RU1815668C - Устройство дл передачи информации - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к телемеханике и может быть использовано дл  сигнализации наступлени  различных событий, регистрируемыхпреобразовател ми код-аналог, установленными на объектах контрол . Цель изобретени  - повышение помехоустойчивости и информационности. Устройство содержит на передающей стороне кодовое реле 1, кодовые провода 2 линии св зи, информационные провода 4 линии св зи, и на приемной стороне - гене ратор 13 импульсов, делитель 14 частоты. задатчик 15 кода, аналого-цифровой преобразователь 22, блок 23 индикации, блок 16 питани , контрольный провод 8 линии св зи , реле 9, резистор 6, блок 5 сигнализации, стабилизатор 17 тока, аналоговый вычита- тель 18, блок 19 выборки-хранени , реле 20. Устройство осуществл ет передачу информации в двух тактах. В первом такте преоб- разователь код-аналог шунтируетс  замыкающим контактом реле на передающей стороне и сигнал в виде уровн  напр жени , формируемого резистором дл  контрол , и сопротивлением линии св зи, запоминаетс  устройством выборки-хранени  и одновременно отображаетс  блоком индикации. Поскольку уровень напр жени , формируемого резистором дл  контрол , заранее известен, то если сигнал, отображаемый блоком индикации, ниже определенного уровн , то произошел пробой изол ции линии св зи, а если сигнал максимальный, то произошел обрыв линии св зи. Во втором такте контакт реле на передающей стороне размыкаетс , и сигнал в виде уровн  напр жени , поступающий на приемной стороне, формируетс  резистором дл  контрол , сопротивлением линии св зи и преобразователем код-аналог. Из этого сигнала аналоговым вычитателем вычитаетс  сигнал , поступивший в первом такте и храни- мый устройством выборки-хранени , поэтому сигнал, отображаемый блоком индикации , в точности соответствует состо нию ключей преобразовател  код-аналог. Таким образом, устройство в двух тактах осуществл ет передачу сигналов телесигнализации , формируемых преобразователем код-аналог, полностью устран   вли ние на передаваемую информацию сопротивлени  линии св зи и токов утечки, и одновременно с этим производит контроль за состо нием линии св зи.1 з.п. ф-лы, 2 ил.,1 табл. 00 СП о о 00

Description

Изобретение относитс  к телемеханике и может быть использовано дл  сигнализации наступлени  различных событий, регистрируемыхпреобразовател ми код-аналог, установленными на объектах контрол . Предназначаетс  дл  работы в системах управлени  технологических процессов . . .

Целью изобретени   вл етс  повышение помехоустойчивости и информационности путем полной компенсации вли ни  сопротивлени  линии св зи и токов утечки на передаваемую информацию при одновременном повышении надежности передачи информации за счет параллельного контрол  за состо нием линии св зи,

На фиг.1 изображена функциональна  схема устройства дл  передачи информации; на фиг.2 - временна  диаграмма его работы.

Устройство дл  передачи информации содержит кодовое реле 1, кодовые проврда 2 линии св зи, контакты кодового реле 3, информационные провода 4 линии св зи, преобразователь код-аналог 5, резистор дл  контрол  6, контакт кодового реле 7, контрольный провод 8 линии св зи, реле 9, резисторы 10 и контакты 11 преобразовател  код-аналог 5, контакт 12 реле 9, генератор импульсов 13, делитель частоты 14, за датчик кода 15, блок питани  16, стабилизатор тока 17, аналоговый вычитатель 18, устройство выборки-хранени  19, реле 20 и его контакт 21, аналого цифровой преобразователь 22 и блок индикации 23.

На временной диаграмме (см. фиг.2) по оси 24 показана очередность следовани  импульсов, вырабатываемых генератором импульсов 13, по оси 25 - делител  частоты 14, по оси 26 - задатчика кода 15, по оси 27 - срабатывани  кодового реле 1 и замыкани  его контактов 3 и 7, по оси 28 - срабатывани  реле9 и замыкани  его контакта 12, по оси 29 - врем  срабатывани  реле 20 и размыкани  его контакта 21, а по оси 30 и 31--продолжительность-первого и второго такта передачи информации соответственно .

