RU177438U1

RU177438U1 - Discrete signal input device with input circuit health diagnostics

Info

Publication number: RU177438U1
Application number: RU2016143320U
Authority: RU
Inventors: Василий Степанович Прищепа; Павел Вадимович Мышкин
Original assignee: Ооо "Нпп "Югпромавтоматизация"
Priority date: 2016-11-02
Filing date: 2016-11-02
Publication date: 2018-02-21

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, стабилитрон 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 для каждой группы входных сигналов устройство дополнительно содержит управляемый микропроцессорным элементом узел переключения полюсов источника питания контролируемых сигналов, выход которого подключен к общему проводу группы через стабилитрон, включенный встречно по отношению к стабилитронам входных цепей.Техническим результатом является упрощение устройства при обеспечении возможности диагностирования исправности входных цепей каналов, обрыва монтажа подключения к контролируемой цепи или нагрузки в ней.A discrete signal input device comprising a microprocessor element, a source of stabilized supply voltage of a microprocessor element, a data receiving / transmitting unit with galvanic isolation and discrete signal input channels, the input circuits of which contain an input resistor, a zener diode and an input of an optocoupler isolation element in series, while for galvanic 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 micro a processor element, preferably according to the principle of multiplex group polling, characterized in that for each group of input signals the device further comprises a microprocessor-controlled element for switching the poles of the power source of the controlled signals, the output of which is connected to the common wire of the group through a zener diode, connected in opposition to the zener diodes of the input circuits . The technical result is to simplify the device while providing the ability to diagnose health input one circuit of channels, breakage of installation of connection to a controlled circuit or load in it.

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 ), while the complex includes a functional module for inputting discrete signals of MDV, it 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 in the input circuits of the channels for inputting discrete signals, the diode is replaced by a second zener diode connected in opposition to the first.

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 is that these functional modules for inputting discrete signals cannot diagnose malfunctions that occur in the channel, such as an open circuit or load of a controlled circuit, as well as a malfunction of the elements of the channel itself.

Наиболее близким аналогом (прототипом) является «Устройство ввода дискретных сигналов постоянного и переменного тока с диагностикой обрыва монтажа или нагрузки контролируемой цепи» (патент на полезную модель RU №159354, G05B 15/00, G05B 19/00, опубликован 10.02.2016), 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 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, при этом 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 closest analogue (prototype) is a "Device for inputting discrete signals of direct and alternating current with diagnostics of open circuit or load of a controlled circuit" (utility model patent RU No. 159354, G05B 15/00, G05B 19/00, published 02.10.2016), comprising a microprocessor element, a source of stabilized supply voltage to the microprocessor element, a data receiving / transmitting unit with galvanic isolation, and input channels for discrete signals, the input circuits of which contain a resistor and an input element in series and optocoupler isolation, while for galvanically coupled monitored signals, the input circuits are combined into groups with a common wire, and the outputs of the optocoupler elements are connected to the microprocessor element, preferably by the principle of multiplex group polling, in order to diagnose malfunctions arising in the channel elements, as well as breakage of installation or load of controlled circuits, each channel additionally contains second input resistors and elements of an optocoupler connected in series with them links, while both resistors are connected to the input of the channel, and the second terminals of the inputs of the optocoupler isolation elements are separately combined into common 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 to counter-connected or bipolar zener diodes different poles of the power source of the controlled signals.

Недостатком данного устройства является увеличенное в два раза количество элементов входных цепей и необходимость применения стабилитронов с напряжением стабилизации более половины напряжения источника питания входных сигналов.The disadvantage of this device is the doubled number of input circuit elements and the need to use zener diodes with a stabilization voltage of more than half the voltage of the input signal power source.

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 входной резистор, стабилитрон 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 упрощения устройства и снижения требований к величине напряжения стабилизации стабилитронов предлагаемое устройство для каждой группы входных сигналов дополнительно содержит управляемый микропроцессорным элементом узел переключения полюсов источника питания контролируемых сигналов, выход которого подключен к общему проводу группы через стабилитрон, включенный встречно по отношению к стабилитронам входных цепей.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 for discrete signals, the input circuits of which contain an input resistor in series, the zener diode and the input of the optocoupler isolation element, while for galvanically coupled 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 element, preferably according to the principle of multiplex group polling, in order to simplify the device and reduce the requirements for the voltage stabilization of the zener diodes, the proposed device for each group of input signals additionally contains a microprocessor-controlled element for switching the poles of the power source controlled signals, the output of which is connected to the common wire of the group through a zener diode, is turned on counter to the zener diodes of the input circuits.

На рисунке 1 приведена структурная схема устройства ввода дискретных сигналов, где: 1 - контролируемые сигналы; 2 - группы входных каналов; 3 - узлы переключения полюсов источников питания групп контролируемых сигналов; 4 - мультиплексированная шина считывания входных данных; 5 - выходы стробирующих сигналов микропроцессорного элемента; 6 - выход управления узлами переключения полюсов; 7 - микропроцессорный элемент; 8 - узел приема/передачи данных с гальванической развязкой; 9 - элемент стабилизации напряжения питания устройства (значение напряжений показано условно); U1-U3 - входы полюсов источников питания контролируемых сигналов.Figure 1 shows a structural diagram of a device for inputting discrete signals, where: 1 - controlled signals; 2 - groups of input channels; 3 - nodes switching the poles of the power sources of the groups of controlled signals; 4 - multiplexed input data read bus; 5 - outputs of the strobe signals of the microprocessor element; 6 - control output nodes switching poles; 7 - microprocessor element; 8 - node receiving / transmitting data with galvanic isolation; 9 - element for stabilizing the supply voltage of the device (the voltage value is shown conditionally); U1-U3 - inputs of the poles of the power sources of the controlled signals.

