Устройство передачи и приема информации по двупроводной линии связи Советский патент 1993 года по МПК G08C19/02 

Изобретение относится к области информационно-измерительной техники и может служить основой при построении систем сбора информации о работающих электропотребителях, рассредоточенных по сети постоянного напряжения, е которых проводники питания используются в качестве информационной линии связи.

Целью изобретения является обеспечение работоспособности устройства при увеличении мощности сигнала управления, передаваемого по проводам линии связи преимущественно от системы управления динамическим объектом.

Поставленная цель достигается тем, что двухпроводное устройство передачи и Приема сигналов управления, содержащее двухпроводную линию связи, между проводами которой включены последовательно соединенные источник питания и датчик напряжения, передающую часть и определенное число приемных узлов, передающая часть содержит стабилизатор напряжения и последовательно соединенные шифратор команд, преобразователь параллельного кода а последовательный, формирователь синхроимпульсов, делитель напряжения и преобразователь напряжения в сигналы постоянного токз, одни выводы питания которых и первый вывод питания стабилизатора напряжения подключены к первому проводу линии связи, а другие выводы питания и второй вывод стабилизатора напряжения объединены и через генератор тока соединены с вторым проводом линии связи, к которому подключен выход преобразователя напряжения s сигналы постоянного тока, каждый из приемных узлов содержит стабилизатор напряжения, усилитель напряжения, селектор синхроимпульсов, преобразователь последовательного кода в параллельный, формирователь адресов, элемент сравнения, дешифратор команд, усилитель тока, одни выводы питания которых соединены с первым проводом линии связи, а другие выводы питания объединены и через генератор тока подключены к второму проводу линии связи, который через фильтр соединен с входом усилителя напряжения, выход которого соединён с входом селектора синхроимпульсов и первым входом преобразователя последовательного кода в параллельный, второй вход которого подключен к выходу селектора синхроимпульсов, выходы преобразователя последовательного кода в параллельный соединены с первой группой

входов элемента сравнения, входы второй группы которого подключены к выходам формирователя адресов, выходы элемента сравнения соединены с входами дешифратора команд, который через элемент оптической развязки соединен с усилителем тока, усилитель тока через трансформатор соединен с элементом коммутации, первый выход которого подключен к второму проводу линии связи, а второй выход является первым

выводом каждого приемного узла, в отличие от прототипа, в каждый из приемных узлов введены элемент развязки, п-удвоителей напряжения и накопительный элемент, который одним выводом подключен к второму

проводу линии связи, а вторым выводом через разделительный элемент подключен к первому проводу линии связи, причем выход формирователя адресов подключен к входам n-удвоителей напряжения, первые выводы

питания которых объединены и подключены к второму проводу линии связи, а второй вывод питания первого удвоителя напряжения подключен к первому проводу линии связи, причем выход каждого удвоителя напряжения подключен к второму выводу питания последующего удвоителя напряжения, а выход последнего подключен к второму выводу питания накопительного элемента и является вторым выводом каждого приемного узла.

Устройство отличается тем. что удвоитель напряжения выполнен в виде элемента оптической развязки, состоящей из светодиода и фототранзистора, причем один вывод светодиода является входом удвоителя напряжения, другой

вывод светодиода соединен с эмиттерами фототранзистора и первого транзистора и является первым выводом питания удвоителя напряжения, первый ограничительный элемент, один вывод которого соединен с эмиттером второго транзистора, первыми выводами первого элемента развязки и первого накопительного элемента, является вторым выводом питания удвоителя напряжения, другой вывод первого ограничительного элемента подключен к коллектору фототранзистора, и через второй и третий ограничительные элементы подключен соответственно к базам первого и второго транзисторов, коллекторы которых обьеди- нены и через второй накопительный элемент подключены к второму выводу первого элемента развязки и первому выводу второго элемента развязки, второй вывод которого соединен с вторым выводом первого накопительного элемента и является выходом удвоителя напряжения.

На фиг.1 представлена структурная схема двухпроводного устройства передачи и приема сигналов управления; на фиг.2 - структурная схема удвоителя напряжения устройства согласно фиг.1; на фиг.З - электрическая принципиальная схема примера исполнения удвоителя напряжения согласно фиг.2 с указанной полярностью напряжения питания; на фиг.4 - характеристика изменения тока, коммутируемого устройством согласно фиг.1.

