Изобретение относится к телемеханике и может быть использовано для сигнализации наступления различных событий, регистрируемыхпреобразователямикод-аналог, установленными на объектах контроля. Предназначается для работы в системах управления технологических процессов. . .
Целью изобретения является повышение помехоустойчивости и информационности путем полной компенсации влияния сопротивления линии связи и токов утечки на передаваемую информацию при одновременном повышении надежности передачи информации за счет параллельного контроля за состоянием линии связи,
На фиг.1 изображена функциональная схема устройства для передачи информации; на фиг.2 - временная диаграмма его работы.
Устройство для передачи информации содержит кодовое реле 1, кодовые проврда 2 линии связи, контакты кодового реле 3, информационные провода 4 линии связи, преобразователь код-аналог 5, резистор для контроля 6, контакт кодового реле 7, контрольный провод 8 линии связи, реле 9, резисторы 10 и контакты 11 преобразователя код-аналог 5, контакт 12 реле 9, генератор импульсов 13, делитель частоты 14, за датчик кода 15, блок питания 16, стабилизатор тока 17, аналоговый вычитатель 18, устройство выборки-хранения 19, реле 20 и его контакт 21, аналого цифровой преобразователь 22 и блок индикации 23.
На временной диаграмме (см. фиг.2) по оси 24 показана очередность следования импульсов, вырабатываемых генератором импульсов 13, по оси 25 - делителя частоты 14, по оси 26 - задатчика кода 15, по оси 27 - срабатывания кодового реле 1 и замыкания его контактов 3 и 7, по оси 28 - срабатывания реле9 и замыкания его контакта 12, по оси 29 - время срабатывания реле 20 и размыкания его контакта 21, а по оси 30 и 31--продолжительность-первого и второго такта передачи информации соответственно.
Устройство для передачи информации включает в себя на передающей стороне кодовое реле 1, к входам которого подключены кодовые 2 провода линии связи; первые выводы первого и второго замыкающих контактов 3 кодового реле 1 соединены соответственно с первым и вторым информационными проводами 4 линии связи, а второй вывод первого замыкающего контакта 3 кодового реле 1 - с первым выходом преобразователя код-аналог 5. Второй выход преобразователя код-аналог 5 через ре
зистор для контроля 6 подсоединен к второму выводу второго замыкающего контакта 3 кодового реле 1. Первый вывод третьего замыкающего контакта 7 кодового реле 1 соединен с контрольным проводом 8 линии связи, а второй вывод замыкающего контакта 7 кодового реле 1 подключен к входу реле 9. Преобразователь код-аналог включает элементы сигнализации, каждый из которых состоит из резистора 10 и размыкающего контакта 11, причем первый вывод резистора 10 соединен с первым выводом размыкающего контакта 11, а второй вывод
резистора 10 вместе с вторым выводом размыкающего контакта 11 соединен с первыми выводами резистора 10 и размыкающего контакта 11 следующего элемента сигнализации. Первые выводы резистора 10 и размыкающего контакта 11 первого элемента сигнализации подключены к второму выводу первого замыкающего контакта 3 кодового реле 1 и первому выводу замыкающего контакта 12 реле 9, а второй вывод контакта
12 соединен вместе с вторыми выводами резистора 10 и размыкающего контакта 11 последнего элемента сигнализации с первым выводом резистора для контроля 6, второй вывод которого подключен к второму
выводу второго замыкающего контакта 3 кодового реле 1.
На приемной стороне располагается генератор импульсов 13, выход которого включен через делитель частоты 14 и задатчик кода 15 к кодовым проводам 2 линии связи. Первый полюс блока питания 16 соединен с первым выводом стабилизатора тока 17, второй вывод которого подключен к первому информационному проводу 4 линии связи, а второй полюс блока питания 1 б соединен с вторым информационным проводом 4 линии связи. Первый и второй информационный провод 4 линии связи подключены к первому и второму выводам
прямого входа аналогового вычитателя 18 и соответственно к первому и второму выводам информационного входа устройства выборки-хранения 19. Управляющий вход
устройства выборки-хранения 19 вместе с контрольным проводом 8 линии связи соединен с выходом генератора импульсов 13 и входом реле 20. Выход устройства выборки-хранения 19 соединен через размыкающий контакт 21 реле 20 с инвертирующим входом аналогового вычитателя 18, выход которого включен к входу аналого-цифрово- го преобразователя 22, а его выход- к входу блока индикации 23.
Устройство работает следующим образом.