Устройство дл  передачи информации включает в себ  на передающей стороне кодовое реле 1, к входам которого подключены кодовые 2 провода линии св зи; первые выводы первого и второго замыкающих контактов 3 кодового реле 1 соединены соответственно с первым и вторым информационными проводами 4 линии св зи, а второй вывод первого замыкающего контакта 3 кодового реле 1 - с первым выходом преобразовател  код-аналог 5. Второй выход преобразовател  код-аналог 5 через ре

зистор дл  контрол  6 подсоединен к второму выводу второго замыкающего контакта 3 кодового реле 1. Первый вывод третьего замыкающего контакта 7 кодового реле 1 соединен с контрольным проводом 8 линии св зи, а второй вывод замыкающего контакта 7 кодового реле 1 подключен к входу реле 9. Преобразователь код-аналог включает элементы сигнализации, каждый из которых состоит из резистора 10 и размыкающего контакта 11, причем первый вывод резистора 10 соединен с первым выводом размыкающего контакта 11, а второй вывод

резистора 10 вместе с вторым выводом размыкающего контакта 11 соединен с первыми выводами резистора 10 и размыкающего контакта 11 следующего элемента сигнализации . Первые выводы резистора 10 и размыкающего контакта 11 первого элемента сигнализации подключены к второму выводу первого замыкающего контакта 3 кодового реле 1 и первому выводу замыкающего контакта 12 реле 9, а второй вывод контакта

12 соединен вместе с вторыми выводами резистора 10 и размыкающего контакта 11 последнего элемента сигнализации с первым выводом резистора дл  контрол  6, второй вывод которого подключен к второму

выводу второго замыкающего контакта 3 кодового реле 1.

На приемной стороне располагаетс  генератор импульсов 13, выход которого включен через делитель частоты 14 и задатчик кода 15 к кодовым проводам 2 линии св зи. Первый полюс блока питани  16 соединен с первым выводом стабилизатора тока 17, второй вывод которого подключен к первому информационному проводу 4 линии св зи, а второй полюс блока питани  1 б соединен с вторым информационным проводом 4 линии св зи. Первый и второй информационный провод 4 линии св зи подключены к первому и второму выводам

пр мого входа аналогового вычитател  18 и соответственно к первому и второму выводам информационного входа устройства выборки-хранени  19. Управл ющий вход

устройства выборки-хранени  19 вместе с контрольным проводом 8 линии св зи соединен с выходом генератора импульсов 13 и входом реле 20. Выход устройства выборки-хранени  19 соединен через размыкающий контакт 21 реле 20 с инвертирующим входом аналогового вычитател  18, выход которого включен к входу аналого-цифрово- го преобразовател  22, а его выход- к входу блока индикации 23.

Устройство работает следующим образом .

Генератор импульсов 13, в качестве которого может быть использован, например, мультивибратор, генерирует пр моугольные импульсы, как показано на фиг.2 (по оси 24). Делитель частоты 14 удваивает продол- жительность импульса (см. фиг.2, ось 25), и подает его на задатчик кода 15, например, двоичный счетчик, который выставл ет на кодовые провода 2 линии св зи код (см. фиг.2, ось 26), соответствующий опрашива- емому преобразователю код-аналог 5. Про- дблжительность импульса, формируемого генератором импульсов 13, едва раза меньше периода опроса выбранного преобразовател  код-аналог 5 и соответствует первому такту передачи информации (см. фиг.2, ось 30). Продолжительность второго такта передачи информации равна продолжительностью первого такта и соответствует паузе между импульсами генератора 13 (см. фиг.2, ось 31).

