RU159354U1

RU159354U1 - DC AND AC DISCRETE SIGNAL DEVICE WITH DIAGNOSTIC OF INSTALLATION OR LOAD OF MONITORED CIRCUIT

Info

Publication number: RU159354U1
Application number: RU2014143953/08U
Authority: RU
Inventors: Василий Степанович Прищепа; Павел Вадимович Мышкин
Original assignee: Ооо "Нпп "Югпромавтоматизация"
Priority date: 2014-10-30
Filing date: 2014-10-30
Publication date: 2016-02-10

Abstract

Устройство ввода дискретных сигналов, содержащее микропроцессорный элемент, источник стабилизированного напряжения питания микропроцессорного элемента, узел приема/передачи данных с гальванической развязкой и каналы ввода дискретных сигналов, входные цепи которых содержат последовательно соединенные входной резистор и вход элемента оптронной развязки, при этом для гальванически связанных контролируемых сигналов входные цепи объединены в группы с общим проводом, а выходы элементов оптронной развязки соединены с микропроцессорным элементом предпочтительно по принципу мультиплексного группового опроса, отличающееся тем, что каждый канал дополнительно содержит вторые входные резисторы и последовательно соединенные с ними элементы оптронной развязки, при этом оба резистора подключены к входу канала, а вторые выводы входов элементов оптронной развязки раздельно объединены в общие провода вторых выводов соответственно первых и вторых элементов оптронной развязки входных цепей гальванически связанных контролируемых сигналов, а общие провода через встречно включенные или двуполярные стабилитроны соединены с разными полюсами источника питания контролируемых сигналов.A discrete signal input device comprising a microprocessor element, a source of stabilized voltage for the microprocessor element, a data receiving / transmitting unit with galvanic isolation, and discrete signal input channels, the input circuits of which contain an input resistor and an input of an optocoupler element in series, while for galvanically connected controlled signals, the input circuits are combined into groups with a common wire, and the outputs of the optocoupler isolation elements are connected to the microprocessor preferably an element according to the principle of multiplex group polling, characterized in that each channel additionally contains second input resistors and optocoupler decoupling elements connected in series with them, while both resistors are connected to the channel input, and the second outputs of the inputs of the optocoupler decoupling elements are separately combined into common wires of the second the conclusions of the first and second elements of the optocoupler isolation of the input circuits of galvanically coupled controlled signals, respectively, and the common wires through the opposite ennye or bipolar zener diodes are connected to different poles of a power supply controlled signals.

Description

Устройство относится к контрольно-измерительной технике и предназначено для использования в устройствах контроля сигналов постоянного и переменного тока в автоматизированных системах контроля, диагностики и управления технологическими процессами.The device relates to measuring equipment and is intended for use in control devices for AC and DC signals in automated control systems, diagnostics and process control.

Известен комплекс ИВК-АДК - «Комплекс аппаратно-программных средств автоматизации диагностирования и контроля устройств и управления технологическими процессами» (патент на полезную модель RU №61438, G05B 15/00, G05B 19/4063, B61L 27/04, опубликован 27.02.2007), при этом, комплекс включает в себя функциональный модуль ввода дискретных сигналов МДВ содержит микропроцессорный элемент, предназначенный для предварительной обработки информации о входных дискретных сигналах и синхронного обмена информацией с удаленным концентратором связи по цепям с элементами гальванической развязки, элемент стабилизации напряжения питания микропроцессорного элемента и каналы ввода дискретных сигналов напряжения постоянного тока, входные цепи которых содержат последовательно соединенные резистор, диод и стабилитрон, предназначенный для отсечки помех, а также элемент гальванической оптронной развязки, при этом, входные цепи объединены в группы для сокращения числа общих проводов, а выходы элементов оптронной развязки опрашиваются микропроцессорным элементом матричным способом для сокращения необходимого числа его линий ввода/вывода.The well-known complex IVK-ADK - “A complex of hardware and software for automating the diagnosis and control of devices and process control” (utility model patent RU No. 61438, G05B 15/00, G05B 19/4063, B61L 27/04, published 02.27.2007 ), at the same time, the complex includes a functional module for inputting discrete signals MDV contains a microprocessor element designed for preliminary processing of information about input discrete signals and synchronous exchange of information with a remote communication hub through chains with elements isolation, the voltage stabilization element of the microprocessor element and the input channels of discrete DC voltage signals, the input circuits of which contain a resistor, a diode and a zener diode in series, designed to cut off interference, as well as an optocoupler isolation element, while the input circuits are combined into groups to reduce the number of common wires, and the outputs of the optocoupler decoupling elements are interrogated by the microprocessor element in a matrix way to reduce a number of its I / O lines.

