Устройство для управления включением резервных исполнительных элементов Советский патент 1992 года по МПК G05B23/02 

Изобретение относится к автоматизации, в частности к устройствам автоматического подключения резервных исполнительных элементов при неисправности основных, и может быть использовано в системах управления резервированными объектами (в частности, судовыми).

Известны устройства программного управления устройства для контроля дублированных блоков и системы управления с резервированием. В этих устройствах либо отсутствует дублирование исполнительных элементов (или каналов самой системы), либо при неисправности основного исполнительного элемента (канала) производится переключение на резервный с помощью специального устройства переключения. При этом рассматриваются наиболее простые виды резервирования, как правило дублирование.

Существуют примеры более сложного объединения однотипных исполнительных элементов в резервированные группы Например, для обеспечения работы масляной системы механизма управления судовым винтом регулируемого шага (ВРШ) на одном из проектов судна предлагается использовать резервированную группу из четырех насосов, работающих на одну магистраль. При этом в норм альном режиме в качестве основных включены два любых насоса, остальные два - резервные и при отказе одного из работающих включается один из резервных. В тяжелом (ледовом) режиме включены три насоса (любых), четвертый - резервный включается при отказе одного из работающих. Выбор и включение исполнительного элемента (насоса) осуществляется оператором. В общем случае имеется N единиц однотипных исполнительных элементов, из которых могут быть включены М любых элементов (1 М N) Остальные К элементов - резервные (К N-M). При отказе одного (любого) из М элементов автоматически должен включаться один (любой) из К элементов.

Недостатком указанных устройств является то, что они не решают задачу управления N резервированными элементами.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для управления включением исполнительных элементов, В состав ycfpoftcT&a входят соединенные соответствующим образом контроллер, коммутатор режимов, исполнительные элементы, блок ручного управления, элементы защиты. Устройство предназначено для управления (включения, отключения) N однотипными исполнительными элементами.

Недостатком известного устройства является невозможность автоматического подключения резерва при решении указанной задачи (если все N элементов резервируют один другого, М - основные, К - резервные).

Целью изобретения является повышение точности устройства.

Устройство содержит блок ручного уп0 равления и исполнительные элементы нового блока подключения резерва, выходы которого соединены с входами блока ручного управления, а на входы поступают сигналы от датчиков состояния объекта

5 На фиг. 1 показана функциональная схема устройства; на фиг, 2 - схема узла подключения резерва; на фиг. 3 - диаграмма его работ,

В состав устройства входят узел 1 руч0 ного управления, узел 2 исполнительных элементов, узел 3 подключения резерва

В состав узла 1 ручного у правления входят N кнопок Сгоп 4-6, N кнопок Пуск 7-9, N реле запуска (обмотки реле 10-12, контакты 13-15 реле соответственно).

5 В узел 2 исполнительных элементов

входят N реле включения исполнительных

элементов (обмотки реле 16-18 контакты 19

и 10, 21 и 22, 23 и 24 реле соответственно

В узел 3 подключения резерва входят

0 (фиг.2) генератор 25 импульсов, синхронизирующий работу элементов узла 3, блок 26 элементов ИЛИ-НЕ, N элементов ЗИ 27-29, дешифратор 47, (N+1) RS-триггеров ЗО-ЗЗ, (N+1) элементов 2И 34-37, элемент И 38, три

5 счетчика 39-41, один из которых реверсивный (41; два элемента ИЛИ 42 и 43, три регистра 44-46, два из которых (44 и 45) сдвиговое регистры, а третий регистр 46 буферный и построен из N параллельно ра0 ботающих RS-триггеров.

В узле 1 размыкающие кнопки Стоп 4-6 соединены последовательно с соответствующими замыкающими кнопками Пуск 7-9, контакты 13-15 реле соединены парал5 лельно соответствующим кнопкам Пуск. Выходы узла 1 соединены с соответствующими катушками реле 16-18, замыкающие контакты 20,22 и 24 включают (или отключают) исполнительные элементы, а контакты

0 19,21 и 23 подсоединены параллельно соответствующим кнопкам Пуск К входам узла 1 подсоединены выходы узла 3, на входы которого от объектов управления поступают N дискретных сигналов Работа, свиде5 тельствующих о рабочем (включенном) или нерабочем (отключенном) состоянии объектов и N дискретных сигналов Неисправность, свидетельствующих о неисправном илиисправномсостоянии объектов Выходы

узла 3 соединены с обмотками реле 10-12 узла 1, узлы 1-3 взаимодействуют следующим образом. При нажатии одной (или нескольких) кнопки Пуск срабатывает соответствующее реле 16-18, один из контактов которого включает объект управле- ния, а другой шунтирует кнопку Пуск, обеспечивая питание обмотки при отпускании кнопки Пуск. При нажатии кнопки Стоп рвется цепь питания управления. Необходимость включения резерва опреде- ляется узлом 3 на основании анализа сигналов Работа. Неисправность.

