CZ289720B6 - Střídavá vstupní jednotka pro obvody sběru dat - Google Patents

Abstract

St° dav vstupn jednotka pro obvody sb ru dat, zejm na v oblasti elezni n dopravy, obsahuje alespo dv v tve (A a B) stejn²ch sou stek, uspo° dan²ch v navz jem opa n m po°ad v obou v tv ch (A, B), p°i em ka d v tev (A, B) obsahuje alespo jednu Zenerovu diodu (DZ1 nebo DZ2), opto len (U1 nebo U2), opat°en² sv tivou diodou, diodu (D2 nebo D4) a rezistor (R1 nebo R3), p°i em v echny tyto sou stky jsou °azeny do s rie.\

Description

Oblast techniky

Vynález se týká střídavé jednotky pro obvody sběru dat, zejména v oblasti železniční dopravy.

Dosavadní stav techniky

Střídavé vstupní jednotky pro obvody sběru dat jsou v podstatě sestaveny z mechanických bezpečnostních relé, které jsou navzájem propojeny jednoduchým kabelovým vedením. Existující zařízení neodpovídají nezbytným bezpečnostním požadavkům. Jsou rovněž citlivá na proměnlivé vnější vlivy, např. teplotu.

Podstata vynálezu

Cílem vynálezu je poskytnout jednotku pro střídavé proudové vstupy, určenou pro obvody sběru dat, zejména v železniční dopravě, která se pokud jde o bezpečnost chová alespoň rovnocenně s jednotkami podle dosavadního stavu techniky, přičemž má proti nim výhody větší kompaktnosti, snazší údržby a instalace, stejně jako větší životnosti.

Vynález je zejména zaměřen na jednotku, u které chyby snímání působí vždy nepřesnosti směrem k vyšší bezpečnosti.

Vynález je také zaměřen na odhalování poruch, které mohou nastat v různých součástech jednotky.

Dále je vynález zaměřen na minimalizaci vlivů kolísání parametrů užitých součástek vlivem vnějších faktorů, např. zvyšování teploty.

Vynález se týká střídavé vstupní jednotky, určené pro obvody sběru dat, obsahující alespoň jeden detektor napětí, přesahujícího referenci pro kladnou půlvlnu vstupního napětí, a detektor napětí, přesahujícího referenci pro zápornou půlvlnu vstupního napětí.

Zejména se vynález týká střídavé vstupní jednotky pro obvody sběru dat, zejména v železniční dopravě, vyznačující se tím, že uvedená vstupní jednotka obsahuje alespoň dvě větve stejných součástek, uspořádaných v navzájem opačném pořadí v obou větvích, přičemž každá větev obsahuje alespoň jednu Zenerovu diodu, optočlen, opatřený svítivou diodou, diodu a rezistor, přičemž všechny tyto součástky jsou řazeny do série.

Podle prvního provedení vynálezu jsou obě větve uspořádány paralelně a součástky první větve jsou vzhledem k součástkám druhé větve zapojeny v opačném pořadí.

Podle druhého provedení vynálezu jsou obě větve součástek umístěny v sérii a součástky první větve jsou vzhledem k součástkám druhé větve zapojeny v opačném pořadí.

Podle přednostního provedení je paralelně k svítivé diodě každého z optočlenů připojen rezistor.

Podle dalšího přednostního provedení pouze jedna z větví obsahuje oddělovací stupeň s tranzistorem pro převracení úrovně výstupních impedancí.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude blíže objasněn pomocí výkresů, na kterých obr. 1 a 2 znázorňují schéma zapojení podstatných součástek, tvořících zařízení podle vynálezu, a obr. 3 znázorňuje praktické provedení 5 vynálezu s použitím principů, znázorněných na obr. 1 a 2.

Příklady provedení vynálezu

Na obr. 1 a 2 jsou znázorněny principy konstrukce zařízení podle vynálezu.

Zařízení, obvykle označované jako střídavá vstupní jednotka pro obvody sběru dat, tvoří podle obr. 1 v podstatě dvě větve A a B, přičemž první větev A obsahuje detektor napětí pro zjišťování napětí vyššího než referenční napětí pro kladnou půlvlnu vstupního napětí a druhá větev B 15 obsahuje detektor napětí pro zjišťování napětí vyššího než referenční napětí pro zápornou půlvlnu vstupního napětí.

Prahové napětí se obyčejně stanoví měřením času, po který je v průběhu půlvlny vstupní napětí vyšší než referenční napětí. Jestliže je tento čas delší než předem stanovený mezní čas, pak se 20 vstupní napětí považuje za dostatečné. V opačném případě se předpokládá, že na vstupu není dostatečné napětí.

Větve A a B obsahují stejné součástky, které jsou však uspořádány v opačném pořadí. První větev A, která tvoří detektor pro kladnou půlvlnu, obsahuje první Zenerovu diodu DZ1, první 25 optočlen Ul, první diodu D2 a první rezistor Rl. Tyto součástky jsou řazeny do série. Druhá větev B, tvořící detektor pro zápornou půlvlnu, obsahuje druhou Zenerovu diodu DZ2. druhý optočlen U2, druhou diodu D4 a druhý rezistor R3, také řazené do série, ale v opačném uspořádání.