При выставлении на кодовые провода 2 задатчиком кода 15 кодовой комбинацией преобразовател  код-аналог 5, срабатывает соответствующее ему кодовое реле 1 и своими замыкающими контактами 3 (см. фиг.2, ось 27) подключает к информационным проводам 4 линии св зи опрашиваемый преобразователь код-аналог 5. а замыкающим контактом 7 - контрольный провод 8 к реле 9. По контрольному проводу 8 на вход реле 9 поступает напр жение и замыкающий контакт 12 реле 9 шунтирует элементов сигнализации преобразовател  код-аналог 5. От блока питани  16 по информационным проводам 4 линии св зи протекает стабилизированный ток 1Ст, формируемый стабилизатором тока 17. На пр мом входе аналогового вычитател  18, и информационный вход устройства выборки- хранени  19 поступает напр жение:

Ui ст(Рл + Re),(1) где ICT ток стабилизатора тока 17:

Рл сопротивление информационных проводов 4 линии св зи:

Re - сопротивление резистора дл  контрол  6.

В то же врем  на управл ющий вход устройства выборки-хранени  19 поступает сигнал высокого уровн  и устройство 19 за- поминает уровень напр жени  Ui. Реле 20 тоже находитс  под напр жением и его размыкающий контакт 21 отсоедин ет выход устройства выборки-хранени  19 от инвертирующего входа аналогового вычитател  18. Поэтому напр жение на выходе аналогового вычитател  18 равно входному Ui. Напр жение преобразуетс  в цифровом виде аналого-цифровым преобразователем 22 и отображаетс  блоком индикации 23.

Уровень напр жени  Ui позвол ет одновременно с передачей информации осуществл ть контроль за состо нием линии св зи.

Если это напр жение меньше заданного , т.е.

Ui UK,(2) где UK ICT.Re - контрольное напр жение, которое заранее определено, то произошел пробой изол ции информационных проводов 4 линии св зи.

Если напр жение Ui максимальное, т.е.

Ui « Umax,(3)

где Umax - максимальное выходное напр жение операционного усилител , на котором построен аналоговый вычитатель 18, то произошел обрыв информационных проводов 4 линии св зи.

Таким образом в первом такте передачи информации, определ емом продолжительностью импульса генератора импульсов 13, во-первых запоминаетс  информаци  в виде напр жени , формируемого сопротивлением информационных проводов 4 и резистором дл  контрол  6. и во-вторых контролируетс  состо ние линии св зи.

По окончании импульса генератора импульсов 13, начинаетс  второй такт опроса преобразовател  код-аналог 5. На приемной стороне замыкаетс  контакт 21 реле 20: снимаетс  напр жение с управл ющего входа устройства выборки-хранени  19 и оно переходит из режима слежени  в режим хранени . На передающей стороне размыкаетс  контакт 12 реле 9 и по информационным проводам 4 линии св зи на пр мой вход аналогового вычитател  18 поступает напр жение:

U2 1ст(Нл + Re + Re),(4) где Re - общее сопротивление резисторов 10 элементов сигнализации преобразовател  код-аналог 5, дл  которых сработали соответствующие контакты 11 сигнализации.

На инвертирующий вход аналогового вычитател  18 поступает от устройства выборки-хранени  19 напр жение Ui, т.к. контакт 21 реле 20 замкнут. Поэтому на выходе аналогового вычитател  18 напр жение равн етс :

Ui8 U2-Ui.(5)

Учитыва  формулы (1) и (4), определ ем:

.Rc.(6)

т.е. напр жение на выходе аналогового вычитател  точно соответствует состо нию ключей сигнализации. Это напр жение преобразуетс  аналого-цифровым преобразователем 22 и отображаетс  блоком индикации 23.

Так в . втором такте из полученного по лини м св зи сигнала вычитываетс  падение напр жени  на сопротивлении информационных проводов 4 линии св зи и резистора дл  контрол  6; полученный сигнал полностью соответствует состо нию ключей 11 опрашиваемого преобразовател  код-аналог 5.

