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, в которых проводники питания используются в качестве информационной линии связи.

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

Поставленная цель достигается тем, что в двухпроводное устройство передачи и приема информации, 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 в последовательный, формирователь синхроимпульсов, делитель напряжения, преобразователь напряжения в сигналы

стоянного тока, одни выводы питания которых и первый вывод питания стабилизатора напряжения подключены к первому проводу линии связи, а другие выводы питания и второй эывод стабилизатора напряжения объединены и через генератор тока соединены с вторым проводом линии связи, к которому подключен вывод преобразователя напряжения в 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 питаний 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, который через первый трансформатор соединен с первым элементом коммутации, первый оывод питания которого подключен к второму проводу линии связи, в отличие от прототипа, в каждый из приемных узлов заедены накопительный элемент, второй аналогичный первому элемент коммутации, второй трансформатор, вход которого подключен к выходу усилителя тока, а выход- к входу второго элемента коммутации, первые и вторые выводы питания которого подключены к первому и второму проводу линии связи, причем второй вывод питания первого элемента коммутации подключен к первому проводу линии связи, второй и первый выходы первого и второго элементов коммутации являются первым и вторым выводами соответственно каждого из приемных узлов, а вторые выходы первого и второго элементов коммутации через накопительный элемент соединены между собой, причем первый выход первого элемента коммутации соединен с вторым выходом второго элемента коммутации.

На фиг. 1 представлена структурная схема двухпроводного устройства передачи и

приема информации; на фиг.2 - электрическая принципиальная схема элемента коммутации устройства согласно фиг.1 с изображением подключения электропотребителя. в качестве которого использована обмотка импульсного электроклапана, и накопительного элемента, в качестве которого использован конденсатор С1; на фиг.З -характеристика изменения тока, коммутируе0 мого устройством согласно фиг.1, для управления импульсным электроклапаном. Представленную на фиг.1 структурную схему двухпроводного устройства обеспечивают два провода 1, 2 линии связи, источ5 ник 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 по0 следовательно включенные шифратор 7 команд, преобразователь 8 параллельного кода в последовательный, формирователь 9 синхроимпульсов, делитель 10 напряжения, преобразователь 11 напряжения в сигналы

5 постоянного тока, выход которого подключен к проводу 2 линии связи. Приемный узел содержит генератор 12 тока, в нагрузку которого включены стабилизатор 13 напряжения и последовательно включенные фильтр

0 14, усилитель 15 напряжения, селектор 16 синхроимпульсов, преобразователь 17 последовательного кода в параллельный, формирователь 18 адресов, элемент 19 сравнения, дешифратор 20 команд, элемент

5 12 оптической развязки, усилитель 22 тока, который через первый и второй трансформаторы подключен к элементам 23 и 24 коммутации соответственно, между которыми включен накопительный 25 элемент и элек0 тропотребитель 26. Электропотребитель 26 подключен к выводам 1 и 2, являющимся выводами каждого приемного узла. Накопительный 25 элемент и электропотребитель 26 подключаются к элементам 23, 24 комму5 тации следующим образом между вторыми выходами элементов 23 и 24 коммутации включается накопительный 15 элемент, при чем выход 1 элемента 23 коммутации и выход 2 элемента 24 коммутации соединены, а

0 между выходом 2 элемента 23 коммутации и выходом 1 элемента 24 коммутации включен электропотребитель 26, причем выводы 1 и 2 приемного узла являются выходами 2 элемента 23 коммутации и 1 элемента 24 ком5 мутации соответственно. Далее выводы 1 и 2 приемного узла для упрощения описания будут опущены.

Представленный на фиг.2 элемент коммутации содержит последовательно соеди- ненные диодный мост VD1...VD4, фильтр.

выполненный на резисторе R1 и конденсаторе С2 и транзистор VT/коллектор которого является выходом 1 элемента коммутации и через последовательно соединенные резисторы R2 и R3 соединен с эмиттером тран- эистора VT2, коллектор которого является выходом 2 элемента коммутации. База транзистора VT2 включена между резисторами R2 и R3, Эмиттеры транзисторов VT1 и VT2 являются первым и вторым соответственно выводами питания элемента коммутации.

На фиг.2 для наглядности представлены элементы 23 и 24 коммутации с подключенным накопителем, в качестве которого использован конденсатор С1, и электропотребителем, в качестве которого использована обмотка импульсного электроклапана (с индуктивностью Нэк и активным сопротивлением обмотки RSK), и обозначена полярность источника 3 питания.

Устройство работает следук 1цим образом.