Представленную на фиг.1 структурную схему двухпроводного устройства передачи и приема сигналов управления обеспечивают два провода 1 и 2 линии связи, источник 3 питания, датчик 4 напряжения, передающая часть и определенное число приемных узлов. Передающая часть содержит генератор 5 тока, в нагрузку которого включены стабилизатор 6 напряжения и последовательно включенные шифратор 7 кома нд, преобразователь 8 параллельного кода в по следовательный, формирователь 9 синхроимпульсов, делитель 10 напряжения, преобразователь 11 напряжения в сигналы постоянного тока, выход которого подключен к проводу 2 линии связи. Приемный узел содержит генератор 12 стабильного тока, в нагрузку которого включены стабилизатор 13 напряжениям последовательно включенные фильтр 14, усилитель 15 напряжения, селектор 16 синхроимпульсов, преобразователь 17 последовательного кода в параллельный, формирователь 18 адресов, элемент 19 сравнения, дешифратор 20 команд, элемент 21 оптической развязки, усилитель 22 тока, который через трансформатор подключен к элементу 23 коммутации, один выход которого подключен к проводу 2 линии связи, другой выход является выводом 1 приемного узла, причем п-удвоители 24

напряжения включены последовательно таким образом, что выход предыдущего удпо- ителя напряжения соединен с входом последующего, выход последнего из кото- 5 рых через накопительный 25 элемент подключен к проводу 2 линии связи и через элемент 26 развязки - к проводу 1 линии связи, кроме того выход последнего удвоителя напряжения является выводом 2 прием0 ного узла. К выводам 1 и 2 каждого приемного узла подключается электропотребитель 27.

Представленный на фиг.2 удвоитель напряжения содержит элемент 28 оптической

5 развязки, вход которого является входом удвоителя напряжения, выход элемента оптической развязки через ограничительный 29 элемент включен между выводами 1 и 2 питания, причем через ограничительные 30 и

0 31 элементы базы транзисторов 32 и 33 подключен к ограничительному 29 элементу, а их коллекторы объединены и через накопительный элемент 34, элемент 35 развязки, накопительный 36 элемент подключены к

5 элементу 37 развязки и являются выходом удвоителя напряжения.

На фиг.З представлена электрическая принципиальная схема примера исполнения удвоителя напряжения согласно фиг.2 с

0 обозначением полярности напряжения питания,, где к выводу-питания 2 подается плюс, к выводу питания 1 - минус, ограничительные элементы 29,21, З2.выполненные в виде резисторов R1, R2 и R3, накопитель5 ные 34, 36 элементы - в виде конденсаторов С1. С2, разделительные 35, 37 элементы - в виде диодов VD1, VD2, транзисторы 32, 33 обозначены на схеме через VT1, VT2.

Устройство работает следующим обра0 зом. Источник 3 питания через датчик 4 напряжения обеспечивает запитку передающей части и определенное число приемных узлов. Генератор 5 тока, в качестве нагрузки которого включены блоки с 6 по 11, образующие

5 передающую часть, обеспечивает ей стабильный ток питания, стабилизатор 6 напряжения обеспечивает стабильное напряжение в нагрузке генератора 5 тока. Аналогичное структурное исполнение приемных узлов в плане

0 включения генератора 12 тока, в качестве нагрузки которого включены блоки с 15 по 22 и стабилизатор напряжения, обьясняется вышеописанным. Шифратор 7 команд выдает сигнал управления электропотребите5 лем в виде параллельного кода, который поступает в преобразователь 8 параллельного кода в последовательный. Последовательный код поступает в формирователь 9 синхроимпульсов для наполнения кода синхроимпульсами. Синхранмзированный последовательный код через делитель 10 напряжения поступает в преобразователь 11 напряжения в сигналы постоянного тока, где осуществляется преобразование напряжения в сигналы постоянного тока, которые формируются в контуре, образованном источником 3 питания, датчиком 4 напряжения, проводником 1, преобразователем 11 напряжения в сигналы постоянного тока и проводником 2. Сигналы постоянного тока на датчике 4 напряжения преобразуются в сигналы напряжения на уровне постоянного напряжения питания. Преобразованный таким образом коде виде переменной составляющей напряжения на уровне постоянного напряжения питания передается по проводам линии связи к приемным узлам. Передаваемый код принимают все приемные узлы устройства, которые через фильтр 14 подают его в усилитель 15 напряжения. Усиленный код поступает в се- - лектор 16 синхроимпульсов для выделения смнхропоследовательности, после чего выделенная синхропоследовательность и усиленный последовательный код поступают в преобразователь 17 последовательного кода в параллельный. Формирователь 18 адресов обеспечивает реализацию избирательного способа приема сигналов управления, основанного на выдаче адресных кодов, соответствующих конкретному приемному узлу. Таким образом сигнал управления параллельного кода поступает на зходы первой группы элемента 19 сравнения, а с выхода формирователя 18 адресов поступает код на входы второй группы элемента 19 сравнения. Формирователь 18 адресов генерирует периодически коды на управление электропотребителем (электропотребитель рассматривается в широком смысле, как постоянного удержания, так и импульсный). Сравнение кода с сигналом управления в элементе 19 сравнения является условием формирования последним команды в дешифратор 20 команд, которые связаны между собой двумя входами-выходами, один на подключение электропотребителя к напряжению, другой на отключение. Дешифратор 20 команд через элемент 21 оптической развязки подает сигнал в усилитель 22 тока, который через трансформатор формирует управляющий сигнал на элемент 23 коммутации. Практика управления автоматикой двигательной установки летательного аппарата показывает, что для надежного ее функционирования необходима гальваническая развязка кодр- преобразующих узлов от элемента коммутации. С этой целью в устройство введен усилитель 22 кода, который обеспечивает

