CS269485B1

CS269485B1 - Microcomputer interface board connection

Info

Publication number: CS269485B1
Application number: CS887612A
Authority: CS
Inventors: Jan Ing Csc Bydzovsky
Original assignee: Bydzovsky Jan
Priority date: 1988-11-21
Filing date: 1988-11-21
Publication date: 1990-04-11
Also published as: CS761288A1

Abstract

Řečení se týká zapojení stykové desky pro mikropočítač, která je určena pro zpracování signálů z polohových snímačů. Připojení snímačů ke stykové desce je provedeno pomocí světlovodných vláken, což umožňuje průběžnou kontrolu stavu spojovacích vedení a vlastních snímačů. Zpracování vstupních a výstupních signálů pro snímače ,ee provádí pomocí vhodných elektronických obvodů. Zapojení výstupní desky mikropočítače s indikací stavu ovládaného akčního členu sestává se záchytného registru, oddělovacích obvodů, zpožďovacího obvodu, adresového dekodéru, výstupního registru, komparátoru, polohového spínače a obvodů polohového spínače, jejichž základem je řídicí oscilátor. Zapojení je určeno pro náročné aplikace, kde se vyžaduje vysoká spolehlivost a není možné použití známých polohových snímačůThe solution concerns the connection of a microcomputer contact board, which is intended for processing signals from position sensors. The connection of the sensors to the contact board is made using optical fibers, which allows continuous monitoring of the state of the connecting lines and the sensors themselves. The processing of input and output signals for the sensors is carried out using suitable electronic circuits. The connection of the microcomputer output board with indication of the state of the controlled actuator consists of a capture register, separation circuits, a delay circuit, an address decoder, an output register, a comparator, a position switch and position switch circuits, the basis of which is a control oscillator. The connection is intended for demanding applications where high reliability is required and the use of known position sensors is not possible

Description

Vynález ee týká zapojení stykové desky mikropočítače b indikací stavu ovládaného akčního Sienu.The invention relates to the connection of a microcomputer circuit board to indicate the status of a controlled actuator.

Dosud mikropočítač, který řídí technologický proces nebo logickou sekvenci výstupních signálů, vyhodnocuje stav řízené soustavy na sákladé údajů měřicích Sídel a snímačů a na základě předepsaného řídicího algoritmu vydává na svém výetupu signály pro navazující akční členy. Výstupní obvody se většinou realizují na samostatné desče. Výstupní údaj nebo také výstupní datový údaj ee přenáéí z datové sběrnice mikropočítače do záchytného registru. Jednotlivé výstupy registru 1 až n jsou připojeny na vstupy oddSlovacích obvodů. Oddělovací obvody výkonové zesilují výstupní logický signál přiveden:? z výstupu záchytného registru, případné podle charakteru aplikace provádějí galvanické oddělení desky mikropočítače od přísluéných akčních členů.So far, the microcomputer, which controls the technological process or the logical sequence of output signals, evaluates the state of the controlled system based on the data of the measuring stations and sensors and, based on the prescribed control algorithm, issues signals for the connected actuators at its output. Output circuits are usually implemented on separate boards. The output data or also the output data is transferred from the data bus of the microcomputer to the capture register. The individual outputs of the register 1 to n are connected to the inputs of the separation circuits. The separation circuits amplify the output logic signal supplied from the capture register output, and depending on the nature of the application, they perform galvanic separation of the microcomputer board from the relevant actuators.