Podle jiného vhodného provedení, znázorněného na obr. 2, se předpokládá umístění všech součástek větví A a B z obr. 1 do jedné větve a obě série součástek, první Zenerova dioda DZ1 s prvním optočlenem Ul a druhá Zenerova dioda DZ2 s druhým optočlenem U2 jsou zapojeny v opačných uspořádáních.

Hlavní nevýhoda uspořádání, znázorněného na obr. 2, spočívá v tom, že Zenerovy diody DZ1 a DZ2 může procházet značný svodový proud, který se zvyšuje s teplotou.

Pro vyřešení tohoto problému je s výhodou zapojen do první větve A třetí rezistor R7 a do druhé větve B čtvrtý rezistor R13, v obou případech vždy paralelně k svítivým diodám optočlenů Ul 40 aU2.

Paralelně k optočlenům Ul nebo U2 je možné zapojit i jinou součástku se stejnou funkcí. Nicméně rezistor se jeví jako spolehlivější a jednodušší.

Podstatnou výhodou tohoto uspořádání je dosažení omezení proudu na prahový proud.

Další výhodou tohoto uspořádání je zmenšení rozměrů a zvýšení spolehlivosti jednotky.

Na obr. 3 je znázorněn praktický příklad provedení zařízení podle vynálezu na základě principů 50 z obr. 2.

Zařízení, znázorněné na obr. 3, je střídavá vstupní jednotka pro 110 V, 50 Hz, která v podstatě sestává ze tří kaskádovitě uspořádaných funkčních bloků.

První blok v podstatě umožňuje omezit přepětí.

-2CZ 289720 B6

Druhý blok zaručuje spotřebu příkonu.

Třetí blok zajišťuje prahové napětí jednotky a uskutečňuje galvanické oddělení výstupního zpracovacího řetězce od vstupního zpracovacího řetězce.

První blok tvoří varistor VR1, pátý rezistor R5, diody a jiskřiště pro ochranu jednotky proti přepětí, zatímco druhý blok, který zajišťuje minimální nominální spotřebu, jalový výkon, tvoří čtyřsvorkový kondenzátor C4, spojující vstupní svorky jednotky s třetím blokem, který zajišťuje prahové napětí.

Varistor VR1 omezuje amplitudy přepětí, která se objevují při rozdílových výbojích, zatímco pátý rezistor R5 omezuje amplitudu proudových špiček ve čtyřsvorkovém kondenzátoru C4 během výbojů, stejně jako amplitudu nárůstu napětí dV/dt.

Čtyřsvorkový kondenzátor C4 musí být konstruován tak, aby zajišťoval minimální spotřebu pro vstupní napětí o daném kmitočtu 50 Hz.

Detektor napětí vyššího, než referenčního napětí pro kladnou půlvlnu vstupního napětí, který je umístěn v první větvi A, tvoří v podstatě součástky, popsané na obr. 1 a 2, tedy první Zenerova dioda DZ1, první optočlen 1, první dioda D2 a první rezistor R3. Detektor napětí vyššího, než referenčního napětí pro zápornou půlvlnu vstupního napětí, který je umístěn v druhé větvi B, tvoří v podstatě tytéž součástky, které byly popsány na obr. 1 a 2, tedy druhá Zenerova dioda DZ2, druhý optočlen U2, druhá dioda D4 a druhý rezistor R3.

Kromě toho je do každé z větví A a B zařazena tavná pojistka F1 nebo F2.

Hlavním kritériem výběru obou hlavních optočlenů U1 a U2 je schopnost pracovat s co nejmenším proudem svítivé diody, aby na sériových rezistorech R1 a R3 nastávala co možná nejmenší ztráta výkonu. To rovněž umožní minimalizovat vliv emisní charakteristiky svítivé diody na hodnotu prahového napětí.

Měření času sepnutí optočlánků U1 a U2 se provádí vzorkováním 32krát v pravidelných intervalech 20 milisekund, což odpovídá kmitočtu 50 Hz elektrické úrovně, dodávané do výstupních zpracovacích řetězců, a načítáním počtu vzorků, pro které je logický stav 0.

Emise svítivé diody prvního optočlenů U1 probíhá po celou dobu, kdy je vstupní napětí vyšší než prahové napětí první větve A. Emise svítivé diody prvního optočlenů U1 má za následek uzemnění zdvihacích rezistorů R2, R9 a R10, umístěných v prvním optočlenů Ul, což vede k vypnutí tranzistoru Ol a ke snímání logické úrovně 0 na vstupu multiplexeru, skenovaného prvním zpracovacím řetězcem A', což je emitor tranzistoru Ol.

