РЕЛЕЙНЫЙ КОММУТАТОР Советский патент 1995 года по МПК H04L13/12 

Изобретение относится к автоматике и телемеханике и может быть использовано в автоматизированных системах контроля и управления.

Известен матричный релейный коммутатор, содержащий однообмоточные электромагнитные реле, конденсаторы, подключенные параллельно их обмоткам, при этом каждое реле содержит по крайней мере один замыкающий и один размыкающий контакты и один свободный размыкающий контакт, обмотки электромагнитных реле через замыкающие контакты подключены к шинам питания и через размыкающие контакты соответственно к управляющим шинам, расположенным по строкам, и через последовательно соединенные свободные размыкающие контакты электромагнитных реле каждого столбца к управляющим шинам, расположенным по столбцам.

Недостатком этого коммутатора является ограниченное количество комбинаций состояний матрицы, что сужает область его применения.

Известен релейный коммутатор, содержащий матрицу из электромагнитных реле, m шин строк и n строк столбцов, соединенных с выходами m строчных и n столбцовых ключей, входы которых подключены к противоположным шинам источника питания, дешифратор строк, n выходов которого соединены с управляющими входами строчных ключей, шины записи информации, а также дешифратор столбцов, элемент ИЛИ, временной ключ и дополнительные замыкающие контакты.

Количество состояний матрицы здесь значительной больше, поскольку можно обеспечить включение реле в любом узле матрицы. Однако для смены состояния, когда необходимо произвести выключение реле с произвольным номером в одной из строк, необходимо предварительно снять питание со всей строки, т.е. провести нерегламентированное изменение состояния некоторых узлов матрицы, что сужает область его применения.

Кроме того, коммутатор обладает невысокой надежностью, так как обмотки реле после срабатывания их контактов находятся под пониженным напряжением питания, так называемым напряжением удержания. Однако в соответствии с техническими условиями в качестве характеристики реле приводится только рабочее напряжение, которое выше напряжения срабатывания. Поэтому применять реле в режиме напряжения удержания нельзя, так как для конкретных реле напряжение удержания может практически совпадать с напряжением срабатывания.

Целью изобретения является расширение области применения коммутатора и повышение его надежности.

Цель достигается тем, что в релейный коммутатор, содержащий матрицу из электромагнитных реле, m шин строк и n шин столбцов, соединенных с выходами m строчных и n столбцовых ключей, входы которых подключены к шинам источника питания, дешифратор строк, m выходов которого соединены с управляющими входами строчных ключей, и шины записи информации, согласно изобретению введены генератор тактовой частоты, счетчик, n m-разрядных регистров записи информации, m переключателей n входов на общий выход, m x n RC-цепей, при этом выходы счетчика, соединенные входом с генератором тактовой частоты, подключены к входам дешифратора строк, n выходов которого соединены с соответствующими управляющими входами переключателей, входы i-го переключателя соединены с i-ми выходами всех регистров записи информации, входы которых подключены к шинам записи информации, выход каждого из переключателей подключен к управляющему входу соответствующего столбцового ключа, а RC-цепи подключены параллельно обмоткам электромагнитных реле.

Достижение положительного эффекта обусловлено тем, что в данной схеме устройства осуществляется независимое питание обмоток реле и отключение любого реле в строке не влияет на состояние других реле. Величина напряжения питания обмотки реле поддерживается на одинаковом уровне, соответствующем рабочему напряжению, за счет напряжения, накопленного на конденсаторах RC-цепочек при подаче на них напряжения от источника питания импульсным способом в процессе поочередного и циклического опроса строк матрицы.

Сходный принцип использован в схеме динамической индикации, где на светящийся сегмент подается информация в виде импульса тока с определенной скважностью. Из-за инерционности глаза возникает впечатление непрерывности свечения сегмента.