Комплекс также содержит функциональный модуль ввода дискретных сигналов переменного тока МДВ1 отличающийся от модуля МДВ тем, что во входных цепях каналов ввода дискретных сигналов диод заменен на второй стабилитрон, включенный встречно первому.The complex also contains a functional module for inputting discrete signals of alternating current MDV1, which differs from the module MDV in that the diode is replaced by a second zener diode connected to the first in the input circuits of the channels for inputting discrete signals.

Известен комплекс ИВК-ТДМ - «Комплекс программно-аппаратных средств автоматизации диагностирования и мониторинга устройств и управления технологическими процессами» (патент на полезную модель RU №68723, G05B 15/00, G05B 19/4063, B61L 27/04, опубликован 27.11.2007), в который входят функциональные микромодули ввода дискретных сигналов ММД, содержащие микропроцессорный элемент, предназначенный для предварительной обработки информации о входных дискретных сигналах (в том числе - определение длительностей и кодов импульсных и кодированных сигналов) и синхронного обмена информацией с управляющим модулем концентратора информации через элементы цепей связи, и каналы ввода дискретных сигналов, входные цепи которых содержат последовательно соединенные резистор, диод, стабилитрон, предназначенный для отсечки помех, и элемент гальванической оптронной развязки.The well-known complex IVK-TDM - "The complex of software and hardware for automating the diagnosis and monitoring of devices and process control" (utility model patent RU No. 68723, G05B 15/00, G05B 19/4063, B61L 27/04, published 11.27.2007 ), which includes functional micromodules for inputting discrete signals of MMD containing a microprocessor element designed for preliminary processing of information about input discrete signals (including determining the duration and codes of pulse and encoded signals) and synchronously the first exchange of information with the control module of the information concentrator through elements of communication circuits, and input channels of discrete signals, the input circuits of which contain a series-connected resistor, diode, zener diode, designed to cut off interference, and an element of galvanic optocoupler isolation.

Недостатками аналогов является то, что указанные функциональные модули ввода дискретных сигналов не могут диагностировать неисправности, возникающие в канале - такие как: обрыв монтажа или нагрузки контролируемой цепи, а также неисправность элементов самого канала.The disadvantages of the analogs are that the indicated functional modules for inputting discrete signals cannot diagnose malfunctions arising in the channel, such as a broken installation or load of the controlled circuit, as well as a malfunction of the elements of the channel itself.