Emise svítivé diody druhého optočlenů U2 probíhá po celou dobu, kdy je vstupní napětí vyšší než je prahové napětí druhé větve B. Emise svítivé diody druhého optočlenů U2 má za následek uzemnění zdvihacích rezistorů R4, R11 a R12, umístěných v druhém optočlenů U2, což vede ke snímání logické úrovně 0 na vstupu multiplexeru, skanovaného druhým zpracovacím řetězcem B', což je kolektor výstupního tranzistoru druhého optočlenů U2.

Pro střídavé vstupní jednotky na 110 V jsou zaručena dvě kritéria spolehlivosti:

- práh detekce nesmí poklesnout pod hranici pro sinusové napětí o kmitočtu 50 Hz,

- spotřebovaný výkon pro sinusové napětí o kmitočtu 50 Hz pro vstup v logickém stavu 1 nesmí poklesnout pod druhou mezní hodnotu.

-3CZ 289720 B6

Je třeba poznamenat, že s výjimkou čtyřsvorkového kondenzátoru C4 neposkytují součástky, užité pro stavbu střídavé vstupní jednotky, žádnou jinou vlastní záruku spolehlivosti. Z toho důvodu musí spolehlivost spočívat v užití redundance a kontroly koherence dat, poskytovaných zpracovacím řetězcům.

První zpracovací řetězec A' skenuje napětí na emitoru tranzistoru Ol, zatímco druhý zpracovací řetězec B' je připojen na kolektor výstupního tranzistoru druhého optočlenu U2. Na konci každého skenovacího cyklu si vymění zpracovací řetězce A' a B' za účelem vzájemné kontroly jejich vlastní hodnotu pro počet vzorků sejmutých, když optočleny U1 nebo U2 vedly.

Užitečné signály se na výstupu z jednotky objevují na kolektorech výstupních optočlenů s homí úrovní výstupní impedance pro elektrický stav 1 a s dolní úrovní výstupní impedance pro elektrický stav 0. Jedno bezpečnostní opatření pak spočívá v tom, že právě pro první zpracovací řetězec A' se použije oddělovací stupeň s tranzistorem, převracejícím úroveň výstupních impedancí tak, že tentokrát je dolní úroveň impedance pro elektrický stav 1 homí úroveň impedance pro elektrický stav 0.

Tato charakteristika představuje nebezpečí vzniku logické funkce OR na obou zpracovacích řetězcích A', B\ z hlediska stavu vstupů, v případě poruch, spočívajících ve výskytu krátkých spojení mezi výstupními signály různých jednotek.

Tento oddělovací stupeň sestává z tranzistoru Q1 a šestého rezistoru R6, které jsou umístěny v prvním zpracovacím řetězci A/.

Z tohoto vytvoření asymerie mezi oběma zpracovacími řetězci A' a B', v případě vyskytujících se vícenásobných parazitických vodivých obvodů, případně působících na stejné jednotky obou zpracovacích řetězců, vyplývá následující chování. Na jednotkách prvního zpracovacího řetězce A' se vytvoří ekvivalent obvodu s funkcí OR, na elektrické úrovni, zatímco ekvivalent obvodů s funkcí AND, na elektrické ůroVfířj se vytvoří na jednotkách druhého zpracovacího B\

To vede k neshodě mezi zpracovacími řetězci A', B', která je zjištěna, jakmile se obě jednotky, ovlivněné parazitickými vodivými obvody, nachází v různých stavech.

PATENTOVÉ NÁROKY

Claims (5)

1. Střídavá vstupní jednotka pro obvody sběru dat, zejména v železniční dopravě, vyznačující se tím, že obsahuje alespoň dvě větve (A a B) stejných součástek, uspořádaných v navzájem opačném pořadí v obou větvích (A, B), přičemž každá větev (A, B) obsahuje alespoň jednu Zenerovu diodu (DZ1 nebo DZ2), optočlen (U1 nebo U2), opatřený svítivou diodou, diodu (D2 nebo D4) a rezistor (Rl nebo R3), přičemž všechny tyto součástky jsou řazeny do série.

2. Jednotka podle nároku 1, vyznačující se tím, že obě větve (A,B) jsou uspořádány paralelně a součástky první větve (A) jsou vzhledem k součástkám druhé větve (B) zapojeny v opačném pořadí.

3. Jednotka podle nároku 1, vyznačující se tím, že obě větve (A a B) součástek jsou umístěny v sérii a součástky první větve (A) jsou vzhledem k součástkám druhé větve (B) zapojeny v opačném pořadí.

4. Jednotka podle kteréhokoliv z předchozích nároků laž 3, vyznačující se tím, že paralelně k svítivé diodě každého z optočlenů (U1 nebo U2) je připojen další rezistor (R7 nebo R13).

5 5. Jednotka podle kteréhokoliv z předchozích nároků 1 až 4, v y z n a č u j í c í se tím, že pouze jedna větev (A) obsahuje oddělovací stupeň s tranzistorem (Ql) pro převracení úrovně výstupních impedancí.