На рисунке 2 приведена схема входной части одного из каналов устройства, подключенного к контролируемой цепи сигнала постоянного тока, где: 10 - элемент управления нагрузкой контролируемой цепи; 11 - нагрузка; U+, U- - полюса питания контролируемых сигналов; 3 - узел переключения полюсов источников питания контролируемых сигналов; Bx1 - вход канала; R1 -входной резистор; VZ1 - стабилитрон входной цепи, VE1 - входной оптрон; VEy - оптрон управления узлом переключения; Оп1 - общий провод контроля группы сигналов; VZ2 - общий стабилитрон группы сигналов.Figure 2 shows the diagram of the input part of one of the channels of the device connected to the controlled circuit of the DC signal, where: 10 - load control element of the controlled circuit; 11 - load; U +, U- - power poles of controlled signals; 3 - node switching the poles of the power sources of the controlled signals; Bx1 - channel input; R1 is an input resistor; VZ1 is the zener diode of the input circuit; VE1 is the input optocoupler; VEy - optocoupler control node switching; Op1 - common wire control group of signals; VZ2 is a common zener diode of a group of signals.

Устройство работает под управлением микропроцессорного элемента (7), который выходом (6) устанавливает узел переключения полюсов источника питания контролируемых сигналов (3) в состояние подключения к одному из полюсов (стандартно - к общему полюсу нагрузок входных сигналов), выдает стробирующие сигналы (5) на группы выходных транзисторов оптронов входных каналов (2), считывает информацию о состоянии контролируемых цепей с мультиплексной шины (4) и передает результаты через элементы (8) гальванической развязки цепей обмена информацией на более высокий уровень системы управления или контроля. Затем через определенный интервал времени производится изменение состояния узла переключения полюсов (подключение к другому полюсу) и очередное считывание информации о состоянии контролируемых цепей, которая должна быть инверсной по отношению к предыдущей. Т.е. каждый канал описывается состоянием «01» или «10» (как и в прототипе). Любое несоответствие говорит о неисправности в канале: отсутствие инверсии считанной информации говорит о неисправности в цепи управления узлом переключения полюсов (например, неисправность оптрона VEy), при обрыве входных элементов, нагрузки, монтажа, потере контакта в разъеме - будет считано состояние «00», а состояние «11» возможно при неисправности в узле переключения полюсов источника питания контролируемых сигналов, отсутствии подключения одного из полюсов (например, потеря контакта в разъеме, что приводит к возникновению тока между каналами с разным состоянием) или при неисправности в выходной цепи канала (например, замыкание выходного транзистора оптрона).The device operates under the control of a microprocessor element (7), which, by the output (6), sets the pole switching node of the power source of the controlled signals (3) to the state of connection to one of the poles (standard - to the common pole of the input signal loads), provides strobe signals (5) to the groups of output transistors of the input channel optocouplers (2), reads information about the state of the monitored circuits from the multiplex bus (4) and transmits the results through the elements (8) of galvanic isolation of the information exchange circuits to the bol ie a high level of management or control. Then, after a certain time interval, the state of the pole switching node is changed (connecting to the other pole) and the next reading of information about the state of the monitored circuits, which should be inverse to the previous one. Those. each channel is described by the state “01” or “10” (as in the prototype). Any discrepancy indicates a malfunction in the channel: the lack of inversion of the read information indicates a malfunction in the control circuit of the pole switching unit (for example, a malfunction of the VEy optocoupler), if the input elements break, load, installation, contact is lost in the connector, the state “00” will be read, and the state “11” is possible if there is a malfunction in the pole switching node of the power source of the monitored signals, if one of the poles is not connected (for example, loss of contact in the connector, which leads to a current between channels with a different state) or in case of a malfunction in the channel output circuit (for example, a short circuit of the output optocoupler transistor).

При контроле сигналов переменного тока программой микропроцессорного элемента необходимо учитывать снижение до нуля тока в цепях оптронов в каждом полупериоде частоты сигнала.When controlling 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 half-period of the signal frequency.

Напряжение стабилизации стабилитронов выбирается только из необходимости отсечки помех или наведенного напряжения определенного уровня.The stabilization voltage of the zener diodes is selected only from the need to cut off interference or induced voltage of a certain level.

Claims

A discrete signal input device comprising a microprocessor element, a source of stabilized supply voltage of a microprocessor element, a data receiving / transmitting unit with galvanic isolation and discrete signal input channels, the input circuits of which contain an input resistor, a zener diode and an input of an optocoupler isolation element in series, while for galvanic 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 micro a processor element, preferably according to the principle of multiplex group polling, characterized in that for each group of input signals the device further comprises a microprocessor-controlled element for switching the poles of the power source of the controlled signals, the output of which is connected to the common wire of the group through a zener diode, connected in opposition to the zener diodes of the input circuits .