CZ322197A3 - Jednotka pro kontinuální vstupy v obvodech sběru dat - Google Patents

Description

Vynález se týká jednotky pro kontinuální vstupy v obvodech sběru dat zejména na úseku železniční dopravy.

Dosavadní stav techniky

Dosud užívané jednotky pro kontinuální vstupy v obvodech sběru dat jsou v podstatě sestaveny z mechanických bezpečnostních relé. které jsou navzájem propojeny jednoduchým kabelovým vedením.

Podstata vy naiezu

Podstatou vynálezu je jednotka pro kontinuální vstupy, která je určena pro obvody sběru dat používané zejména v oblasti železniční dopravy. Bezpečnostní parametry jednotky podle vynálezu jsou přinejmenším rovnocenné dosavadní technice a výhodou je její nižší poruchovost, snadnější údržba montáž a větší životnost.

Uspořádání jednotky podle vynálezu vylučuje chyby snímání, umožňuje odhalit případné poruchy v obvodu a na nejmenší míru snížit účinek kolísání parametru součástek •vl ivern· vně jších faktorii, např. vlivem . teploty.

- Jednotku “tvor! dva obvody, ve fterýčli jsou umřstěňy shodné elektronické součástky. Každý obvod v podstatě obsahuje Zenerovu diodu; spínač, kterým je nejvhodněji optočlen, a druhý optočleu opatřený diodou LED-.

Prahové napětí je realizováno porovnáním vstupního napětí s referenčním napětím Zenerovy diody a galvanické oddělení za j i š tn j í optoč lény.

Podle prvého způsobu provedení opatřené diodou LED zapojeny paralelně obvody docházelo k výměně dat a spo i i t.os t sys těm u .

Pod Ie vhodnějš í ho provedení jsou jsou oba optočleny tak, aby mezí oběma tím byla prověřována < i ba o p toč 1 e n y um i s tě u v «« «*· ♦ • i» sériově proti sobě, každý je spojen paralelně s diodou a obe jsou vzhledem diody

F’ři zapojena paralelně k příslušnému optočlenu umístěny inverzně, aby proud mohl procházet i když příslušný optoělen nevede.

jiném vhodném provedení je každá dioda, která je s optočlenem opatřeným diodou LED, nahrazena prvým rezistorem, přičemž je nutné, aby oba prvé řežistory v každém obvodu byly shodné.

Podle dalšího vhodného provedení je do každého obvodu zařazena druhá Zenerova dioda. Je zapojena paralelně s prvou Zénerovou diodou za optočlenem, který má funkci spínače.

Eunkcí této druhé Zenerovy diody je zabránit, aby závěrné napětí jedné z diod LED optoclenQ nedosáhlo jejího minimálního průrazného napětí.

V jiném vhodném provedení ie druhý rez istor zapojen sériově s optočlenem opatřeným diodou LED a paralelně rezistorem. Oba druhé rez i stery v rovněž shodné.

Při dalším vhodném provedení je jeden ze dvou obvodů opatřen koncovým stupněm s tranzistorem,, který umožní obrátit úroveň výstupních impedancí, aby bylo možné detekovat odchy lku mezi různými zpracovatelským i řetězci v případě, kdy výstupy několika stejných jednotek jsou paralelně zapojeny s pasivními prvky. Toto uspořádání umožní detekovat odchylku v případě, kdy stavy různých jednotek jsou odlišné.

prvým každém obvodu musí být

Přehled obrázků na výkresegíi.

Vynález bude znázorňuje ^: obr. 1, 2, 3 a 4 obr. 5 blíže objasněn na výkresu, na kterém schéma principu a uspořádání základních prvků zař ízen í pod Je vyná1ezuprakt ické piwe-den í zař í zen í principů na obr. 1 až 4. sekvence -příkazů spínače a v příkladu provedení. logického vyhodnocujícího zařízení podle vynálezu.

pod 1. e odezvy obvodu obr. 6 a 8 fefe · · fefefe fe ♦ fefefe fe fe fefefe fefe

• ·· · · obr. 7 a 9 postupové schéma zpracování vzorků sekvenc í z obr. 6 a 8.

