов проверки ИО в их «в обесточенном состоянии».

При исполнении первой команды с БУК 2 на включение силового ключа 20 происходит подготовка цепи включения исполнительного органа 6. При этом от источника ±U ограниченной мощности по цепи «+U»-10-20-26-27-36-33-32-34-GND потечет ток, значение которого будет равно:

где: R10, R26 и R32 - сопротивления резистора 10, резистора 26 и входное сопротивление измерительного устройства 32 соответственно.

Если входное сопротивление R32 измерительного устройства 32 много меньше R10 и R26 (например, используется измеритель тока), то входным сопротивлением R32 измерительного устройства 32 можно пренебречь. Падением напряжения на диоде 27 можно также пренебречь или учесть его при расчете тока в формуле (1) либо оценить при первой проверке реальной системы коммутации ИО в режиме «ТЕСТ» и учитывать результаты этой проверки при всех последующих проверках конкретной системы коммутации, а также при серийном производстве таких систем коммутации. А если сопротивления R10 и R26 резисторов 10 и 26 равны друг другу (это целесообразно заложить в схему и конструкцию заявляемой системы коммутации еще при его проектировании и дополнительно учесть параметры диода RD-цепи), то производить расчет ожидаемого тока можно по упрощенной формуле:

Этот ток больше ни от чего не должен зависеть. Если результат измерения тока измерительным устройством 32 совпадает с расчетным, значит, СК 5 замкнулся и нигде никаких посторонних цепей нет.

Измерительное устройство 32 на своем выходе 35 выставляет результаты измерения тока. Они, как это указано выше, могут быть представлены также оператору для визуального контроля в аналоговой или цифровой форме, либо переданы по интерфейсу 35 по каналу связи с оператором, находящимся на расстоянии, либо для передачи по каналу телеметрии, либо поданы на вход управления и обратной связи 3 БУК 2 для анализа ситуации и автоматического принятия решения о подаче следующей команды.

Второй командой из БУК 2 включают силовой ключ 21. Здесь уже нужен тщательный анализ результатов измерения тока измерительным устройством 32. Если ток упал почти до нуля (остаточный ток), значит, силовой ключ 21 замкнулся и низкоомным сопротивлением ИО 6 зашунтировал цепочку 26-27-36-33-32-34, что и подтверждается значительным уменьшением измеренного тока. Но, если силовой ключ 21 не замкнется, то ток не изменится. Это - замечание, и нужно искать причину этого замечания и ее устранять.

Вместе с тем, после замыкания силового ключа 21 ток может уменьшиться, но не упасть до минимума. Это может быть потому, что, например, агрегат исполнительного органа 6 находится не в исходном, а уже в рабочем положении и при этом разомкнут его концевой контакт 11.

В таком состоянии ИО 6 уменьшение тока по измерительному устройству 32 произойдет не до нуля. Объясняется это тем, что помимо ИО 6 с его концевым контактом 11, который оказался не в исходном и в разомкнутом состоянии, имеется технологическое устройство 12 для телеметрии ИО 6, например, светодиод оптрона со своим токоограничивающим резистором. Сопротивление этого токоограничивающего резистора (на фиг. 1 не показан) в подобной входной цепи оптрона обычно составляет единицы кОм. При этом легко рассчитать ток, поступающий в измерительное устройство 32 в таком режиме (сопротивлением диода 27 можно пренебречь):

Если при уменьшении тока его значение по измерительному устройству 32 совпадает с расчетом по формуле (3), то входная цепь оптрона соответствует конструкторской документации, но агрегат ИО 6 находится не в исходном состоянии. Здесь следует дополнительно отметить, что если ток, протекающий через токоограничивающий резистор оптрона и светодиод оптрона 12, будет достаточным, чтобы открыть фототранзистор этого оптрона, то этот факт будет зафиксирован и телеметрией (на фиг. 1 не показано) и это будет служить оперативной информацией для оценки состояния проверяемой аппаратуры, конкретно - исполнительного органа 6, который находится не в исходном, а в рабочем положении.

Здесь следует отметить, что, хотя бы теоретически, по конкретным значениям измеренных токов, в том числе и току, «упавшему почти до нуля», можно оценить тип исполнительного органа, включенного в конкретной операции проверки. Для этого достаточно сравнить фактическое изменение тока в параллельных цепях конкретной контролируемой схемы управления с рассчитанным, ожидаемым, распределение тока с учетом рекомендаций согласно формуле (3), в которой R12 - это эквивалент гипотетического сопротивления технологического устройства 12 для телеметрии ИО 6. Вместе с тем, в любом случае при низкоомном исполнительном органе и наличии диода 27 результаты расчета могут быть полезны для анализа, хотя при этом будут иметь заметную погрешность.

Третью команду формируют на выключение СК 20. Если после выполнения этой команды измерительное устройство 32 показывает ноль, значит, СК 20 выключился (разомкнулся).