В два такта (два приема) в течение времени опроса преобразовател  код-аналог 5 предлагаемое устройство дл  передачи информации позвол ет полностью скомпенси- ровать вли ние на передаваемую информацию сопротивлени  линии св зи и токов утечки и одновременно контролировать состо ние информационных проводов линии св зи. Этим определ етс  более высока  помехоустойчивость и надежность предлагаемого устройства по сравнению с известными. При этом возможно снизить уровень младших разр дов преобразовател  код-аналог и соответственно формируемого ими напр жени , и тем самым увеличить информационную емкость передаваемой информации.

После окончани  импульсов, формируемых задатчиком кода 15, наступает пауза такой же продолжительности как и период опроса (см. фиг.2) и отключаютс  контакты кодового реле 1. При выставлении на кодовых проводах 2 линии св зи кода следующего преобразовател  код-аналог 5, цикл повтор етс  дл  очередного объекта контрол .

Предлагаемое устройство дл  передачи информации может быть применено дл  телесигнализации наступлени  разнообразных событий.

Рассмотрим пример реализации устройства .

Стабилизатор тока 17 собран на базе схемы стабилизатора тока высокой точности . В качестве транзистора p-n-р типа применен транзистор КТ 361В, а n-p-п типа - КТ315В; стабилитроны типа КС 133А и диоды КД 509А. Подбором резисторов (около 60 кОм) добиваемс  Сг 0,1 мА. Резистор обратной св зи 7,5 МОм обеспечивает погрешность стабилизации в диапазоне изменени  напр жени  питани  8-24 В не более 0,1%.

Источник питани  16 обеспечивает питание схемы посто нным напр жением +24В.

Аналоговый вычитатель 18 собран по известной схеме. Схема построена на базе операционного усилител  типа К153УД5 и четырех резисторов по 10 кОм.

Устройство выборки-хранени  19 реализует функцию аналоговой пам ти и собрано по известной схеме, на операционном усилителе типа 140УД12. транзисторах типа

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

КП ЗОЗА и типа КТ 315А, и резисторах - по схеме 100, 82, 30 и 130 кОм соответственно. Така  реализаци  устройства обеспечивает врем  выборки напр жени  20 В с точностью 0,1% равно 5 мкс, а скорость спада выходного напр жени  в режиме хранени  не превышает 0,01 % за 1 мс.

В качестве реле 20 и 9 на приемной и передающей стороне соответственно применены реле  зычкового типа (герконы) типа РЭС-43. Выводы обмотки реле соедин ютс  с контрольным проводом линии св зи и выводом О кодового реле.

Дл  повышени  быстродействи  и надежности переключени  успешно вместо реле могут быть применены диодные опто- пары.

Лини  св зи (2,4 и 8), как и в прототипе, представл ет дес типарный телефонный кабель, сопротивление проводов которого меньше 50 Ом/км, или дл  прот женности линии 10 км принимаем сопротивление линии 1 кОм. В качестве контрольного провода использован один из запасных проводов кабел , поэтому введение контрольного провода не требует дополнительных работ и затрат на прокладку,

Аналого-цифровой преобразователь преобразует напр жение в диапазоне 0-10 В с точностью 0,005 В.

Преобразователь код-аналог (датчик сигнализации) построен на элементах сигнализации , каждый из которых состоит из резистора и шунтирующего его размыкающего контакта сигнализации. Если контакт разомкнут, т.е. произошло событие, в линию включаетс  соответствующий ему резистор, на котором падает определенное напр жение , которое и поступает на приемную сторону . Сопротивление резисторов соотноситс  как 1:2:4:8:16:32 и т.д., т.е. сопротивление каждого резистора определ етс  по формуле:

Rn Ri.,(7)

где п-номер элемента сигнализации преобразовател  код-аналог;

RI - сопротивление резистора младшего разр да преобразовател .