Использование в релейном коммутаторе подобной схемы импульсного питания узлов матрицы стало возможным благодаря введению параллельно обмоткам реле RC-цепочек, выполняющих функцию инерционных элементов. Наличие RC-цепочек позволяет подавать импульсы питания на элементы матрицы с периодом следования, во много раз меньшим времени срабатывания и отпускания примененного типа реле.

Осуществление в матричном коммутаторе импульсного питания обмоток реле, ранее не применяемого, обеспечивает независимость включения и выключения реле в любом узле матрицы.

На чертеже представлена блок-схема заявляемого коммутатора.

Релейный коммутатор содержит тактовый генератор 1, кольцевой счетчик 2, дешифратор 3 строк, источник 4 питания, m ключей 5 строк и n ключей 6 столбцов, матрицу 7, состоящую из m x n электромагнитных реле 8 и m x n RC-цепочек 9, n переключателей 10 m-входов на общий выход, n m-разрядных регистров 11 записи информации, шины 12 записи информации в регистры 11, шины 13 связи регистров с переключателями.

Выход генератора 1 подключен к входу счетчика 2, выходы которого соединены с входами дешифратора 3. Выходы дешифратора 3 соединены с управляющими входами m строчных ключей 5, входы которых соединены с первым полюсом источника 4 питания, а выходы подключены к строкам матрицы 7. Каждая из строк объединяет первые выводы обмоток реле 8-i-1÷8-i-n и первые выводы RC-цепочек 9-i-1÷9-i-n, где i 1,2,m.

Вторые выводы обмоток реле 8-i-1÷8-1-m и вторые выводы RC-цепочек 9-i-1÷9-1-m, где i 1,2,n, объединены в n столбцов и подключены к выходам столбцовых ключей 6, входы которых соединены с вторым полюсом источника 4 питания. Управляющие входы столбцовых ключей 6-1÷6-n подключены к выходам переключателей 10-1÷10-n. Каждый из переключателей 10 содержит m управляемых ключей, управляющие входы которых соединены с выходами дешифратора 3. Входы переключателей 10 соединены через шины 13 с регистрами 11 записи информации, причем входы первого переключателя 10-1 соединены с первыми выходами всех регистров 11-1÷11-m, входы второго переключателя 10-2 соединены с вторыми выходами всех регистров 11 и т.д. Шины 12 осуществляют запись информации в регистры 11.

Работа коммутатора происходит следующим образом.

Запись информации производится в регистры 11, причем каждый регистр определяет состояние соответствующей строки. К примеру, в первом регистре 11-1 запись "1" осуществлена во все ячейки, кроме последней, во втором регистре "1" записана на вторую ячейку и т.д. Импульсы с выхода генератора 1 поступают на кольцевой счетчик 2. Дешифратор 3 в каждый момент времени определяет состояние счетчика 2, и на его выходах поочередно появляются импульсы, управляющие ключами 5-1÷5-m. При поступлении импульса на первый выход дешифратора 3 поступает импульс на управляющий вход ключа 5-1, подключая первую строку к источнику 4 питания. Одновременно этот же импульс поступает на одноименные управляющие входы переключателей 10-1÷10-n. Поскольку по шинам 13-1-1, 13-1-2 и т.д. (за исключением 13-1-n) на соответствующие входы переключателей 10-1÷10-n подаются "1", при поступлении сигнала с первого выхода дешифратора 3 на выходах переключателей 10-1, 10-2 и т.д. (за исключением 10-n) появляются "1", которые поступают на управляющие входы всех столбцовых ключей 6, за исключением последнего. Вторые выводы обмоток реле 8-1 и RC-цепочек 9-1, за исключением последних в строке, подключается к второму полюсу источника 4 питания. В течение длительности импульса дешифратора начинается заряд конденсаторов времязадающих цепей 9-1. Этого напряжения недостаточно для срабатывания реле 8-1. В следующий момент времени появляется напряжение на втором выходе дешифратора 3, первая строка матрицы отключается от источника питания, и напряжение поступает на вторую строку. Одновременно этот же сигнал с выхода дешифратора 3 поступает на переключатели 10-1÷10-n. Поскольку в регистре 11-2 "1" записана только во вторую ячейку, она по шине 13-2-2 поступает на выход переключателя 10-2 и на управляющий вход второго столбцового ключа 6-2. На остальных ключах 6 управляющий сигнал отсутствует. При замыкании ключа 6-2 подается напряжение на второй вывод обмотки реле 8-2-2 и RC-цепочки 9-2-2. В течение длительности импульса дешифратора 3 конденсатор времязадающей цепи 9-2-2 получает порцию заряда. Аналогично происходит процесс при поступлении сигнала на последующие выходы дешифратора. При возобновлении цикла вновь происходит подключение к источнику 4 питания первой строки и всех столбцов, за исключением последнего. Конденсаторы времязадающих RC-цепей 9-1 вновь получают порцию заряда и т.д. Через некоторое количество циклов напряжение заряда конденсаторов времязадающих цепей становится достаточным для срабатывания электромагнитных реле 8 и осуществляется срабатывание соответствующих координатных узлов матрицы. Количество строк выбирается таким, чтобы напряжение на обмотках реле за период опроса строк не снизилось меньше минимально допустимого рабочего напряжения на обмотках реле. Время задержки включения реле из-за цикличности опроса невелико и определяется скважностью импульсов опроса и зарядно-разрядными процессами, конденсатора времязадающей RC-цепочки. Так, в конкретном варианте выполнения коммутатора напряжение на обмотках реле достигает рабочего напряжения всего за три цикла опроса и задержка на включение в результате циклического опроса составляет не более 60 мкс при времени срабатывания реле (в соответствии с ТУ) 4 мс.