Четвертую команду формируют для выключения СК 21. После выполнения этой команды измерительное устройство 32 продолжает показывать ноль, но это еще не значит, что силовой ключ 21 выключился. Поэтому целесообразно выдать пятую, фактически - повторить первую команду на включения СК 20 и убедиться, что измеренный ток соответствует результатам измерения при подаче первой команды на включение СК 20. Если при подаче повторно команды на включение СК 20 измеренный ток соответствует низкому результату измерения тока, как после подачи второй команды на включение СК 21, значит, имеет место замечание типа «силовой ключ 21 по команде на выключение не выключился».

Обратная связь от измерительного устройства 32 в блок управления и контроля 2 по линии 35-3 при несовпадении заданного режима с результатом реального измерения тока контрольным устройством 32 может автоматически остановить дальнейшую проверку до выяснения причины замечания. При необходимости, одновременно может быть выдан звуковой или световой сигнал. Это замечание необходимо рассмотреть, определить и устранить его причину.

После устранения замечания и подачи шестой команды на выключение силового ключа 20 силовые ключи 20 и 21 будут приведены в исходное состояние, и ток на входе измерительного устройства 32 будет равен нулю.

Перед проверкой СК следующего исполнительного органа 7 силовые ключи 20, 21 предыдущего ИО должны быть выключены.

Первой командой с блока управления и контроля 2 на включение силового ключа 22, входящего в схему коммутации исполнительного органа 7, по аналогии с предыдущим, обеспечится протекание тока по цепи «+U»-10-22-28-29-36-33-32-34-GND. Значение этого тока будет равно:

или: I~U/2*(R28)

Этот ток также больше ни от чего не зависит, и, если результат измерения тока измерительным устройством 32 совпадает с расчетным, значит, СК 22 замкнулся и никаких посторонних цепей нет.

Второй командой из блока управления 2 включают силовой ключ 23. Здесь возможны два результата измерения тока. Если ток упал почти до нуля, значит, силовой ключ 23 замкнулся и низкоомным сопротивлением исполнительного органа 7 зашунтировал цепочку 28-29-36-33-32-34-GND, что и подтверждается результатом измерения. Но если ток не изменился, то в этом случае возможны две причины замечания: силовой ключ 23 все-таки не замкнулся либо неисправен плавкий предохранитель 37 исполнительного органа 7 (перегорел или отсутствует). В любом случае - это замечание, и нужно искать причину этого замечания и ее устранять.

Когда замечание устранено или его нет изначально, третьей командой обеспечивается выключение силового ключа 22. Если после выполнения этой команды измерительное устройство 32 показывает ноль, значит, силовой ключ 22 выключился.

Четвертую команду формируют для выключения силового ключа 23. Если после выполнения этой команды измерительное устройство 32 продолжает показывать ноль, еще не значит, что силовой ключ 23 выключился. Поэтому целесообразно выдать контрольную, пятую, команду на включение силового ключа 22 и убедиться, что измеренный ток соответствует результатам измерения при предыдущей подаче этой команды на включение силового ключа 22. Если при подаче повторно команды на включение силового ключа 22 измеренный ток близок к нулю, значит, имеет место замечание типа «силовой ключ 23 по команде на выключение не выключился». Требуется разбор и устранение причины этого замечания.

Перед проверкой следующего исполнительного органа СК 22 и 23 предыдущего ИО 7 следует установить в исходное, выключенное, состояние.

Проверка силовых ключей исполнительного органа 8 производится также за несколько простейших операции типа «включить»/«выключить». Ниже приводится два варианта проверки работоспособности силовых ключей этого исполнительного органа.

По первому, аналогичному с предыдущими, варианту проверки первой командой с блока управления и контроля 2 при включении силового ключа 24 от источника электропитания ограниченной мощности, по аналогии с предыдущими результатами проверки, потечет ток по цепи «+U»-10-24-31-30-36-33-32-34-GND, значение которого будет равно

Второй командой из БУК 2 включается силовой ключ 25. Здесь возможны два варианта результата измерения тока. Если ток упал практически до нуля, значит, силовой ключ 25 замкнулся и низкоомным сопротивлением исполнительного органа 8 и резистора 38 зашунтировал цепочку 31-30-36-33-32-34, что и подтверждается результатом измерения тока. Но если ток не изменился, то в этом случае возможны две причины замечания: СК 25 все-таки не замкнулся, или неисправен сам исполнительный орган 8 (перегорела или отсутствует нить ИО 8), или отсутствует токозадающий резистор 38. В любом случае - это замечание, нужно искать его причину и устранять.

Кода замечание устранено или его нет изначально, третьей командой обеспечивают выключение СК 24. Если после выполнения этой команды измерительное устройство 32 показывает ноль, значит, СК 24 выключился.