Генератор импульсов 13, в качестве которого может быть использован, например, мультивибратор, генерирует прямоугольные импульсы, как показано на фиг.2 (по оси 24). Делитель частоты 14 удваивает продол- жительность импульса (см. фиг.2, ось 25), и подает его на задатчик кода 15, например, двоичный счетчик, который выставляет на кодовые провода 2 линии связи код (см. фиг.2, ось 26), соответствующий опрашива- емому преобразователю код-аналог 5. Про- дблжительность импульса, формируемого генератором импульсов 13, едва раза меньше периода опроса выбранного преобразователя код-аналог 5 и соответствует первому такту передачи информации (см. фиг.2, ось 30). Продолжительность второго такта передачи информации равна продолжительностью первого такта и соответствует паузе между импульсами генератора 13 (см. фиг.2, ось 31).
При выставлении на кодовые провода 2 задатчиком кода 15 кодовой комбинацией преобразователя код-аналог 5, срабатывает соответствующее ему кодовое реле 1 и своими замыкающими контактами 3 (см. фиг.2, ось 27) подключает к информационным проводам 4 линии связи опрашиваемый преобразователь код-аналог 5. а замыкающим контактом 7 - контрольный провод 8 к реле 9. По контрольному проводу 8 на вход реле 9 поступает напряжение и замыкающий контакт 12 реле 9 шунтирует элементов сигнализации преобразователя код-аналог 5. От блока питания 16 по информационным проводам 4 линии связи протекает стабилизированный ток 1Ст, формируемый стабилизатором тока 17. На прямом входе аналогового вычитателя 18, и информационный вход устройства выборки- хранения 19 поступает напряжение:
Ui ст(Рл + Re),(1) где ICT ток стабилизатора тока 17:
Рл сопротивление информационных проводов 4 линии связи:
Re - сопротивление резистора для контроля 6.
В то же время на управляющий вход устройства выборки-хранения 19 поступает сигнал высокого уровня и устройство 19 за- поминает уровень напряжения Ui. Реле 20 тоже находится под напряжением и его размыкающий контакт 21 отсоединяет выход устройства выборки-хранения 19 от инвертирующего входа аналогового вычитателя 18. Поэтому напряжение на выходе аналогового вычитателя 18 равно входному Ui. Напряжение преобразуется в цифровом виде аналого-цифровым преобразователем 22 и отображается блоком индикации 23.
Уровень напряжения Ui позволяет одновременно с передачей информации осуществлять контроль за состоянием линии связи.
Если это напряжение меньше заданного, т.е.
Ui UK,(2) где UK ICT.Re - контрольное напряжение, которое заранее определено, то произошел пробой изоляции информационных проводов 4 линии связи.
Если напряжение Ui максимальное, т.е.
Ui « Umax,(3)
где Umax - максимальное выходное напряжение операционного усилителя, на котором построен аналоговый вычитатель 18, то произошел обрыв информационных проводов 4 линии связи.
Таким образом в первом такте передачи информации, определяемом продолжительностью импульса генератора импульсов 13, во-первых запоминается информация в виде напряжения, формируемого сопротивлением информационных проводов 4 и резистором для контроля 6. и во-вторых контролируется состояние линии связи.
По окончании импульса генератора импульсов 13, начинается второй такт опроса преобразователя код-аналог 5. На приемной стороне замыкается контакт 21 реле 20: снимается напряжение с управляющего входа устройства выборки-хранения 19 и оно переходит из режима слежения в режим хранения. На передающей стороне размыкается контакт 12 реле 9 и по информационным проводам 4 линии связи на прямой вход аналогового вычитателя 18 поступает напряжение:
U2 1ст(Нл + Re + Re),(4) где Re - общее сопротивление резисторов 10 элементов сигнализации преобразователя код-аналог 5, для которых сработали соответствующие контакты 11 сигнализации.
На инвертирующий вход аналогового вычитателя 18 поступает от устройства выборки-хранения 19 напряжение Ui, т.к. контакт 21 реле 20 замкнут. Поэтому на выходе аналогового вычитателя 18 напряжение равняется:
Ui8 U2-Ui.(5)
Учитывая формулы (1) и (4), определяем:
.Rc.(6)
т.е. напряжение на выходе аналогового вычитателя точно соответствует состоянию ключей сигнализации. Это напряжение преобразуется аналого-цифровым преобразователем 22 и отображается блоком индикации 23.
Так в . втором такте из полученного по линиям связи сигнала вычитывается падение напряжения на сопротивлении информационных проводов 4 линии связи и резистора для контроля 6; полученный сигнал полностью соответствует состоянию ключей 11 опрашиваемого преобразователя код-аналог 5.