Jednotlivé výstupy ovládají zapínací část akčních členů. Například zapínají elektromagnetické ventily, stykače nebo tyrietory pro ovládání servopohonů a podobné. Při zatnutí ovládají například servopohony různé typy ventilů, nebo polohových mechanismů u pracovních strojů. Daléí aplikace jsou například u robotů a manipulátorů, kde motory nebo servopohony ovládají polohu pracovních mechanismů. U všech těchto aplikací se sleduje koncová poloha mechanismu, a to pomocí různých typů polohových čidel. Při dosažení mezní polohy je vydáván logický signál, který je vhodně upraven a přiveden na vstup výstupního registru, ze kterého čte mikropočítač údaj o stavu sledovaného mechanismu. Výstupní signál polohového spínače je zesilován, případné galvanicky oddělen, pomocí obvodu přijímacího zesilovacího obvodu. Polohový snímač sleduje polohu clony a při dosažení koncové nebo požadované polohy je vydán příslušný logický signál. Zesilovací obvod je spojen výstupem se vstupem výstupního registru.Individual outputs control the switching part of the actuators. For example, they switch on electromagnetic valves, contactors or thyristors for controlling servo drives and the like. When tightened, servo drives control various types of valves or position mechanisms in working machines. Other applications are, for example, in robots and manipulators, where motors or servo drives control the position of working mechanisms. In all these applications, the end position of the mechanism is monitored using various types of position sensors. When the limit position is reached, a logical signal is issued, which is suitably modified and fed to the input of the output register, from which the microcomputer reads the data on the state of the monitored mechanism. The output signal of the position switch is amplified, if necessary galvanically isolated, using the receiving amplifier circuit. The position sensor monitors the position of the shutter and when the end or desired position is reached, the appropriate logical signal is issued. The amplifier circuit is connected by its output to the input of the output register.

Polohové spínače jsou založeny na různých fyzikálních principech, nejjednodušší jsou kontaktní spínače, běžně se používají magnetické nebo indukční snímače.Position switches are based on various physical principles, the simplest are contact switches, magnetic or inductive sensors are commonly used.

Není možná trvalá kontrola stavu polohových spínačů. Pokud spínací prvky používají polovodičové součástky, je jejich použití omezeno teplotou. Dále není možné použít spínačů s polovodičovými prvky v prostoru radiace. Kontaktní spínače jsou nespolehlivé. Nevýhody odstraňuje zapojení stykové desky mikropočítače podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že výstupy záchytného registru jsou připojeny na vstupy komparátoru, jehož výstupy jsou přes výstupní registr připojeny na datovou sběrnici mikropočítače. Přerušovací výstup komparátoru je přes zpoždovací obvod připojen na řídicí sběrnici mikropočítače, přičemž na první výstup komparátoru je připojen výstup klopného obvodu. Na luminiscenční diodu je připojeno vysílací světlovodné vlákno a proti němu je přes polohový spínač s pohyblivou clonou připojeno přijímací světlovodné vlákno, které je připojeno na přijímací fototranzistor, který je přes zesilovací obvod připojen na vstup klopného obvodu. Výstup řídicího oscilátoru je připojen na vstup monostabilního multivibrátoru, jehož výstup je připojen jednak přes budicí obvod na anodu luminiscenční, diody, jednak na vstup klopného obvodu.Permanent control of the position switches is not possible. If the switching elements use semiconductor components, their use is limited by temperature. Furthermore, it is not possible to use switches with semiconductor elements in the radiation area. Contact switches are unreliable. The disadvantages are eliminated by the connection of the microcomputer contact board according to the invention, the essence of which lies in the fact that the outputs of the capture register are connected to the inputs of the comparator, the outputs of which are connected to the data bus of the microcomputer via the output register. The interrupt output of the comparator is connected to the control bus of the microcomputer via a delay circuit, while the output of the flip-flop circuit is connected to the first output of the comparator. A transmitting light guide fiber is connected to the luminescent diode and opposite it is connected via a position switch with a movable diaphragm a receiving light guide fiber, which is connected to the receiving phototransistor, which is connected to the input of the flip-flop circuit via an amplifier circuit. The output of the control oscillator is connected to the input of a monostable multivibrator, the output of which is connected, via the excitation circuit, to the anode of the luminescent diode, and to the input of the flip-flop circuit.