Př íklady provedení vynálezu

Na obr. 1, 2, 3 a 4 jsou znázorněny základní prvky charakterizující princip zařízení podle vynálezu.

Zařízení podle vynálezu obecně nazývané jednotkou pr.o kontinuální vstupy (obr. 1) tvoří v podstatě dva paralelní obvody shodných součástek zapojených do seriePrvý obvod A tvoří Zenerova dioda DZ1, spínač SVÍ, kterým je nejvhodněji, optočlen, druhý optočlen U3 opatřený diodou LED a rezistor R18. Ve druhém obvodu B je .Zenerova dioda DZ2, spínač SW2, kterým je nejvhodněji optočlen. druhý optočlen IJ4 opatřený diodou LED a rezistor R2V takovém uspořádání je referenční práh definován Zenerovýini diodami DZ1 nebo DZ2. Nevýhoda tohoto uspořádání spočívá v tom. že odběr garantovaný na prahové úrovni závisí především ha citlivosti optočlenů U3 a IJ4Práuě z toho důvodu je navrženo zdvojení obvodů prvků. Podle uspořádání znázorněného na obr. 1 jsou oba bptočleny D3’ a IJ4. zapojeny paralelně tak, aby kontinuální výměnou dat, mezi oběma obvody se prověřovala spojitost systému.

Podle jiného způsobu provedení, který je znázorněn na obr. 2, nejsou již oba optočleny řazeny paralelně, ale proti sobě.

V~ComEčr případě jě samozřejmě fiíiťrfé^-k~op'txfčTenům U3~~a~D~4 připojit paralelně diodu. Dioda Dl je řazena paralelně s op točí enem í 13, dioda D2 paralelně s optočlenem 112 a obě diody jsou v protisměru.

Podle jiného výhodného provedení jsou diody Dl a D2 nahrazeny rezistory.

V případě uspořádání obvodů s diodami je třeba poznamenat, že zde není proudový práh pro emisi diody LED. Dioda má proud zatemna, ale ten zůstává nevyužitý.

Diody Dl a D2 podle uspořádání z obr. 2 jsou na obr. 3 nahrazeny naprosto shodnými prvými rezistory R5 a R12. Tím se liči svorkách di od LED 1,13 a IJ4 při jejich přep í nárí í ga rautu je « ·· * * ·

minimální odběr proudu na prahu minimálního napětí IV. Aby tedy dioda emitovala, musí napětí dosáhnout práh IV a proud projde do rezistoru v protějším obvodu. Tím se tam napětí m imorádně nezvýší.

Prvé rezistory R5 a RI 2 budou tedy garantovat minimální odběr proudu pod prahem.

Jiné zdokonalení spočívá v paralením připojení Zenerových diod DZ3 a DZ4 jednak k Zenerově diodě DZ1 a spínači SVÍ a. jednak k diodě DZ2 a spínači SV2- Je třeba poznamenat, že garance minimálního odběru spočívá v přítomnosti rezistorů ,R5 a R12 a že zvýšení jednoho ze dvou odporů vede ke zvýšení prahového napětí jednotky. Úplné rozpojení jednoho z rezistorů R5 nebo Rl2 je normálně detekováno znemožněním uvést op toč lánek U3 nebo 114 do vodivého stavu.

Nicméně v případě, kdy vstupní napětí překročí určitý práh odpovídající minimálnímu průraznému napětí diody LED optočlenů IJ3 nebo 114, je možné pokládat funkci za správnou tehdy, kdy dioda LED optočlenů vedená do závěrného stavu se stane průrazem vodivá.