Четвертую команду формируют для выключения СК 25. После выполнения этой команды измерительное устройство 32 продолжает показывать ноль, а это еще не значит, что СК 25 выключился. Целесообразно выдать пятую команду на повторное включение СК 24. Если при подаче повторно команды на включение силового ключа 24 измеренный ток близок к нулю, значит, имеет место замечание типа «силовой ключ 25 по команде на выключение не выключился». Требуется разбор и устранение этого замечания.

После устранения замечания и подачи шестой команды на выключение силового ключа 24 для управления исполнительным органом 8 силовые ключи 24 и 25 будут приведены в исходное состояние и ток по измерительному устройству 32 будет равен нулю.

Следует отметить, что результаты проверки подобных устройств двухполярной коммутации исполнительных органов достоверны, но сам процесс проверки не всегда оптимален. Далее, в качестве примера, приведен упрощенный порядок проверки схемы управления простейшего ИО типа 8. Описанную последовательность формирования команд управления силовыми ключами целесообразно применять и для проверки работоспособности иных силовых ключей 20-23 исполнительных органов 6 и 7, включенных с ними последовательно.

По второму варианту проверки ИО 8 первой командой включают СК 24. Измерительное устройство 32 измеряет ток, равный:

Второй командой включают СК 25. Ток через измерительное устройство 32 уменьшается почти до нуля.

Третьей командой выключают СК 25. Измерительное устройство 32 восстанавливает показания.

Четвертой командой выключают СК 24. Измерительное устройство 32 показывает ноль.

Этот более простой и логичный вариант последовательности формирования команд управления силовыми ключами целесообразно применять в реальной аппаратуре для проверки всех силовых ключей 20-25 и исполнительных органов 6-8, включенных с ними последовательно.

При проверке исполнительных органов, имеющих некоторые технологические устройства, например оптрон 12, концевой контакт 11, предохранитель 37 (и др., в зависимости от конкретной конструкции исполнительных органов), при проверках и анализе результатов проверки в БУК 2 по цепи обратной связи 35-3 может поступать и накапливаться полезная информация о состоянии силовых ключей, самого ИО, его конкретных технологических или функциональных элементах, о замечаниях и т.п. Эта информация может быть использована при анализе результатов испытаний на предмет юридического подтверждения работоспособности элементов системы коммутации исполнительных органов.

В заключение особо следует отметить способность заявленной системы коммутации обеспечивать указанную проверку работоспособности силовых ключей «в обесточенном состоянии» (при выключенном силовом электропитании), ее безусловной возможности управлять исполнительными органами и при этом отмечать гипотетические дефекты, например отсутствие или выход из строя какого либо ИО.

Кроме того, следует отметить, что такие проверки целесообразно проводить не только после изготовления системы коммутации исполнительных органов, как это отмечено в начале описания, что необходимо выполнять обязательно, но и непосредственно перед рабочим использованием (применением) системы коммутации исполнительных органов. Это особенно важно после длительного нахождения системы коммутации исполнительных органов в выключенном состоянии в реальных условиях эксплуатации и хранения (перепады температуры, влажности, ускорения, вибрации, удары и прочее). Тем более что контрольные операции проводятся быстро и безопасно в объеме формирования и контроля исполнения всех управляющих команд при включенных только блоке управления и контроля и его источнике ограниченной мощности.

Работоспособность самих исполнительных органов в режиме «ТЕСТ» проверить невозможно, а иногда и недопустимо. Поэтому работоспособность всех исполнительных органов обязательно должна быть проверена в реальной кабельной сети по эксплуатационной документации на них и при отработочных испытаниях в реальной системе управления изделия совместно с реальными исполнительными органами или их аналогами еще до установки их в систему коммутации. Это исключит возможность пропуска каких-нибудь иных «мелочей», при наличии которых реальные исполнительные органы могут не сработать, например длинные кабельные цепи и малое сечение их проводов. Либо может испортиться ИО, например, при неправильной полярности подключения к силовым контактам электропитания (ошибки в кабелях), ошибках за счет неправильного подключения однотипных пар соединителей ИО, способных привести к ошибкам в фазировке управляющих воздействий и т.п.

После окончания проведения неразрушающего контроля исправности элементов коммутации, в том числе - их резервирования и их работоспособности в «обесточенном состоянии», и обязательного выключении режима проверки, в любой момент возможен переход к штатному режиму работы. Для этого включают блок электропитания 1 и электрический выключатель 19 силовой цепи электропитания устанавливают в положение «РАБОТА».

После окончания штатной работы по заданной программе систему коммутации можно выключить, отключить соединители исполнительных органов и использовать систему коммутации исполнительных органов многократно в такой же или в иной системе управления в качестве своеобразного функционального «тестера». При этом, в зависимости от особенностей системы управления, на исполнительные органы могут подаваться как кратковременные, так и длительные команды. Это может быть заложено в БУК 2 данной системы управления или во внешней аппаратуре, обеспечивающей заданное управление по программе, передаваемой в этот БУК 2 по входу управления и обратной связи 3.