В два такта (два приема) в течение времени опроса преобразователя код-аналог 5 предлагаемое устройство для передачи информации позволяет полностью скомпенси- ровать влияние на передаваемую информацию сопротивления линии связи и токов утечки и одновременно контролировать состояние информационных проводов линии связи. Этим определяется более высокая помехоустойчивость и надежность предлагаемого устройства по сравнению с известными. При этом возможно снизить уровень младших разрядов преобразователя код-аналог и соответственно формируемого ими напряжения, и тем самым увеличить информационную емкость передаваемой информации.
После окончания импульсов, формируемых задатчиком кода 15, наступает пауза такой же продолжительности как и период опроса (см. фиг.2) и отключаются контакты кодового реле 1. При выставлении на кодовых проводах 2 линии связи кода следующего преобразователя код-аналог 5, цикл повторяется для очередного объекта контроля.
Предлагаемое устройство для передачи информации может быть применено для телесигнализации наступления разнообразных событий.
Рассмотрим пример реализации устройства.
Стабилизатор тока 17 собран на базе схемы стабилизатора тока высокой точности. В качестве транзистора p-n-р типа применен транзистор КТ 361В, а n-p-п типа - КТ315В; стабилитроны типа КС 133А и диоды КД 509А. Подбором резисторов (около 60 кОм) добиваемся Сг 0,1 мА. Резистор обратной связи 7,5 МОм обеспечивает погрешность стабилизации в диапазоне изменения напряжения питания 8-24 В не более 0,1%.
Источник питания 16 обеспечивает питание схемы постоянным напряжением +24В.
Аналоговый вычитатель 18 собран по известной схеме. Схема построена на базе операционного усилителя типа К153УД5 и четырех резисторов по 10 кОм.
Устройство выборки-хранения 19 реализует функцию аналоговой памяти и собрано по известной схеме, на операционном усилителе типа 140УД12. транзисторах типа
0
5
0
5
0
5
0
5
0
5
КП ЗОЗА и типа КТ 315А, и резисторах - по схеме 100, 82, 30 и 130 кОм соответственно. Такая реализация устройства обеспечивает время выборки напряжения 20 В с точностью 0,1% равно 5 мкс, а скорость спада выходного напряжения в режиме хранения не превышает 0,01 % за 1 мс.
В качестве реле 20 и 9 на приемной и передающей стороне соответственно применены реле язычкового типа (герконы) типа РЭС-43. Выводы обмотки реле соединяются с контрольным проводом линии связи и выводом О кодового реле.
Для повышения быстродействия и надежности переключения успешно вместо реле могут быть применены диодные опто- пары.
Линия связи (2,4 и 8), как и в прототипе, представляет десятипарный телефонный кабель, сопротивление проводов которого меньше 50 Ом/км, или для протяженности линии 10 км принимаем сопротивление линии 1 кОм. В качестве контрольного провода использован один из запасных проводов кабеля, поэтому введение контрольного провода не требует дополнительных работ и затрат на прокладку,
Аналого-цифровой преобразователь преобразует напряжение в диапазоне 0-10 В с точностью 0,005 В.
Преобразователь код-аналог (датчик сигнализации) построен на элементах сигнализации, каждый из которых состоит из резистора и шунтирующего его размыкающего контакта сигнализации. Если контакт разомкнут, т.е. произошло событие, в линию включается соответствующий ему резистор, на котором падает определенное напряжение, которое и поступает на приемную сторону. Сопротивление резисторов соотносится как 1:2:4:8:16:32 и т.д., т.е. сопротивление каждого резистора определяется по формуле:
Rn Ri.,(7)
где п-номер элемента сигнализации преобразователя код-аналог;
RI - сопротивление резистора младшего разряда преобразователя.
Максимальное напряжение на приемной стороне будет, если все ключи разомкнуты и после- довательносоединенывсерезисторы.Общеесопро- тивление определяется по формуле:
Rmax Rl(),(8) где m - число разрядов (элементов сигнализации).
Из характеристик аналого-цифрового преобразователя и условия ICT 0.1 мА, максимальное сопротивление линии связи и преобразователя код-аналог не должно превышать 100 кОм, а минимальное - не ме- нее50 Ом. Следовательно, общее сопротивление резисторов элементов сигнализации и резистора для контроля не может превышать 99 кОм, так как сопротивление линии связи Рл 1 кОм.