Узел 3 также формирует сигналы на включение резерва. При необходимости включения резерва сигнал включения с узла 3 поступает на реле 10-12 узла 1. Контакты 13-15 реле шунтируют кнопку Пуск и срабатывает реле 16-18 выбранного объекта. Сигналы Работа и Неисправность фор- мируются либо непосредственно датчиками, установленными на объектах, либо простейшим логическим устройством, обрабатывающим сигналы от датчиков. Например, для насосов состояние Работа определяется наличием сигналов на реле включения, питания привода, давления в трубопроводе. Для других объектов это другие логические сигналы.

При включении системы все триггеры 30-33, счетчики 39-41, генератор 25, регистры 44-46 устанавливаются в исходное ну- левое состояние (соответствующие элементы установки нулевого состояния не показаны).

Генератор 25 на нулевом выходе 1 формирует последовательность импульсов частотой 0,5-1,0 Гц, определяющих цикл работы устройства. Каждый такой импульс приводит в исходное состояние счетчики 39-41, триггер 33 и одновременно формирует сигналы считывания информации в регистры 44 и 45, По сигналу считывания в моменты to, 2to,... (фиг.З) в регистр 44 заносится код, в котором единица 1-го разряда свидетельствует о неисправности 1-го объекта и требовании на включение резерва. Блок элементов ИЛИ-НЕ 26, состоящий из N элементов ИЛИ с инверсным выходом, на входы каждого из которых подаются сигна- лы Работа и Неисправность для соответствующего объекта, формирует код, в котором единица 1-го разряда свидетельствует о том, что 1-й объект не работает и исправлен (и может использоваться как ре- зервный), т.е. логическая функция для 1-го выхода блока 26 соответствует функции

Y| XHl + Xpi,

где Хн1 - сигнал о неисправности 1-го объекта;

ХР| - сигнал о работе 1-го объекта.

Этот код в моменты to. 2to записывается в регистр 45. С второго выхода таймера поступают импульсы, частота которых на несколько порядков выше частоты с первого выхода (около 1000 Гц), Импульсы с первого и второго выходов генератора синхронизированы и в момент формирования импульса на первом выходе на втором выходе импульс не формируется (блокируется). Импульсы с второго выхода генератора 25 через элемент 2И 37 поступают на вход сдвига регистра 44, в то же время сигнал с триггера 33 блокирует прохождение этих импульсов через элемент И 38 на счетчик 40.

Импульсы, поступающие на вход сдвига регистра 44, сдвигают код, находящийся в регистре,по кольцу. N импульсов возвращают код регистра 44 в исходное состояние, з выходной код счетчика 41 соответствует числу неисправных объектов. После подачи N импульсов на вход сдвига регистра 44 на выходе счетчика 39 формируется сигнал, переводящий триггер 33 в состояние 1, что блокирует прохождение импульсов на вход сдвига регистра 44 (фиг.З, момент ti). Этот же сигнал поступает ни элемент И 38. Если выходной код счетчика 41 соответствует О (нет неисправных объектов), то нулевой сигнал с элемента ИЛИ 42 блокирует элемент И 38 и подключение резерва не происходит. Если же выходной код счетчика 41 (неисправных объектов) не равен нулю, на выходе элемента ИЛИ 42 формируется сигнал 1 и, начиная с момента ti (фиг.З), импульсы с второго выхода генератора 25 поступают на счетный вход счетчика 40 и вход сдвига регистра 45,

С выхода счетчика 40 на информационные входы дешифратора 47 поступает код номера, соответствующего числу сдвигов регистра 45, а с выхода регистра 45 - сигнал 1 или О, поступающий на управляющий вход дешифратора (1 соответствует тому, что 1-й объект управления может использоваться как резерв). Если с выхода регистра 45 поступает сигнал 1, дешифратор 47 формирует сигнал, соответствующий выходному коду счетчика 40, т.е. сигнал на включение очередного резервного исполнительного элемента (нулевой сигнал с выхода регистра 45 приводит к обнулению всех выходов дешифратора 47) Одновременно с этим сигнал с выхода элемента ИЛИ 43 уменьшает код счетчика 41 неисправных объектов на единицу. Если обслужены все заявки на резерв (код счетчика 41 стал нулевым), элементы ИЛИ 42 и И 38 блокируют дальнейшую работу устройства (фиг.З, момент t2). В момент t2 на выходе регистра 46

формируются заявки на включение резервных объектов по факту неисправностей, обнаруженных в момент to. Эти заявки поступают на реле 10-12 узла 1. Период Тз (от 12 до 2to) выделяется на срабатывание реле 10-12 и 16-18.

Может оказаться, что неисправных объектов больше, чем резервных. В этом случае работа счетчика 40 и регистра 45 блокируется но сигналом от элемента ИЛИ 42 (свидетельствующем о том, что все заявки обслужены), а сигналом с выхода дешифратора 47, формирующимся в момент, когда код на выходе счетчика 40 соответствует N (т.е. не все заявки обслужены, но среди N объектов резервных блоков больше нет).