Предлагаемая совокупность признаков в рассмотренном автором предложении не встречалась ранее для решения поставленной задачи и не следует явным образом из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критериям «новизна» и «изобретательский уровень».

По сравнению с прототипом заявленное решение улучшает эксплуатационные свойства за счет проведения оперативного, надежного, щадящего режима проверки и заблаговременного неразрушающего контроля системы коммутации исполнительных органов «в обесточенном состоянии» в части сохранения работоспособности силовых ключей, и состояния особенностей технологической оснастки исполнительных органов. При этом работоспособность самих исполнительных органов гарантируется их изготовителями и подтверждается испытаниями при их входном контроле перед установкой в состав изделия, а также при технологической отработке в составе изделия, в том числе с учетом указаний и рекомендаций, заложенных в документации завода-изготовителя.

Изобретение относится к области электротехники и электроники и может быть использовано в составе аппаратуры управления с электропитанием постоянным напряжением разветвленных систем исполнительных органов для неразрушающего контроля исполнительных органов и элементов их коммутации. Система коммутации исполнительных органов с неразрушающим контролем элементов коммутации и исполнительных органов содержит блок электропитания с положительной и отрицательной силовыми шинами электропитания, цепи электропитания +Е и -Е, при этом отрицательная силовая шина блока электропитания и цепь электропитания -Е образуют общую шину GND, силовые ключи, подключенные к цепям электропитания +Е и -Е (GND), исполнительные органы, соединенные последовательно с силовыми ключами; электрический выключатель силовой шины электропитания, содержащий перекидной контакт, соединенный с цепью электропитания +Е, и нормально разомкнутый контакт, соединенный с положительной силовой шиной блока электропитания, блок управления и контроля, содержащий вход управления и обратной связи и выходную шину управления, цепи которой связаны с управляющими входами силовых ключей, и источник электропитания ±U ограниченной мощности, цепь -U которого соединена с общей шиной GND, контрольные резисторы и диод, измерительное устройство, имеющее две входные цепи - потенциальную и общую, и информационный выход. В систему также введен токоограничивающий резистор, подключенный одним выводом к цепи +U источника электропитания ±U, а другим выводом - к цепи электропитания +Е. Контрольные резисторы и диоды соединены попарно последовательно в контрольные RD-цепи, которые с одного конца подключены к выходам силовых ключей, соединенных с цепью электропитания +Е, а с другого конца объединены и подключены к потенциальной входной цепи измерительного устройства, общая входная цепь которого подключена к общей шине электропитания GND. В результате улучшаются эксплуатационные свойства и расширяются функциональные возможности системы. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Система коммутации исполнительных органов с неразрушающим контролем элементов коммутации и исполнительных органов, содержащая блок электропитания с положительной и отрицательной силовыми шинами электропитания, цепи электропитания +Е и -Е, при этом отрицательная силовая шина блока электропитания и цепь электропитания -Е образуют общую шину GND, силовые ключи, подключенные к цепям электропитания +Е и -Е (GND), исполнительные органы, соединенные последовательно с силовыми ключами, электрический выключатель силовой шины электропитания, содержащий перекидной контакт, соединенный с цепью электропитания +Е, и нормально разомкнутый контакт, соединенный с положительной силовой шиной блока электропитания, блок управления и контроля, содержащий вход управления и обратной связи и выходную шину управления, цепи которой связаны с управляющими входами силовых ключей, и источник электропитания ±U ограниченной мощности, цепь -U которого соединена с общей шиной GND, контрольные резисторы и диоды, измерительное устройство, имеющее две входные цепи - потенциальную и общую, и информационный выход, отличающийся тем, что в нее введены токоограничивающий резистор, подключенный одним выводом к цепи +U источника электропитания ±U, а другим выводом - к цепи электропитания +Е, контрольные резисторы и диоды соединены попарно последовательно в контрольные RD-цепи, которые с одного конца подключены к выходам силовых ключей, соединенных с цепью электропитания +Е, а с другого конца объединены и подключены к потенциальной входной цепи измерительного устройства, общая входная цепь которого подключена к общей шине электропитания GND.

2. Система коммутации исполнительных органов с неразрушающим контролем элементов коммутации и исполнительных органов по п.1, отличающаяся тем, что информационный выход измерительного устройства соединен с входом управления и обратной связи блока управления и контроля.

3. Система коммутации исполнительных органов с неразрушающим контролем элементов коммутации и исполнительных органов по п.1 или 2, отличающаяся тем, что между объединенными концами контрольных RD-цепей и потенциальной входной цепи измерительного устройства включен управляемый ключ.