Funkcí Zenerových diod DZ3 a DZ4 je tedy zabránit, aby závěrné napětí na jedné z diod LED optočlenů 113. a 1J4 dosáhlo minimálního průrazného napětí diod LED optočlenů. Působení a hodnotu Zenerových diod DZ3 a D24 kontrolují optočleny 113 a IJ4 v průběhu intervalů výběru, kdy oba spítiače SV2 a SVÍ jsou rozpoleny.

^__ŽJ^_rne zdokonalení znázorněné na TSbr. 4“ předpoktá^-ďá' zařazení druhého rezistoru do každého obvodu A -a -B- Tyto rez.ist.oty R21 a R25 jsou v sérii ke každému optočlenů H3 nebo 114 opatřenému diodou LED a paralelně k prvým rezistorům R5 a R1.2- Rovněž druhé rezistory musí být shodné Zařazením těchto druhých rezistoru sc zajistí, že závěrné napětí, které se může objevit na svorkách diody LEI), je stále nižší než její průrazné napětí- Jestliže se rezistor R12 rozpojí, f unkce-detekční větve by inohla být zpracovatelskými řetězci považována za normální, jestliže dioda LED optočlenů 112 vstoupí do zóny průrazu (prakticky jsou závěrná napětí diod LEI) optočlánkň velmi malá a zřídka překročí několik voltů).

- 5 b · ► 4 ««·

Zařazením druhých rezistorů R21 a R25 pro maximální vstupní napětí ie zaručeno, že závěrné napětí, které se může objevit na svorkách diody LED, je stále nižší než její průrazné napětí.

Na obr. 5 je znázorněno zařízení uspořádané podle principů uvedených na předešlých obrázcích.

Zařízení na obr. 5 je uspořádáno ze dvou funkčních bloků řazených do kaskády. Blok f za jistu je minimální ochranu proti přepětí a tvoří jej v podstatě rezistor R3, který omezuje amplitudu proudových špiček případného vybíjení ve VR1, a transžořb TRZ1, který omezuje amplitudu přepětí při případných vybíjeníchDruhý blok II realizuje v podstatě funkce prahového napětí jednotky a galvanického oddělení vstupu a výstupů zpracovatelských řetězců.

Místo spínačů SVÍ a StfŽ uvedených na předcházejících obrázcích jsou v uspořádání na obr. 5 optočleny Ifl a L>2, zatímco rezistořy R18 a R2 jsou nahrazeny napáječi II a 12. Proudový napá ječ .11 tvoří prvky Rl?. 06» 05’ DZ4 a R18, proudový napáječ 12 prvky R19, Q1., Q2. DZ3 a R2.

.•Zenerova dioda DZí, op toč len IJ3 a proudový napáječ II tvoří prvý referenční práh. Druhý referenční práh je reál izován Zenerovou diodou DZ2, OptoČlenem IJ4 a proudovým napáječem 12.

Optočleny jsou programovány tak, aby zpracovatelské řetězce při každém výběrovém cyklu vstupu DC spolupracovaly ρθ,^-Γθ—následuj-ící— sekvence—---—-————-

	Ul	, IJ2
fáze 1	zapnuto”	vypnuto
fáze 2	vypnuto	zapnuto
fáze 3	zapnuto''	'· zapnuto
fáze 4	vypnuto	vypnuto

' · « ©«« ·»©· *

Ma konci výběrového cyklu zůstává střídavě jeden ze dvou optoclenfi U3. nebo 112 vodivý.