через элемент 21 оптической развязки и трансформатор гальваническую развязку между кодо-преобразующим узлом и элементом коммутации. На входы п-удвойтелей

24 напряжения поступает последовательность импульсов от генератора импульсов, конструктивно расположенного в формирователе 18 адресов, на выводы питания первого удвоителя 24-1 напряжения поступает

напряжение питания U устройства. Последовательность импульсов преобразует подводимое к выводам питания напряжение U в напряжение величиной 2U, которое с выхода удвоителя 24-1 поступает на вход последующего удвоителя 24-2 напряжения. Удвоитель 24-2 напряжения аналогичным образом удваивает напряжение до величины 4U и подает его к последующему. С последнего удвоителя 24-п напряжения напряже1ние величиной 2nxU поступает к накопительному 25 элементу, который заряжается до уровня напряжения, подводимого к выводу 2 приемного узла. Элемент 26 развязки предотвращает разряд накопительного 25 элемента через

провод 1 линии связи и другие узлы устройства. Последовательно включенные удвоители 24-п напряжения, подключенные к накопительному 25 элементу, служат для увеличения мощности сигнала управления, прикладываемого к обмотке злектропотребителя через элемент 24 коммутации при его управлении. При этом энергия

35

С(2п х U - 1)2 2

0

запасенная накопительным 25 элементом из электрической преобразуется в электромагнитную, последняя в механическую, вследствие чего увеличенная мощность подводимого сигнала управления уменьшает время управления электропотребителем.

Поставленная на фиг.2 структурная схема удвоителя напряжения работает следую5 щим образом, (На выводы 1, 2 питания подается напряжение, через ограничительные элементы 29, 3D к базе транзистора 33 подается напряжение смещения и транзистор 33 открывается. В этом случае по цепи:

0 вывод 2 питания - элемент 35 развязки - накопительный 34 элемент - коллектор - эмиттер транзистора 33 - вывод 1 питания, происходит заряд накопительного 34 элемента. На вход удвоителя напряжения подается последовательность импульсов, которая поступает на вход элемента 28 оптической развязки. Последний включается и по цепи вывод 2 питания - ограничительный 29 элемент - элемент 28 оптической

5

развязки - вывод 1 питания протекэетток. Падение напряжения на ограничительном 29 элементе через ограничительный 31 элемент создает смещение для транзистора 32 и закрывает транзистор 33. После этого осу- щег.твляется разряд накопительного 34 элемента по цепи: первый вывод накопительного 34 элемента - элемент 37 развязки - накопительный 35 элемент - эмиттер - коллектор транзистора 32 - второй вывод накопитель- ного 34 элемента. Таким образом при разряде накопительного 34 элемента осуществляется заряд накопительного 36 элемента. По заднему фронту импульса, поступающего на вход элемента 28 оптиче- ской развязки транзистор 33 открывается, з транзистор 32 закрывается, вследствие чего осуществляется заряд накопительного 34 элемента и т.д. Таким образом к выходу удвоителя напряжения по отношению к его выводу 1 питания прикладывается напряжение, состоящее из суммы напряжений на накопительных 34, 26 элементах, что соответствует удвоен ной величине напряжения, подаваемого к выводам 1, 2 питания,

На фиг.З представлена электрическая принципиальная схема примера исполнения удвоителя напряжения согласно фиг.2 с указанной полярностью напряжения питания. К выводу 1 приложен минус, к выводу 2 - плюс напряжения питания, в качестве ограничительных 29, 30. 31 элементов использованы резисторы R1, R2, R3 соответственно, в качестве накопительных 34, 36 элементов - конденсаторы Ci, C2 соответ- ственно, в качестве элементов 35,37 развязки - диоды VD1,-VD2 соответственно. в качестве транзисторов 32, 33 - транзисторы VT2, VT1 типов р-п-ри n-p-п соответственно. При этом заряд конденсатора С1 осуществ- ляется по цепи: вывод 2 питания - диод VD1- - конденсатор С1 - коллектор-эмиттер транзистора VT1 - вывод .1 питания, а заряд конденсатора С2 - по цепи: первый вывод конденсатора С1 - диод VD2 - конденсатор С2 - эмиттер - коллектор транзистора VT2 -другой вывод конденсатора С1.