Кроме того, при записи в регистр 44 информации по импульсу с первого выхода генератора 25 (фиг.З) единичные сигналы с выходов регистра через элементы ЗИ 27-29 поступают на триггеры 30-32 и переводят их в состояние, блокирующее прохождение сигналов Неисправность через элементы 2И 34-36 в следующем цикле от тех неисправных объектов, заявка от которых уже поступила в регистр 41. Это делается для того, чтобы одна и та же заявка от неисправного объекта не подключала последовательно все новые и новые резервные объекты. Когда сигнал Неисправность снят(после восстановления -объекта вручную или автоматически), триггеры 30-32 устанавливаются в состояние, позволяющее ввести в регистр 44 информацию о неисправности, возникающей вновь в восстановленном объекте.

Таким образом, устройство циклически (раз в 1-3 с) определяет вновь поступившие сигналы Неисправность от объектов управления и формирует сигналы включения резервных объектов. При этом может обслуживаться группа из N объектов, резервирующих один другого. Любые М объектов могут быть включены как основные (1 :ЈМ N), остальные находятся в резерве и включаются (автоматически) при отказе любого из основных объектов.

Формула изобретения

Устройство для управления включением резервных исполнительных элементов, содержащее N пар из последовательно соединенных кнопок Стоп, Пуск по числу исполнительных элементов, N реле запуска, имеющих N замыкающих контактов, N реле включения исполнительного элемента, первый вывод обмотки которых подключен к общей шине, а второй вывод - к свободным выводам кнопок Пуск, первым выводам контактов реле запуска и контактов реле включения исполнительных, вторые выводы

которых соединены с вторыми выводами контактов реле запуска и общим выводом кнопок Пуск и Стоп, другие выводы которых соединены с шиной питания, первые

выводы обмоток реле запуска соединены с шиной питания, первые выводы обмоток реле запуска соединены с общей шиной, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет ав0 тематического поддержания заданного числа работоспособных исполнительных элементов, в него введены генератор импульсов, блок элементов ИЛИ-НЕ, с первого по (N+1)-u Н5-триггеры,Ј первого по N-й

5 элементы ЗИ,с первого по (IM+1 )-й элементы ) 2И, элемент И, первый и второй счетчики, реверсивный счетчик, первый и второй элементы ИЛИ, первый и второй сдвиговые регистры, буферный регистр и дешифратор,

0 выходы которого соединены с входами второго элемента ИЛИ и информационными входами буферного регистра, вход записи которого соединен с входами записи первого и второго сдвиговых регистров и входами

5 сброса первого и второго счетчиков, реверсивного счетчика (N+1)-ro RS-триггера, первым выходом генератора импульсов, первыми входами с первого по N-й элементов ЗИ, вторые входы которых являются вхо0 дами анализа непрерывности устройства, предназначенными для подключения выходов неисправности исполнительных элементов, и соединены с инверсными входами сброса триггеров, первыми входами эле5 ментов 2И и первыми входами блока элементов ИЛИ-НЕ, вторые входы которых являются входами устройства, предназначенными для подключения выводов, сигнализирующиховключенности

0 исполнительного элемента, а выходы соединены с информационными входами второго .сдвигового регистра, сдвиговый вход которого соединен с выходом элемента И и счетным входом второго счетчика, выходы

5 которого соединены с информационным входом дешифратора, вход разрешения которого соединен с выходом второго сдвигового регистра, вторые входы и выходы элементов 2И соединены с инверсными вы0 ходами RS-триггеров и информационными входами первого сдвигового регистра, выходы которого соединены с третьими входами элементов ЗИ, выходы которых соединены с входами установки RS-триггеров, вход сло5 жения, вход вычитания и выходы реверсивного счетчика соединены соответственно с входом старшего разряда первого сдвигового регистра, выходом второго элемента ИЛИ несоответствующими входами первогоэле- мента ИЛИ, выход которого соединен с первым прямым входом элемента И, инверсные входы которого соединены с выходом старшего разряда дешифратора, второй вход-с выходом (N+1)-ro RS-триггера и инверсным входом (N+1)-ro элемента 2И. третий прямой вход - с вторым выходом генератора импульсов, со счетным входом первого счетчика и с прямым входом (N+1)-ro элемента 2И, выход которого соединен со сдвиговым входом Первого сдвигового регистра, выходы буферного регистра соединены с вторыми выводами обмоток реле запуска, а выход переполнения первого счетчика соединен с входом установки (1М+1)-го RS-триггера.

Сущность изобретения: устройство содержит N кнопок Стоп, N кнопок Пуск, N реле запуска. N реле включения исполнительных элементов, блок элементов ИЛИ- НЕ 26, N элементов ЗИ 27-29, дешифратор 47, N+1 RS-триггеров ЗО-ЗЗ, N+1 элементов 2И 34-37, элемент И 38, счетчики 39 и 40, реверсивный счетчик 41, элементы ИЛИ 42 и 43, сдвиговые регистры 44 и 45, буферный регистр 46. 3 ил.. сл с 2 ю оо 00 о

ЈЈ

г