Při každé fázi výběrového cyklu vyhodnocují zpracovatelské řetězce logický stav na výstupním kolektoru U3 a U.4Rozhodnutí o funkčním stavu jednotky a logickém stavu vstupního napětí jsou uskutečňována podle následujících tabulek Případ 1

	tu	U2
fáze 1	vypnuto	vypnuto“
fáze 2	vypnuto	vypnuto
fáze 3	vypnuto	vypnuto
fáže 4	vypnuto	vypnuto

Vstup je na úrovni log.0

Případ 2

	Ul	U2
fáze 1	zapnuto”	vypnuto
fáze 2	vypnuto	zapnuto“
f áze 3	vypnuto	vypnuto
fáze 4	. vypnuto	vypnuto

Vstup—je—na—úrovni—Ťogrl-”z------—--——--—-----—

Logický obvod pracuje následujícím způsobem : jedenkrát v cyklu provádí procesory výběr vstupů v průběhu 20 ms. Nabírají 32 vzorků s odstupem 62ť> ns. Mimo tento interval výběru je jeden spínač sepnutý a druhý rozpojený, aby byl zajištěn nepřetržitý odběr. Poloha spínačů se při každém cyklu vystřídá a každý obvod vede střídavě.

Podle jiného výhodného provedení se předpokládají dvě různé výběrové sekvence, kdy při každém cyklu změní zpracovatelské obvody výběrovou sekvenci. Každá výběrová sekvence je rozložena do dvou intervalů ^: φ·*

Ρ = počet vzorků čtených v horním stavu řetězce A (Ul.} v intevalu .15 ms;

N = počet vzorků čtených v horním stavu řetězce B ť 112 } v intevalu 15 ms;

P = počet vzorků čtených v horním stavu řetězce A ¢111} v intervalu 5 ms;

N = počet- vzorků čtených v horním stavu řetězce B CU2> v intervalu 5 ms na výstupu na výstupu na výstupu na výstupu optočlénu optočlenu optočlénu optočlenu

Sekvence 1

Obr. 6 znázornil je příkazy přicházející do obou spínačů a odezvy na výstupu příslušného optočlenu. Jestliže je přikaž v horním stavu, je optočlen sepnutý. Jestliže je odezva v dolním stavu, optočlen vede.

Obr. 6 poskytuje přehled o počtu vzorků v horním stavu, které jsou čteny zpracovatelskými řetězci v každém intevalu.

Na obr. 7 je postupové schéma zpracování vzorků sekvence 1, ve kterém v intervalu 15 ms vede pouze obvod A- Jestliže vstupní napětí překročí práh, optočlen 11.1 spojený s řetězcem A musí vést během celého intrevalii. V tomto případě P = 0 a N - 24. V intervalu 5 ms jsou oba spínače současně sepnuty. Optočlény nemohou vést. V tomto případě Ρ = N =8.

Po každé výběrové sekvenci 20 ms. na základě mikropočítačem zpracovaného počtu vzorků v horním stavu, se objeví proměnné HODNOTA a STAV. Proměnná HODNOTA označuje, zdá napět! vedeneTao^TřeČIňo EEy j e ri ižšT (Ti vyšší π ež pra hově^-

HODNOTA - 0 -> 11 in < Uprali HODNOTA = 1 -> Din > Uprali

Proměnná STAV označuje správnou funkci vstupního okruhu

STAV

STAV

-> porucha

-> správná funkce článku

U inárn.í proměnná pokr ačován í zpracováni kterou logický obvod vyhodnotí pro je HODNOTA * STAV. Vstup tedy nikdy nemůže být kalkulován v případě poruchy.

Značka ? udává, že proměnná není změněna

Jak je znázorněno na obr- 7, určité odchylky od ideálního počtu vzorků se tolerují- Tolerance jsou nutné pro zajištění správné funkce jednotky vzhledem k reakčnímu času elektronických součástek (optočlánky, tranzistory...) při změně řízení spínáčůSekveriee 2

Sekvence. 2 znázorněná na obr. 8 jě doplňkem sekvence 1. •V intervalu prvých 15 milisekund je řízen pouze řetězec B. V průběhu posledních 5 milisekund jsou oba řetězce rozpojeny.

Obr. 9 znázorňuje postupové schéma zpracování vzorků.

Aby logický obvod hodnotil vstupní napětí jako vyšší než prahové je třeba, aby během 4 následných výběrů (sekvence 1, sekvence 2, sekvence 1, sekvence 2) byl výsledek zpracování HODNOTA χ STAV = 1.