Zapojení podle vynálezu umožňuje průběžnou kontrolu stavu polohových spínačů. Dále je možno umístit tyto spínače v širokém rozsahu teplot od 200 do 800 °C. Polohové spínače mohou pracovat v oblasti radiace a jejich životnost je neomezená. Mikropočítač je trvale informován o stavu spínačů a poloze sledovaných mechanismů.The circuit according to the invention enables continuous monitoring of the status of the position switches. Furthermore, it is possible to place these switches in a wide temperature range from 200 to 800 °C. The position switches can operate in the radiation area and their service life is unlimited. The microcomputer is constantly informed about the status of the switches and the position of the monitored mechanisms.

Na výkresech je na obr. 1 blokové schéma zapojení stykové desky mikropočítače podle vynálezu a na obr. 2 jsou znázorněny časové průběhy signálů u jednotlivých obvodů.In the drawings, Fig. 1 is a block diagram of the connection of the microcomputer breadboard according to the invention, and Fig. 2 shows the time courses of signals in individual circuits.

Výstup datové sběrnice PS mikropočítače je připojen na vstup záchytného registru ZB, na jehož daléí vstup je připojen adresový dekodér AD, jenž je propojen s výstupním registrem VB.The output of the data bus PS of the microcomputer is connected to the input of the capture register ZB, to whose other input is connected the address decoder AD, which is connected to the output register VB.

Jednotlivé výstupy 1 až n záchytného registru ZB ^sou připojeny přes oddělovací obvody V01 až VOn na výstup desky VI až Vn. Výatupy 1 až n záchytného registru ZB jsou připojeny na vstupy 11 až In komparátoru KP, jehož výstupy P1 až Pn jsou přes výstupní registr VB připojeny na datovou sběrnici PS mikropočítače. Přerušovací výstup komparátoru KP je přes zpožďovací obvod ZO připojen na řídící sběrnici BS mikropočítače. Na první výstup PÍ komparátoru KP je připojen výstup Q10 klopného obvodu Kl. Na luminiscenčníIndividual outputs 1 to n of the capture register ZB ^are connected via the separation circuits V01 to VOn to the output of the board VI to Vn. Outputs 1 to n of the capture register ZB are connected to the inputs 11 to In of the comparator KP, whose outputs P1 to Pn are connected via the output register VB to the data bus PS of the microcomputer. The interrupt output of the comparator KP is connected via the delay circuit ZO to the control bus BS of the microcomputer. The output Q10 of the flip-flop circuit Kl is connected to the first output PÍ of the comparator KP. The luminescent

CS 269 485 Bl diodu LPI je připojeno vysílací avétlovodná vlákno 50 a proti němu je přes polohový spínač SPI a pohyblivou clonou 100 připojeno přijímací avStlovodné vlákno 60, které je připojeno na přijímací fototranzistor TI, který je přea zesilovací obvod PZ1 připojen na vstup R10 klopného obvodu Kl. Výetup řídicího oscilátoru O je připojen na vstup monpstabilního multivibrátoru Ml, jehož výetup je připojen jednak přee budicí obvod BDI na anodu diody LD1, jednak na vetup S10 klopného obvodu Kl.CS 269 485 B1 diode LPI is connected to the transmitting optical fiber 50 and opposite it is connected via the position switch SPI and the movable diaphragm 100 to the receiving optical fiber 60, which is connected to the receiving phototransistor TI, which is connected via the amplifier circuit PZ1 to the input R10 of the flip-flop circuit Kl. The output of the control oscillator O is connected to the input of the monostable multivibrator Ml, the output of which is connected via the excitation circuit BDI to the anode of the diode LD1 and to the input S10 of the flip-flop circuit Kl.

Výetupní datový údaj mikropočítače se přenáší do záchytného registru ZR, který je adresován pomocí adresového dekodéru AD. Výetup 1 záchytného registru ZR je převeden přes oddělovací obvod VQl na výstup desky VI. Z výstupu tohoto oddšlovacího obvodu VQl je zapínán příslušný akční člen, který může představovat motor, servopohonu a podobné. Poloha akčního členu je sledována pomocí polohového spínače SPI. V zapojení desky je použit bezkontaktní spínač, využívající přenos signálu po optickém vláknu.The output data of the microcomputer is transferred to the capture register ZR, which is addressed by the address decoder AD. Output 1 of the capture register ZR is transferred via the separation circuit VQl to the output of the board VI. The output of this separation circuit VQl is used to turn on the appropriate actuator, which can be a motor, servo drive, etc. The position of the actuator is monitored by the position switch SPI. The board circuit uses a contactless switch using optical fiber signal transmission.