Погрешность стабилизации выбранного стабилизатора тока не превышает 0.1%. Поэтому погрешность передачи напряжения A U не превышает 0,01 В (при (Ст 0,1
МА И Rmax 100 кОм).
Для обеспечения надежной передачи информации принимаем:
f Ui 3 AU,(9) где Ui - напряжение младшего разряда преобразователя код-аналог, падающее на резисторе младшего элемента сигнализации;
A U - максимальная погрешность передачи напряжения.
В качестве преобразователя код-аналог использован восьмиразрядный преобразователь, параметры которого указаны в таблице.
Общее сопротивление резисторов по формуле (8) составляет 89,25 кОм. Резистор для контроля Re 5 кОм, и общее сопротивление датчика сигнализации составляет 94,25 кОм.
Итак в первом такте опроса преобразователя код-аналог, код которого выставлен на кодовых жил, напряжение на приемной стороне формируется сопротивлением резистора для контроля и линии связи, поскольку элементы сигнализации шунтируются. Напряжение колеблется от минимального, в том случае когда протяженность линии связи минимальна:
Uimin 0,1..5.103 0.5 В. (10) до максимального (при протяженности линии связи 10 км):
Ulmax 0,1..(5+1).103-0,6 В. (11)
Это напряжение записывается устройством выборки-хранения и одновременно отображается блоком индикации.
Если напряжение, отображаемое блоком индикации меньше 0,5 В, то произошел пробой изоляции (или короткое замыкание) проводов линии связи, а если напряжение 10 В, то произошел обрыв линии.
Во втором такте опроса напряжение, поступающее на приемной стороне формируется сопротивлением линии связи, резистора для контроля и резисторами преобразователя код-аналог и находится в диапазоне
0,5 1)2 9,525 В.
Из этого напряжения вычитается аналоговым вычитателем напряжение, сохраняемое устройством выборки-хранения. Этот сигнал полностью соответствует состоянию элементов сигнализации.
0
Для обеспечения надежной передачи информации необходимо обеспечить продолжительность каждого такта, в два раза большую времени аналого-цифрового пре- образования, т.е.
(12) где TV - продолжительность каждого такта опроса;
гп - продолжительность аналого-цифрового преобразования.
Применяемая схема устройства выборки-хранения обеспечивает выборку напряжения 1 В меньше чем за 1 мкс, а время
С. аналого-цифрового преобразования составляет 60 мкс. Поэтому предлагаемая схема реализации устройства для передачи информации обеспечивает надежную работу при продолжительности опроса каждого
Q датчика сигнализации (преобразователя код-аналог) свыше 0,3 мс.
Предлагаемое устройство для передачи информации может быть реализовано без контрольного провода линии связи и допол5 нительного реле на передающей стороне. Шунтирование преобразователя код-аналог в этом случае производит третий замыкающий контакте регулируемым времени включения. Время включения этого контакта
0 равно продолжительности первого такта передачи информации. Однако такое решение устройства существенно снижает быстродействие и надежность передачи информации.
5 Помехоустойчивость устройства для передачи информации характеризуется способностью противостоять вредному влиянию помех и степенью соответствия переданного сигнала принятому. Основная
0 погрешность передачи информации устройствами интенсивности напряжения вносится изменением температурой окружающей среды, так как сопротивление проводов линии связи увеличивается на 4% при увеличении температуры на 10° С для медных проводов линии связи. При изменении температуры от -40 до +40° С, сопротивление линии связи изменяется на 32%, что в рас смотренном примере составит 320 Ом. Тепловые процессы протекают достаточно медленно и для указанном быстродействии устройства изменение сопротивления линии связи практически полностью компен5 сируется. Кроме того предлагаемое устройство для передачи информации компенсирует влияния на передаваемой информации токов утечки.
В итоге предлагаемое устройство позволяет повысить помехоустойчивость более чем в 10 раз. Это и является
5
предпосылкой для снижения напряжений младших разрядов преобразователя код- аналог и увеличение числа разрядов до восьми {у прототипа - шесть), и тем самым повышает информационную емкость сигнала телесигнализации на 25%.
Поскольку предлагаемое устройство позволяет сразу обнаружить возникающую неисправность линии связи, надежность передачи информации и всей системы телемеханики значительно выше.