Užit-í takových výběrových sekvencí umožní zajistit, netečnost jednotky na každé střídavé napětí 50 Hz.

Kriteriem pro výběr obou optočlenů Lil a U2, které.mají funkci spínače, je schopnost pracovat s co nejslabším proudem diody LED. což zajistí správnou funkci komutace. Jiným nutným kriteriem pro výběr optočlenů je dosažení minimálního oddělení mezi vstupem a výstupem.

Užitečné signály na výstupu z jednotky se objevují ria kolektorech výstupních optočlenů se zvýšenou úrovni výstupní impedance pro elektrický stav impedance pro elektrický stav i a se slabou úrovní

0'

Tato charakter ist. ika představuje nebezpečí vzniku logické funkce OU ná obou li 1 ed i ska stavu vs tupů ) spojení mezi výstupními zpracovatelských řetězcích (z v případě poruch vlivem krátkých signály různých jednotek. Tomu Jze předejít tím, že pouze do řetězce A, jak je znázorněno na obr. 5, se zařadí koncový stupeň s tranzistorem, který invertuje úroveň výstupních impedancí takovým způsobem, aby v tomto případě byla nízká úroveň impedance pro elektrický stav .1.*' a zvýšená úroveň impedance pro elektrický stav ’0. Koncový stupeň tvoří • 4 • 4

44* ·*· b · * 4

44« 4444 následující prvky : R9, Q3, R10, Rll a Q4.

Vytvořením asymetrie mezi oběma řetězci A a B se využije, v případě vícenásobných poruch zasahujících případně stejné jednotky obou zpracovatelských řetězců, následující chování : ekvivalent funkce OU Cma elektrické úrovni) se realizuje na jednotkách řetězce A, zatímco ekvivalent funkce ET (na elektrické úrovni) se realizuje na jednotkách řetězce B. .

To vede k detekci odchylky mezi zpracovatelskými řetězci, jakmile se obě jednotky zasažené poruchovými obvody nachází v různých stavech.

Claims (3)

1. Jednotka pro kontinuální vstupy v obvodech sběru daty zejména v železniční dopravě, vyznačující se t í m, že ji tvoří alespoň dva paralelní řetězce stejných součástek, když každý řetězec obsahuje alespoň jednu Zenerovu diodu (DZ1 nebo DZ2), spínač (SVÍ nebo SV2) , kterým je nejvhodně11 optočlen (U1 nebo U2)^ a optočlen (U3,nebo 114) opatřený diodou LED.
2. 2. Jednotka podle nároku t .{ m, že oba optočleny jsou zařazeny paraleině1, (03 vyznačující se a 114) opatřené diodou LED

   Jednotka podle nároku 1, v L í ra. že obá optočleny (03 a razeny do serie v protisměru a paralelně k diodě (Dl nebo D2).

   yznačující se 114) opatřené diodou jsou každý z nich je připojen

   Jednotka podle t í m, že oba jsou řazeny do op toč l enil (08 rez istoru (RS nároku 1, vyznačují c í se optočleny (03 riebo 114) opatřené diodou LED serie v protisměru a každá dioda LED obou a 114) je připojena paralelně k prvému nebo Rl2).

   S. Jednotka podle nároku 4, vyznačuj í c í se t í m, že druhý rezistor (R12 nebo Tí2'á) je připojen do serie ke každému opbočlenu (03 nebo U4) opatřenému diodou LED, přičemž tyto druhé rezistory jsou připojeny paralelně k prvým rezistorům (R5 nebo Rl2).
3. 6. Jednotka podle kteréhokoliv z předchozích nároků vyznač u j í c í se t i m, že druhá

   1 až 4 . Zenerova dioda (DZ3 nebo DZ4) je v každém řetěze se Zenerovou diodou (DZ1 nebo DZ2.) před