Сущность предлагаемого технического решения заключается в том, что в известном устройстве ввода дискретных сигналов, содержащем микропроцессорный элемент, источник стабилизированного напряжения питания микропроцессорного элемента, узел приема/передачи данных с гальванической развязкой и каналы ввода дискретных сигналов, входные цепи которых содержат последовательно соединенные резистор и вход элемента оптронной развязки, при этом, для гальванически связанных контролируемых сигналов входные цепи объединены в группы с общим проводом, а выходы элементов оптронной развязки соединены с микропроцессорным элементом предпочтительно по принципу мультиплексного группового опроса, с целью диагностирования неисправностей, возникающих в элементах каналов, а также обрыва монтажа или нагрузки контролируемых цепей, каждый канал дополнительно содержит вторые входные резисторы и последовательно соединенные с ними элементы оптронной развязки, при этом, оба резистора подключены к входу канала, а вторые выводы входов элементов оптронной развязки раздельно объединены в общие провода вторых выводов соответственно первых и вторых элементов оптронной развязки входных цепей гальванически связанных контролируемых сигналов, а общие провода через встречно включенные или двуполярные стабилитроны соединены с разными полюсами источника питания контролируемых сигналов.The essence of the proposed technical solution lies in the fact that in the known device for inputting discrete signals containing a microprocessor element, a source of stabilized voltage for the microprocessor element, a data receiving / transmitting unit with galvanic isolation and input channels of discrete signals, the input circuits of which contain a resistor and an input connected in series optocoupler isolation element, in this case, for galvanically coupled controlled signals, the input circuits are combined into groups with a common wire ohm, and the outputs of the optocoupler isolation elements are connected to the microprocessor element, preferably according to the principle of multiplex group polling, in order to diagnose malfunctions arising in the channel elements, as well as interruption of the installation or load of the monitored circuits, each channel additionally contains second input resistors and elements connected in series with them optocoupler isolation, in this case, both resistors are connected to the input of the channel, and the second outputs of the inputs of the elements of the optocoupler isolation are separately combined into common the wires of the second terminals of the first and second elements of the optocoupler isolation of the input circuits of galvanically coupled controlled signals, respectively, and the common wires are connected through opposite-connected or bipolar zener diodes to different poles of the power source of the controlled signals.

На рисунке 1 приведена структурная схема устройства ввода дискретных сигналов, где: 1 - группы входных каналов; 2 - мультиплексированная шина считывания входных данных; 3 - микропроцессорный элемент; 4 - узел приема/передачи данных с гальванической развязкой; 5 - элемент стабилизации напряжения питания (значение напряжений показано условно).Figure 1 shows a structural diagram of a device for inputting discrete signals, where: 1 - groups of input channels; 2 - multiplexed input data read bus; 3 - microprocessor element; 4 - node receiving / transmitting data with galvanic isolation; 5 - power supply voltage stabilization element (voltage value is shown conditionally).

На рисунке 2 приведена схема входной части одного из каналов устройства, подключенной к контролируемой цепи сигнала постоянного тока, где: 6 - элемент управления нагрузкой контролируемой цепи; 7 - нагрузка; U+, U- - цепи питания контролируемой цепи; Bx1 - вход канала; R1, R2 - входные резисторы; VE1, VE2 - входные оптроны; Оп1 - общий групповой провод приема сигналов отрицательной полярности; Оп2 - общий групповой провод приема сигналов положительной полярности; VZ1, VZ2 - стабилитроны, подключающие первый общий провод к положительному полюсу питания U+; VZ3, VZ4 - стабилитроны, подключающие второй общий провод к отрицательному полюсу питания U-.Figure 2 shows a diagram of the input part of one of the channels of the device connected to the controlled circuit of the DC signal, where: 6 - load control element of the controlled circuit; 7 - load; U +, U- - power circuits of the controlled circuit; Bx1 - channel input; R1, R2 - input resistors; VE1, VE2 - input optocouplers; Op1 is a common group wire for receiving signals of negative polarity; Op2 - common group wire for receiving signals of positive polarity; VZ1, VZ2 - zener diodes connecting the first common wire to the positive power pole U +; VZ3, VZ4 - zener diodes connecting the second common wire to the negative power pole U-.

Устройство работает под управлением микропроцессорного элемента (3), который выдает стробирующие сигналы на группы выходных транзисторов оптронов входных каналов (1) и считывает информацию о состоянии контролируемых цепей с мультиплексной шины (2). Затем производится анализ данных и передача результата через элементы (4) гальванической развязки цепей обмена информацией с более высоким уровнем системы.The device operates under the control of a microprocessor element (3), which generates gate signals to the groups of output transistors of the input channel optocouplers (1) and reads information about the state of the monitored circuits from the multiplex bus (2). Then the data are analyzed and the result is transmitted through the elements (4) of the galvanic isolation of the information exchange circuits with a higher level of the system.