Максимальное напр жение на приемной стороне будет, если все ключи разомкнуты и после- довательносоединенывсерезисторы.Общеесопро- тивление определ етс  по формуле:

Rmax Rl(),(8) где m - число разр дов (элементов сигнализации).

Из характеристик аналого-цифрового преобразовател  и услови  ICT 0.1 мА, максимальное сопротивление линии св зи и преобразовател  код-аналог не должно превышать 100 кОм, а минимальное - не ме- нее50 Ом. Следовательно, общее сопротивление резисторов элементов сигнализации и резистора дл  контрол  не может превышать 99 кОм, так как сопротивление линии св зи Рл 1 кОм.

Погрешность стабилизации выбранного стабилизатора тока не превышает 0.1%. Поэтому погрешность передачи напр жени  A U не превышает 0,01 В (при (Ст 0,1

МА И Rmax 100 кОм).

Дл  обеспечени  надежной передачи информации принимаем:

f Ui 3 AU,(9) где Ui - напр жение младшего разр да преобразовател  код-аналог, падающее на резисторе младшего элемента сигнализации;

A U - максимальна  погрешность передачи напр жени .

В качестве преобразовател  код-аналог использован восьмиразр дный преобразователь , параметры которого указаны в таблице .

Общее сопротивление резисторов по формуле (8) составл ет 89,25 кОм. Резистор дл  контрол  Re 5 кОм, и общее сопротивление датчика сигнализации составл ет 94,25 кОм.

Итак в первом такте опроса преобразовател  код-аналог, код которого выставлен на кодовых жил, напр жение на приемной стороне формируетс  сопротивлением резистора дл  контрол  и линии св зи, поскольку элементы сигнализации шунтируютс . Напр жение колеблетс  от минимального, в том случае когда прот женность линии св зи минимальна:

Uimin 0,1..5.103 0.5 В. (10) до максимального (при прот женности линии св зи 10 км):

Ulmax 0,1..(5+1).103-0,6 В. (11)

Это напр жение записываетс  устройством выборки-хранени  и одновременно отображаетс  блоком индикации.

Если напр жение, отображаемое блоком индикации меньше 0,5 В, то произошел пробой изол ции (или короткое замыкание) проводов линии св зи, а если напр жение 10 В, то произошел обрыв линии.

Во втором такте опроса напр жение, поступающее на приемной стороне формируетс  сопротивлением линии св зи, резистора дл  контрол  и резисторами преобразовател  код-аналог и находитс  в диапазоне

0,5 1)2 9,525 В.

Из этого напр жени  вычитаетс  аналоговым вычитателем напр жение, сохран емое устройством выборки-хранени . Этот сигнал полностью соответствует состо нию элементов сигнализации.

0

Дл  обеспечени  надежной передачи информации необходимо обеспечить продолжительность каждого такта, в два раза большую времени аналого-цифрового пре- образовани , т.е.

(12) где TV - продолжительность каждого такта опроса;

гп - продолжительность аналого-цифрового преобразовани .

Примен ема  схема устройства выборки-хранени  обеспечивает выборку напр жени  1 В меньше чем за 1 мкс, а врем 

С. аналого-цифрового преобразовани  составл ет 60 мкс. Поэтому предлагаема  схема реализации устройства дл  передачи информации обеспечивает надежную работу при продолжительности опроса каждого

Q датчика сигнализации (преобразовател  код-аналог) свыше 0,3 мс.

Предлагаемое устройство дл  передачи информации может быть реализовано без контрольного провода линии св зи и допол5 нительного реле на передающей стороне. Шунтирование преобразовател  код-аналог в этом случае производит третий замыкающий контакте регулируемым времени включени . Врем  включени  этого контакта

0 равно продолжительности первого такта передачи информации. Однако такое решение устройства существенно снижает быстродействие и надежность передачи информации .