Количество строк матрицы выбирается таким, чтобы при заданных скважности импульсов и напряжении питания напряжение на обмотках реле за период опроса строк не снижалось менее минимально допустимого рабочего напряжения.

Так, при длительности импульсов опроса 4 мкс, напряжении источника питания 24 В и при четырех строках матрицы снижение напряжения на обмотках реле любой строки в процессе опроса других строк и в установившемся режиме составляет не более 2 В. Поскольку минимальное рабочее напряжение реле составляет 20 В, а максимальное напряжение заряда конденсаторов времязадающей цепи близко к напряжению источника питания, напряжение на обмотках включенных реле находится в пределах рабочего напряжения. При необходимости увеличения числа строк матрицы необходимо повысить напряжение питания, но в пределах ограничений, накладываемых на рабочее напряжение данных типов реле.

Изобретение относится к автоматике и телемеханике и может быть использовано в автоматизированных системах контроля и управления с повышенной надежностью. Устройство содержит: генератор тактовой частоты 1 счетчик 2, дешифратор строк 3, источник питания 4, m строчных ключей 5, n столбцовых ключей 6, матрицу 7 из электромагнитных реле 8 и RC - цепей 9, переключатели 10, nm - разрядных регистров записи информации 11, шины записи информации 12. 1 ил.

РЕЛЕЙНЫЙ КОММУТАТОР, содержащий матрицу из электромагнитных реле, m шин строк и n шин столбцов, соединенных с выходами m строчных и n столбцовых ключей, входы которых подключены к шинам источника питания, дешифратор строк, m выходов которого соединены с управляющими входами строчных ключей, и шины записи информации, отличающийся тем, что, с целью расширения области применения и повышения надежности, в него введены генератор тактовой частоты, счетчик, nm-разрядных регистров записи информации, m переключателей n входов на общий выход, m · n RC-цепей, при этом выходы счетчика, вход которого подключен к выходу генератора тактовой частоты, соединены с входами дешифратора строк, m выходов которого соединены с соответствующими управляющими входами переключателей, входы i-го переключателя соединены с i-ми выходами всех регистров записи информации, входы которых подключены к шинам записи информации, выход каждого из переключателей подключен к управляющему входу соответствующего столбцового ключа, а RC-цепи подключены параллельно обмоткам электромагнитных реле.