Формула изобретения 1. Устройство для передачи информации, содержащее генератор импульсов, за- датчик кода, блок питания, первый вывод которого соединен с входом стабилизатора тока, аналого-цифровой преобразователь, блок индикации, реле, выход задатчика кода соединен с кодовым проводом линии связи, блок индикации, на передающей стороне - кодовое реле, вывод обмотки которого соединен с кодовым проводом линии связи, первые выводы первого и второго контактов кодового реле соединены соответственно с первым и вторым информационными проводами линии связи, второй вывод первого контакта кодового реле подключен к первому входу блока сигнализации, отличающееся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости и информативности, в него введены на приемной стороне делитель частоты, блок выборки и хранения, аналоговый вычитатель, выход генератора импульсов соединен с выводом обмотки реле, тактовым входом блока выборки и хранения, контрольным проводом линии связи и через делитель частоты - с входом задатчика кода, первый и второй выводы контакта реле соединены соответственно с выходом блока выборки и хранения и инвертирующим входом аналогового вычитателя, выход которого через аналого-цифровой преобразователь подключен к входу блока индика0
5
0
5
0
5
0
ции, второй вывод блока питания и выход стабилизатора подключены соответственно к первым и вторым информационным входам блока выборки и хранения и аналогового вычитателя, второй вывод блока питания соединен с первым информационным проводом линии связи, выход стабилизатора тока соединен с вторым информационным проводом линии связи, на передающей стороне введены реле и ограничительный резистор, второй вывод второго контакта кодового реле соединен с первым выводом ограничительного резистора, первый и второй выводы третьего контакта кодового реле соединены соответственно с контрольным приводом линии связи и выводом обмотки реле, контакт которого подключен своим первым выходом к первому входу блока сигнализации, второй вывод контакта реле соединен с объединенными вторым и третьим выходами блока сигнализации и вторым выводом ограничительного резистора.
2. Устройство по п. 1,отличаю щ е е- с я тем, что блок сигнализации содержит группу преобразователей кода в аналог, каждый из которых выполнен на параллельно подключенных резисторе и размыкающем контакте, объединенные первые выводы резистора и размыкающего контакта первого преобразователя кода в аналог являются первым входом блока, вторые выводы резисторов и размыкающего контакта каждого предыдущего преобразователя кода в аналог соединены с первыми выводами резисторов и размыкающих контактов каждого последующего преобразователя кода в аналог, кроме последнего, объединенные вторые выводы резистора и размыкающего контакта последнего преобразователя кода в аналог являются соответственно вторым и третьим выходами блока.
45
Изобретение относится к телемеханике и может быть использовано для сигнализации наступления различных событий, регистрируемыхпреобразователями код-аналог, установленными на объектах контроля. Цель изобретения - повышение помехоустойчивости и информационности. Устройство содержит на передающей стороне кодовое реле 1, кодовые провода 2 линии связи, информационные провода 4 линии связи, и на приемной стороне - гене ратор 13 импульсов, делитель 14 частоты. задатчик 15 кода, аналого-цифровой преобразователь 22, блок 23 индикации, блок 16 питания, контрольный провод 8 линии связи, реле 9, резистор 6, блок 5 сигнализации, стабилизатор 17 тока, аналоговый вычита- тель 18, блок 19 выборки-хранения, реле 20. Устройство осуществляет передачу информации в двух тактах. В первом такте преоб- разователь код-аналог шунтируется замыкающим контактом реле на передающей стороне и сигнал в виде уровня напряжения, формируемого резистором для контроля, и сопротивлением линии связи, запоминается устройством выборки-хранения и одновременно отображается блоком индикации. Поскольку уровень напряжения, формируемого резистором для контроля, заранее известен, то если сигнал, отображаемый блоком индикации, ниже определенного уровня, то произошел пробой изоляции линии связи, а если сигнал максимальный, то произошел обрыв линии связи. Во втором такте контакт реле на передающей стороне размыкается, и сигнал в виде уровня напряжения, поступающий на приемной стороне, формируется резистором для контроля, сопротивлением линии связи и преобразователем код-аналог. Из этого сигнала аналоговым вычитателем вычитается сигнал, поступивший в первом такте и храни- мый устройством выборки-хранения, поэтому сигнал, отображаемый блоком индикации, в точности соответствует состоянию ключей преобразователя код-аналог. Таким образом, устройство в двух тактах осуществляет передачу сигналов телесигнализации, формируемых преобразователем код-аналог, полностью устраняя влияние на передаваемую информацию сопротивления линии связи и токов утечки, и одновременно с этим производит контроль за состоянием линии связи.1 з.п. ф-лы, 2 ил.,1 табл. 00 СП о о 00
| Устройство для передачи информации | 1985 |
|
SU1332352A1 |