Увеличение мощности сигнала управления, передаваемого по проводам линии сея- зи, уменьшает время срабатывания электропотребителя на величину, которую можно оценить по характеристике согласно фиг.4.

На фиг.4 представлена характеристика изменения тока, коммутируемого устройст- вом согласно фиг.1 для управления электро- клапзном, как постоянного удержания, так и импульсным. Характеристика 1 отображает изменение тока в обмотке электроклапана при использовании прототипа, характеристика 2 отображает изменение токя при использовании предлагаемою устройства. Количество последовательно включенных удвоителей напряжения, соответственно мощность сигнала управления, запасенная накопительным 25 элементом, определяется требованиями, предъявленными к конк- ретным электроклэпанам. А именно, электроклапзны, обеспечивающие экстренное выключение двигательной установки при возникновении нештатном ситуации, должны иметь время срабатывания (tq.) около 50 мс. Время срабатывания каждого эпек- троклапана включает время троганмя (tip) м время движения (tflB) якоря в другое положение, т.е. для характеристик 1 и 2 будет соответствовать время срабатывания

tcp trpl -Кдв1 tcp2 trp2 + Т.дв2

где lTp - ток обмотки, при котором начинается движение якоря;

у1 -установившееся значение тока для характеристики 1;

Iy2(t) - установившееся значение тока для характеристики 2:

io - ток обмотки при крайнем положении якоря электроклапана.

Учитывая то, что аналитическим расчет динамических характеристик электромагнитов очень сложен и что процесс разрядки накопительного 25 элемента, в качестве которого использован конденсатор, на обмотку электроклапана является переходным процессом в цепи второго порядка, то для простоты описания сущности изобретения, накопительный 25 элемент рассмотрим как второй источник питания, Тогда при подключении обмотки электроклапана через элемент 23 коммутации к источнику 4 питания, в цепи первого порядка возникнет переходный процесс, который описывается ниже - приведенными уравнениями. При этом напряжение другого источника питания, в качестве которого использован накопительный 25 элемент, экспоненциально уменьшится до величины напряжения источника 4 питания . Установившееся значение тока обозначим через ly,.(t), которое будет изменяться также по экспоненциальному закону.

Напряжение, на которое заряжен накопительный 25 элемент, через элемент 23 коммутации прикладывается к обмотке электроклапана. При этом формируется ток t

1-1у2(тХ1 -8Т)

где Т - постоянная времени цепи.

Этот ток соответствует на характеристике 2 участку Оаг. Время нарастания тока от 0 до тр есть время трогэния (tTp2). Ток

трогания

(11ТЈ2Т

откуда:

trp2 р 1Пг

л

тр

ш

Время трогания пропорционально постоянной времени Т и зависит от отношения (t). При увеличении Iy2(t) время трогания уменьшается, lyaft) зависит от величины емкости накопительного 25 элемента и уровня напряжения, на которое зарядится накопительный элемент. Как только начинается движение якоря (точка вг согласно. фиг.4) зазор уменьшается и индуктивность увеличивается. Зависимость тока от времени соответствует участку 3262 согласно характеристике 2. В точке 62, соответствующей крайнему положению якоря, уменьшение тока прекращается, время срабатывания tcp заканчивается. Далее ток меняется по закону

t

Ti

+ Iy2(t)(1-e n)

TI

где TI - постоянная времени цепи с измененной индуктивностью. Зависимость тока от времени со сработанным электромагнитом соответствует участку 6262, т.е. ток приближается к установившемуся значению 1у1. Итак, при увеличении мощности сигнала управления время трогания якоря электроклапана уменьшается,

Использование предлагаемого двухпроводного устройства передачи и приема сигналов управления способствует достижению следующего технико-экономического эффекта:

- уменьшение времени срабатывания электропотребителя до требуемой величины. Зто имеет принципиальное значение применительно, в частности к двигательным установкам летательных аппаратов, Б которых время срабатывания электроклапана носит критический характер, Поэтому соответствие времени срабатывания требуемому значению повышает при возникновении нештатной ситуации живучесть летательного аппарата, соответственно стенда или стартового комплекса

- обеспечение напряжения питания заявленного устройства при увеличении мощности сигнала управления, передаваемого по проводам линии связи, на том же уровне,

как у прототипа, чем обеспечивается работоспособность устройства и достигается цель изобретения. Увеличение мощности сигнала управления сокращает время срабатывания электропотребителя, тем самым

повышается эффективность управления динамическим объектом.