Источник 3 питания через датчик 4 напряжения обеспечивает запитку пеоедаю- щей части и определенное число приемных узлов. Генератор 5 тока, в качестве нагрузки которого включены блоки с б по 11, образующие передающую часть, обеспечивает ей стабильный ток питания, стабилизатор 6 на- пряжения обеспечивает стабильное напряжение в нагрузке генератора 5 тока. Аналогичное структурное исполнение приемных узлов в плане включения генератора 12 тока и стабилизатора 13 напряжения объ- ясняется вышеописанным. Шифратор 7 выдает команду на управление импульсным электроклапэном в виде параллельного кода, которая поступает в преобразователь 8 параллельного кода в последовательный, По- следовательный код поступает в формирователь 9 синхроимпульсов для наполнения кода синхроимпульсами. Синхронизированный 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 напряже- ния. проводником 1, преобразователем 11 и проводником 2. Сигналы постоянного тока на датчике 4 напряжения преобразуются в сигналы напряжения на уровне постоянного напряжения питания. Преобразованный таким образом код в виде переменной составляющей напряжения на уровне постоянного напряжения питания передается по проводам линии связи к приемным узлам. Передаваемый код принимают есетфиемные

узлы устройства, которые море. Фильтр 14 подают его в усилитель 1Г напряжения Усиленный код поступает о селектор 16 синхроимпульсов для риделрнмя симхропес- ледовзтельности, после чего еыде/тннзя син- хропоследовательность и усиленный последовательный код поступают в преобразователь 17 последовательного кода в параллельный. Формирователь 18 адресов обеспечивает реализацию избирэт льчого способа приема команд управления, основанного на выдаче адресных кодой, соответствующих конкретному приемному узлу. Таким образом, команда управления в виде параллельного кода поступает на входы первой группы элемента 19 сравнения, а с выхода формирователя 18 адресов поступает код на входы второй группы элемента сравнения. Формирователь 18 адресов генерирует периодические коды на управление электроклапаном. Сравнение кодов в элементе 18 сравнения является условием формирования последним команды в дешифратор 20 команд, которые связаны между собой двумя входами-выходами, один на открытие электроклапана, другой - на закрытие. Дешифратор 20 команд через элемент 21 оптической развязки подает сигнал в усилитель 22 тока, который через первый и второй трансформаторы формирует управляющие сигналы на элементы 23 и 24 коммутации соответственно, Практика управления автоматикой двигательной установки летательного аппарата показывает, что для надежного ее функционирования необходима гальваническая развязка кодо- преобразующих узлов от элементов коммутации. С этой целью в устройство введен усилитель 22 тока, который обеспечивает через элемент 21 оптической развязки и трансформаторные связи гальваническую развязку кодо-преобразующим узлом и элементами коммутации. Элементы 23 и 24 ком- мутации, выводы питания которых подключены к проводам линии связи, обеспечивают заряд накопительного элемента, затем его разряд через обмотку электроклапана и источник 3 питания. Управление элементами 23 и 24 коммутации, а через них накопительным 25 элементом и электропотребителем 26, осуществляется следующим образом:

-в исходном состоянии устройство через усилитель 22 тока, трансформатор 2 включает элемент 24 коммутации, через который идет заряд накопительного 25 элемента;

-при получении команды управления приемным узлом усилитель 22 тока переключает управление с трансформатора 2 на

трансформатор 1 соответственно выключается эле/мент 24 коммутации и включается элемент 23 коммутации, и формирует на электрппо фебитель 26 управляющий импульс, мощность которого складывается из мощности источника 3 питания и мощности накопительного 25 элемента.