Základem polohového spínače je luminiscenční dioda LPI, na kterou je navázáno svétlovodné vlákno. Vlákno vystupuje z desky a je připojeno do polohového spínače SPI. Spínač je tvořen dvéma proti sobě umístěnými optickými vlákny, přičemž od luminiscenční diody DPI je připojeno vysílací vlákno 50, proti tomuto optickému vláknu je umístěno přijímací vlákno 60. Optická vlákna jsou vhodné zakončena, například na konce vláken jsou navařeny skleněné kuličky. V případě, kdy luminiscenční diodou LPI prochází proud, vystupuje světelný signál optickým vláknem 50, dále se přenáší do optického vlákna 60, které je navázáno na přijímací tranzistor TI. Clona ICC u polohového snímače přerušuje světelný tok, přenášený do optického vlákna 60.The basis of the position switch is a light-emitting diode LPI, to which a light-guide fiber is connected. The fiber exits the board and is connected to the position switch SPI. The switch is formed by two optical fibers placed opposite each other, with a transmitting fiber 50 connected from the light-emitting diode DPI, and a receiving fiber 60 placed opposite this optical fiber. The optical fibers are suitably terminated, for example, glass beads are welded to the ends of the fibers. In the case when a current passes through the light-emitting diode LPI, a light signal exits through the optical fiber 50, and is then transmitted to the optical fiber 60, which is connected to the receiving transistor TI. The ICC aperture of the position sensor interrupts the light flux transmitted to the optical fiber 60.

Při zapnutí akčního členu se pohybuje mechanismus akčního členu, na který je připevněna clona 100, který přeruší světelný tok, procházející z vysílacího vlákna 50 do přijímacího vlákna 60.When the actuator is turned on, the actuator mechanism, to which the diaphragm 100 is attached, moves, which interrupts the light flux passing from the transmitting fiber 50 to the receiving fiber 60.

Součástí zapojení podle vynálezu jsou i obvody polohového spínače. Základním obvodem je řídicí oscilátor 0, který vytváří impulsní napětí pro řízení všech obvodů polohových spínačů. Výstup oscilátoru 0 je připojen na vstup monostabilního multivibrátoru Ml, který vytváří budicí impuls. Tento impuls je výkonově zesílen v budicím obvodu BDI a napájí luminiscenční diodu LPI, na kterou je navázáno optické vlákno. Výetup z monostabilního multivibrátoru Ml překlápí klopný obvod Kl. Světelný impuls je přiveden optickým vláknem na přijímací tranzistor Ti a je dále zesílen v přijímacím zesilovacím obvodu PZ1. Zesílený impuls překlápí klopný obvod Kl do výchozího stavu, tj. do stavu, jaký byl před příchodem impulsu z výstupu multivibrátoru Ml. V případě, že je světelný impuls přerušen pomocí clony 100 spínaěe SPI nevrátí se klopný obvod Kl do výchozího stavu a na jeho výstupu Q10 je logický signál podávající informaci o přerušení optické cesty, tedy o zapnutí spínače SPI.The circuit according to the invention also includes the position switch circuits. The basic circuit is the control oscillator 0, which generates a pulse voltage for controlling all position switch circuits. The output of the oscillator 0 is connected to the input of the monostable multivibrator Ml, which generates an excitation pulse. This pulse is amplified in the excitation circuit BDI and supplies the light-emitting diode LPI, to which an optical fiber is connected. The output from the monostable multivibrator Ml flips the flip-flop circuit Kl. The light pulse is fed through the optical fiber to the receiving transistor Ti and is further amplified in the receiving amplifier circuit PZ1. The amplified pulse flips the flip-flop circuit Kl to the initial state, i.e. to the state it was in before the pulse arrived from the output of the multivibrator Ml. In the event that the light pulse is interrupted by the aperture 100 of the SPI switch, the flip-flop Kl does not return to the initial state and its output Q10 contains a logic signal providing information about the interruption of the optical path, i.e. about the switching on of the SPI switch.