5 Помехоустойчивость устройства дл  передачи информации характеризуетс  способностью противосто ть вредному вли нию помех и степенью соответстви  переданного сигнала прин тому. Основна 

0 погрешность передачи информации устройствами интенсивности напр жени  вноситс  изменением температурой окружающей среды, так как сопротивление проводов линии св зи увеличиваетс  на 4% при увеличении температуры на 10° С дл  медных проводов линии св зи. При изменении температуры от -40 до +40° С, сопротивление линии св зи измен етс  на 32%, что в рас смотренном примере составит 320 Ом. Тепловые процессы протекают достаточно медленно и дл  указанном быстродействии устройства изменение сопротивлени  линии св зи практически полностью компен5 сируетс . Кроме того предлагаемое устройство дл  передачи информации компенсирует вли ни  на передаваемой информации токов утечки.

В итоге предлагаемое устройство позвол ет повысить помехоустойчивость более чем в 10 раз. Это и  вл етс 

5

предпосылкой дл  снижени  напр жений младших разр дов преобразовател  код- аналог и увеличение числа разр дов до восьми {у прототипа - шесть), и тем самым повышает информационную емкость сигнала телесигнализации на 25%.

Поскольку предлагаемое устройство позвол ет сразу обнаружить возникающую неисправность линии св зи, надежность передачи информации и всей системы телемеханики значительно выше.

Claims (2)

1. Формула изобретени  1. Устройство дл  передачи информации , содержащее генератор импульсов, за- датчик кода, блок питани , первый вывод которого соединен с входом стабилизатора тока, аналого-цифровой преобразователь, блок индикации, реле, выход задатчика кода соединен с кодовым проводом линии св зи, блок индикации, на передающей стороне - кодовое реле, вывод обмотки которого соединен с кодовым проводом линии св зи, первые выводы первого и второго контактов кодового реле соединены соответственно с первым и вторым информационными проводами линии св зи, второй вывод первого контакта кодового реле подключен к первому входу блока сигнализации, отличающеес  тем, что, с целью повышени  помехоустойчивости и информативности, в него введены на приемной стороне делитель частоты, блок выборки и хранени , аналоговый вычитатель, выход генератора импульсов соединен с выводом обмотки реле , тактовым входом блока выборки и хранени , контрольным проводом линии св зи и через делитель частоты - с входом задатчика кода, первый и второй выводы контакта реле соединены соответственно с выходом блока выборки и хранени  и инвертирующим входом аналогового вычитател , выход которого через аналого-цифровой преобразователь подключен к входу блока индика0

   5

   0

   5

   0

   5

   0

   ции, второй вывод блока питани  и выход стабилизатора подключены соответственно к первым и вторым информационным входам блока выборки и хранени  и аналогового вычитател , второй вывод блока питани  соединен с первым информационным проводом линии св зи, выход стабилизатора тока соединен с вторым информационным проводом линии св зи, на передающей стороне введены реле и ограничительный резистор , второй вывод второго контакта кодового реле соединен с первым выводом ограничительного резистора, первый и второй выводы третьего контакта кодового реле соединены соответственно с контрольным приводом линии св зи и выводом обмотки реле, контакт которого подключен своим первым выходом к первому входу блока сигнализации, второй вывод контакта реле соединен с объединенными вторым и третьим выходами блока сигнализации и вторым выводом ограничительного резистора.
2. 2. Устройство по п. 1,отличаю щ е е- с   тем, что блок сигнализации содержит группу преобразователей кода в аналог, каждый из которых выполнен на параллельно подключенных резисторе и размыкающем контакте, объединенные первые выводы резистора и размыкающего контакта первого преобразовател  кода в аналог  вл ютс  первым входом блока, вторые выводы резисторов и размыкающего контакта каждого предыдущего преобразовател  кода в аналог соединены с первыми выводами резисторов и размыкающих контактов каждого последующего преобразовател  кода в аналог, кроме последнего, объединенные вторые выводы резистора и размыкающего контакта последнего преобразовател  кода в аналог  вл ютс  соответственно вторым и третьим выходами блока.

   45