На фиг,2 представлены элементы 23, 24 коммутации, накопительный элемент (С1) и обмотка импульсного электроклапана (, R3K). Каждый элемент коммутации включает в себя диодный мост VD1...VD4, транзисторы VT1, VT2, резисторы R1, R2, R3, конденсатор С2 и выходы 1 и 2. Элемент коммутации работает следующим образом: с выходных цепей трансформатора, подключенных к диодному мосту VD1...VD4, подается переменный ток, который на последнем выпрямляется и через фильтр R1 С 2 поступает на базу транзистора VT1. Транзистор VT1 открывается и между проводами Т и 2 линии связи протекает ток по цепи: провод 1 линии связи - резистор R2 - резистор R3 - коллектор - эмиттер транзистора V11 - провод 2 линии связи. При этом падение напряжения на резисторе R2 создает смещение для транзистора VT2, который открывается и по цепи: плюс источника 3 питания - провод 1 линии связи - эмиттер - коллектор транзистора VT2 - выход 2 элемента 24 коммутации - конденсатор С1 - выход 1 элемента 24 коммутации - коллектор - эмиттер транзистора VT1 - провод 2 линии связи - датчик 4 напряжения - минус источника 3 питания, конденсатор С1 заряжается, Далее при сравнении кода вэлемен- те 19 сравнения импульс сравнения через дешифратор 20 команд, элемент 21 оптической развязки переключает усилитель 22 тока в другое состояние и управляющее воздействие через первый трансформатор подается к элементу 23 сравнения, а с элемента 24 сравнения снимается. В этом случае происходит последовательное включение конденсатора С1 с обмоткой электроклапана и происходит разряд конденсатора С1 через элемент 23 коммутации по цепи: плюс источника 3 питания - провод 1 линии связи - эмиттер - коллектор транзистора VT2 - вывод 2 элемента 23 комму- тзции -- конденсатор С., - обмотка эпектрокпзпана - вывод 1 элемента 23 коммутации - коллектор - эмиттер транзистора VT1 - провод 2 линии связи - датчик 4 напряжения - минус источника 3. Итак, конденсатор через элемент 24 коммутации заряжается до величины напряжения U (с учетом потерь на элементах электрической схемы) и запасает электрическую энергию

су

2

где U - напряжение источника 3 питания. Затем происходит переключение конденсатора с элемента 24 коммутации на элемент 23 коммутации и конденсатор, последовательно включенный с источником 3 питания, начинает разряжаться через обмотку электроклапана. При такой коммутации к электроклапану прикладывается уже учетверенная энергия

15

Е. с(у+и)2Си2

тем самым повышается мощность импульсного сигнала, передаваемого по проводам линии связи. При этом напряжение питания приемо-передающих узлов устройства остается неизменным, что существенно для обеспечения работоспособности устройства,

Увеличение мощности импульсного сигнала, передаваемого по проводам линии связи, уменьшит время срабатывания электроклапана на величину, которую

можно оценить по характеристике согласно фиг.З.

На фиг.З представлена характеристика изменения тока, коммутируемого устройством согласно фиг.1, для управления импульсным электроклапаном. Характеристика 1 отображает изменение тока без использования конденсатора С1, характеризующая прототип, характеристика 2 отображает изменение тока с использованием к.онденсатора С.1. Время срабатывания каждого импульсного электроклапана (tcp) включает время трогания якоря (Ттр) и время движения якоря (гдв) в другое положение, т.е. для характеристик 1 и 2 будет соответствовать

время срабатывания:

tcpl trpl + Т.дв,

tcpl tTp2 + ТдВ2

где 1тр - ток обмотки, при котором начинается движение якоря:

1у1 - установившееся значение тока для характеристики 1;

Iy2 - установившееся значение тока для характеристики 2.

Срабатывание импульсного .электроклапана будет рассмотрено по характеристике 2, характеристика 1 дана для сравнения, и соответствует прототипу.

При подаче напряжения величиной 2U через элемент 23 коммутации к обмотке электроклапана в ней формируется ток

t5

l-yi-.e T)

где Т -- постоянная времени цепи.

Этот ток соответствует на характеристике 2 участку 0321Q

Ток трогания:

Введем понятие обоГнценмого преионм реакции динамическою объект, н может присутствовать дп 300 пбмоток. ня управляющее поздейг.твие.

Время для прототипа:

Ti обоб 300 ил х 150 мс - 15 с Время для заявленного устройств: Тг oBoR 300 шт х 80 мс ---- 24 с.

Устройство передачи и приема информации по двухпроводной линии связи относится к области информационно-измерительной техники и может служить основой при построении систем сбора информации о работающих электропотребителях, рассредоточенных по сети постоянного напряжения, в которых проводники питания используются в качестее информационной линии связи. Цель изобретения - повышение информативности устройства. Устройство содержит двухпроводную линию связи, источник питания, датчик напряжения, передающую часть и определенное число приемных узлов. Блоки, образующие передающую часть, включены в нагрузку генератора тока, включенного между проводами линии связи, аналогично. блоки, образующие каждый из приемных узлов, включены в нагрузку других генераторов тока. В каждый из приемных узлов включены второй элемент коммутации и накопительный элемент, который заряжается через второй элемент- коммутации, а через первый - с последовательно выключенным источником питания подключается к импульсному электропотребителю. За счет этого увеличивается мощность импульсного сигнала, передаваемого по линии связи от передающей части каждому из приемных узлов при обеспечении работоспособности устройства.3 ил. С

trЈ2

1тР lyz (1 - е г) откуда:

1тр2 д1п--;-т

Время трогания пропорционально постоянной времени Т и зависит от отношения ИрЛу2. При увеличении У2 время трогания уменьшается. Это наглядно видно из последней формулы и характеристики согласно фиг.З при сравнении времени трогания trpi и tTp2 по характеристикам 1 и 2. Как только начинает движение якоря {точка 32 согласно фиг.З) зазор уменьшается и индуктивность увеличивается. Зависимость тока от времени соответствует участку Э2бг согласно характеристике 2, В точке ба. соответствующей крайнему положению якоря, уменьшение тока прекращается, Время срабатывания tcp2 заканчивается. Далее ток меняется по закону

I0e т + lz(1 -e

т).

где TI постоянная времени цепи с измененной индуктивностью;

10 ток обмотки при крайнем положении якоря импульсного электроклапаиа.

Зависимость тока от времени со сработанным электромагнитом соответствует участку б2В2. За точкой В2 ток экспоненциально уменьшается до нуля по мере разряда конденсатора С1.

Итак, при увеличении мощности управляющего сигнала время трогания якоря импульсного злектроклапэна уменьшается.

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

- уменьшение времени срабатывания импульсного эпектроклапана со 150 мс до 80 мс.

Разница еремени реакции динамического объекта для прототипа и заявленного устройства составит 21 сек. То есть эффективность использования .заявленного устройства по отношению к прототипу в части реакции динамического объекта на управляющее воздействие выше примерно в 2

раза;

- сохранений напряжения питания для устройства на том же уровне, у прототипа, при увеличении мощности импульсного сигнала, передаваемого по проводам линии

связи к обмотке импульсного электроклапа- на. Это соответствует обеспечению-работоспособности устройства при увеличении мощности импульсного сигнала, за счет которого достигается уменьшение времени

срабатывания злектроклапанз, а значит повышение эффективности управления динамическим объектом.

Формул а и з о б р е т е н к я

Устройство передачи и приема информации по двупроводной линии связи, содержащее включенные между проводами линий связи и последовательно соединенные источник питания и датчик напряжения,

передающую часть и N приемных узлов, передающая часть содержит стабилизатор напряжения и последовательно соединенные шифратор команд, преобразователь параллельного кода з последовательный, формироаатель синхроимпульсов, делитель напряжения и преобразователь напряжения в сигналы постоянного тока, первые выводы питания которых и первый вывод стабилизатора напряжения подключены к

первому проводу линии связи, вторые выводы питания и второй вывод стабилизатора напряжения 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 согласующий фильтр, элемент оптической развязки, стабилизатор напряжения, -усилитель напряжения, селектор синхроимпульсов, преобразователь последовэтельного кода в параллельный, формирователь адресов, усилитель тока, элемент сравнения, дешифратор команд, элемент коммутации и трансформатор, первые выводы питания элемента коммутации, стабили- затора напряжения, усилителя напряжения, селектора синхроимпульсов, преобразователя последовательного кода в параллельный, элемента сравнения, формирователя адреса, дешифратора команд и усилителя тока соединены с первым проводом линии связи, вторые выводы питания объединены и через генератор тока подключены к второму проводу линии связи, который через согласующий фильтр соединен с входом усилителя напряжения, выход которого соединен с входом селектора синхроимпульсов и с первым входом преобразователя лосле- довательного кода и параллельный, второй вход которого подключен к выходу селекто- ра 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, выходы которого через элемент оптической развязки соединены с соответствующими входами усилителя тока, первые выходы которого через трансформатор подключены к соответствующим входам элемента коммутации, второй вывод элемента коммутации соединен с вторым проводом линии связи, отличающееся тем, что, с целью повышения информативности устройства, в каждый из приемных узлов введены накопительный элемент, второй элемент коммутации и второй трансформатор, вторые выходы усилителя тока через второй трансформатор подключены к соответствующим входам второго элемента коммутации, первые и вторые выводы питания которого подключены соответственно к первому и второму проводам линии связи, первый и второй выходы первого и второго элементов коммутации являются первым и вторыми выводами соответственно каждого из приемных узлов, вторые выходы первого и второго элементов коммутации объединены через накопительный элемент, первый выход первого элемента коммутации объединен, с вторым выходом второго элемента коммутации.

.as

1

F

Т .. /A 1 Л/ Т

Редактор Н. Козлова

Составитель С. Балакин

Техред М.МоргенталКорректор Л.Пилипенко

1ггт1г... .....;

1

nHW- F

VM...

I

Яуг. З