Информация о каждом канале в данном устройстве представлена двумя битами, причем, при исправном состоянии всех цепей и элементов, это «01» или «10», так как один из оптронов всегда находится в активном состоянии независимо от состояния контролируемой цепи. При обрыве монтажа будет считано состояние «00» - за счет того, что напряжение отсечки (стабилизации) стабилитронов выбирается равным или более половины напряжения питания контролируемой цепи, при этом, входная часть оптронов обесточена (допустим ток менее тока включения), поскольку стабилитроны в данном случае включены последовательно. Состояние «00» может быть также считано только при одном из состояний контролируемой цепи - это будет говорить об обрыве (неисправности) в цепи соответствующего оптрона. При обрыве нагрузки (7) значение «00» будет зафиксировано только при пассивном состоянии элемента управления (6). А состояние «11» возможно при неисправности в выходной цепи канала (например, замыкание выходного транзистора оптрона) или при менее вероятном замыкании одного из стабилитронов входной цепи.Information on each channel in this device is represented by two bits, moreover, when the condition of all circuits and elements is in good condition, it is “01” or “10”, since one of the optocouplers is always in the active state regardless of the state of the controlled circuit. When the installation is interrupted, the state “00” will be read out - due to the fact that the cutoff voltage (stabilization) of the zener diodes is selected to be equal to or more than half of the supply voltage of the controlled circuit, while the input part of the optocouplers is de-energized (let's say the current is less than the turn-on current), since the zener diodes in this case included in series. The state “00” can also be read out only in one of the states of the monitored circuit - this will indicate a break (malfunction) in the circuit of the corresponding optocoupler. In case of load break (7), the value “00” will be fixed only with the passive state of the control element (6). And the state "11" is possible in case of a malfunction in the output circuit of the channel (for example, a short circuit of the output transistor of the optocoupler) or with a less likely short circuit of one of the zener diodes of the input circuit.

При контроле сигналов переменного тока программой микропроцессорного элемента необходимо учитывать снижение до нуля тока в цепях оптронов в каждом периоде частоты сигнала.When monitoring AC signals with a microprocessor element program, it is necessary to take into account the reduction to zero of the current in the optocoupler chains in each period of the signal frequency.

Следует отметить, что простое дублирование каналов или даже контроль по мажоритарному принципу (например, 2 из 3-х) не позволяет выявлять обрыв монтажа или нагрузки, так как при пассивном состоянии контролируемой цепи всегда будут считаны нули, а при активном состоянии контролируемой цепи может быть определена только неисправность одного из дублирующих каналов.It should be noted that a simple duplication of channels or even monitoring on a majority basis (for example, 2 out of 3) does not allow to detect an open circuit or load, since in the passive state of the controlled circuit zeros will always be read, and with the active state of the controlled circuit it can be only the malfunction of one of the duplicate channels is determined.

Claims

A discrete signal input device comprising a microprocessor element, a source of stabilized voltage for the microprocessor element, a data receiving / transmitting unit with galvanic isolation, and discrete signal input channels, the input circuits of which contain an input resistor and an input of an optocoupler element in series, while for galvanically connected controlled signals, the input circuits are combined into groups with a common wire, and the outputs of the optocoupler isolation elements are connected to the microprocessor preferably an element according to the principle of multiplex group polling, characterized in that each channel additionally contains second input resistors and optocoupler decoupling elements connected in series with them, while both resistors are connected to the channel input, and the second outputs of the inputs of the optocoupler decoupling elements are separately combined into common wires of the second the conclusions of the first and second elements of the optocoupler isolation of the input circuits of galvanically coupled controlled signals, respectively, and the common wires through the opposite ennye or bipolar zener diodes are connected to different poles of a power supply controlled signals.