Časové průběhy signálů u jednotlivých obvodů jsou uvedeny na obr. 2. V případě, kdy není zasunuta clona 100, je stav spínače trvale kontrolován. V případě, kdy dojde k poruše, například přetržení optického vlákna nebo poškození spínače, je na výstupu klopného obvodu Kl odpovídající logický signál.The time courses of the signals for the individual circuits are shown in Fig. 2. In the case where the shutter 100 is not inserted, the state of the switch is constantly monitored. In the case where a fault occurs, for example a break in the optical fiber or damage to the switch, there is a corresponding logic signal at the output of the flip-flop Kl.

Stav výstupů je z mikropočítače zapisován do záchytného registru ZR a je porovnáván se stavem z výstupu klopného obvodu pomocí komparátoru KP. V případě rozdílu je na výrtupu komparátoru KP logický signál, který je připojen na přerušovací vstup mikropočítače. Tento signál je připojen přes zpožďovací obvod ZO jako přerušovací vstup INT na řídicí sběrnici RS mikropočítače. V případě, že dojde ke změně údaje v záchytném registru ZR, je po dobu potřebnou pro přesun ovládaného mechanismu u počítače potlačeno přerušení.The state of the outputs is written from the microcomputer to the capture register ZR and is compared with the state of the flip-flop output using the comparator KP. In case of a difference, there is a logical signal at the output of the comparator KP, which is connected to the interrupt input of the microcomputer. This signal is connected via the delay circuit ZO as the interrupt input INT to the control bus RS of the microcomputer. In the event that the data in the capture register ZR changes, the interrupt is suppressed for the time required to move the controlled mechanism at the computer.

Zapojení podle vynálezu lze použít jako polohový snímač pro otočné a přímočaré servopohony, kde jsou kladeny vysoké nároky na spolehlivost a kde vzhledem k pracovním podmínkám není možné umístit polohový snímač používající polovodičové prvky. Využití je například v jaderných elektrárnách a v chemickém průmyslu, kde je zapotřebí zajistit po dobu až desítky let bezporuchový provoz servopohonů.The circuit according to the invention can be used as a position sensor for rotary and linear servo drives, where high reliability requirements are imposed and where, due to the working conditions, it is not possible to place a position sensor using semiconductor elements. It is used, for example, in nuclear power plants and in the chemical industry, where it is necessary to ensure trouble-free operation of servo drives for up to decades.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

Connection of a microcomputer circuit board, where the output of the microcomputer data bus is connected to the input of a capture register, to the second input of which an address decoder is connected, which is connected to the output register, and the individual outputs of the capture register are connected via isolation circuits to the output of the board, characterized in that the outputs (1 to n) of the capture register (ZR) are connected to the inputs (XI to In) of a comparator (KP), whose outputs (P1 to Pn) are connected via the output register (VR) to the data bus (DS) of the microcomputer, and the interrupt output of the comparator (KP) is connected via the delay circuit (ZO) to the control bus (RS) of the microcomputer, and the output (Q10) of the flip-flop circuit (Kl) is connected to the first output (Pl) of the comparator (KP), and the transmitting light guide fiber (50) is connected to the light emitting diode (LD1) and is connected to it via a position switch (SPI) with a movable shutter (100) is connected to a receiving light guide fiber (60), which is connected to a receiving phototransistor (TI), which is connected to the input (R10) of the flip-flop circuit (Kl) via an amplifier circuit (PZ1), while the output of the control oscillator (0) is connected to the input of a monostable multivibrator (Ml), the output of which is connected both via an excitation circuit (BDI) to the anode of the light-emitting diode (LD1), and to the input (S10) of the flip-flop circuit (Kl).