Формула изобретения

1. Устройство передачи и приема информации по двухпроводной линии связи,; содержащее включенные между проводами линии связи и последовательно соединенные источник питания и датчик напряжения, передающую часть и приемные узлы, передающая часть содержит стабилизатор напряжения и последовательно соединенные шифратор команд, преобразователь параллельного кода в последовательный, формирователь синхроимпульсов, делитель

напряжения и преобразователь напряжения в сигналы постоянного тока, первые выводы питания которых и первый вывод питания стабилизатора напряжения подключены к первому проводу линии связи,

вторые выводы питания объединены и через генератор тока соединены с вторым проводом линии связи, к которому подключен выход преобразователя напряжения в сигналы постоянного тока, каждый из приемных узлов содержит стабилизатор напряжения, усилитель напряжения, селектор синхроимпульсов, преобразователь последовательного кода в параллельный, формирователь адреса, элемент сравнения, дешифратор команд, усилитель тока, первые выводы питания которых соединены с первым проводом линии связи, вторые выводы питания объединены и через генератор тока подключены к второму проводу линии связи, который

через фильтр соединен с входом усилителя напряжения, выход которого соединен с входом селектора синхроимпульсов и первым входом преобразователя последовательного кода в параллельный, второй вход

которого подключен к выходу селектора синхроимпульсов, выходы преобразователя последовательного кода в параллельный соединены с первой группой входов элемента сравнения, входы второй группы которого

подключены к выходам формирователя адресов, выходы элемента сравнения соединены с входами дешифратора команд, который через элемент оптической развязки соединен с усилителем тока, усилитель тока через трансформатор соединен с элементом коммутации, первый выход которого подключен к второму проводу линии связи, второй выход является первым выводом приемного узла, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности, в каж- дый из приемных узлов введены элемент развязки, п удвоителей напряжения и накопительный элемент, который одним выводом подключен к второму проводу линии связи, вторым выводом через разделительный эле- мент - к первому проводу линии связи, причем выход формирователя адресов подключен к входам п удвоителей напряжения, nepBjbie выводы питания которых объединены и подключены к второму проводу линии связи, второй вывод питания первого удвоителя напряжения подключен к первому проводу линии связи, причем выход каждого удвоителя напряжения подключен к второму выводу питания последующего уд- воителя напряжения, а выход последнего подключен к второму выводу питания накопительного элемента и является вторым выводом каждого приемного узла.

2. Устройство по п. 1, отличающее- с я тем, что удвоитель напряжения выполнен в виде эмемептэ оптической рязоязки. состоящего из светодиода и фототранзистора, причем один вывод светодиод-э является входом удвоителя напряжения, другой вывод соединен с эмиттерами фототранэисто- .раи первого транзистора и является первым выводом питания удвоителя напряжения, первый ограничительный элемент, один вывод которого, соединенный с эмиттером второго транзистора, первыми выводами первого элемента развязки и первого накопительного элемента, является вторым выводом питания удвоителя напряжения, другой вывод первого ограничительного элемента подключен к коллектору фототранзистора и через второй и третий ограничительные элементы соответственно к базам первого и второго транзисторов, коллекторы которых объединены и через второй накопительный элемент подключены к второму выводу первого элемента развязки и первому выводу второго элемента развязки, второй вывод которого соединен с вторым выводом первого накопительного элемента и является выходом удвоителя напряжения.

Изобретение относится к области информационно-измерительной техники и может служить основой при построении систем сбора информации о работающих электропотребителях, в которых проводники питания используются в качестве информационной линии связи. Цель изобретения - повышение надежности. Устройство содержит двухпроводную линию 1.Ј связи, источник 3 питания, датчик 4 напряжения, передающую часть и приемные узлы. Блоки, образующие передающую часть, включены а нагрузку генератора 5 тока, включенного между проводами линии связи, аналогично, блоки, образующие каждый из приемных уз

A {Јt,f&oct

/ esfrrofSt/# ф f/g g

Ј.Ј(/&о Ј„

rrt/mOf fff

, 2 bf&oc

ПМГО ШЯ

Јb/jcoJ

fgv&oJ nuftfufus

ffft. -3

,

25ЈJL «24;dI ., Л 4#, l

-К

fH

Ifrpy

Р(/г/1