RU2012062C1

RU2012062C1 - Method for control of remote sensors and device for implementation of said method

Info

Publication number: RU2012062C1
Authority: RU
Inventors: А.В. Мезников; Н.И. Стадник; Л.А. Стрекалова
Priority date: 1990-08-08
Filing date: 1990-08-08
Publication date: 1994-04-30

Abstract

FIELD: electric engineering for mining. SUBSTANCE: method involves supplying communication line by rectified single-period voltage, pulses corresponding to state of sensors are generated from this voltage. Control is performer by comparison of generated pulses and standard ones. Control instructions are generated according results of comparison. Then pulse train which pulse duration depends on turn-on or turn-off state. Duration of generated pulses is compared to duration of standard ones. Device for control of remote sensors has two-wire communication line. One end of this line has rectifying diode and terminal of sensor connected in series. Another end has alternating voltage power supply, which is connected to wires of communication line, unit for testing and instruction generation, pulse duration shaper, element for galvanic isolation, indication element, interface element, executing unit which output serves as device output and which is combined with one terminal of indication element which second output along with input of executing unit are connected to unit for testing and instruction generation through interface unit. Input of unit for testing and instruction generation is connected through galvanic isolation element to corresponding terminals of pulse duration shaper which input as well as input of galvanic isolation element are connected to corresponding wires of communication line. EFFECT: simplified design, simplified method for testing. 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к горной электротехнике и может быть использовано в аппаратуре управления для контроля датчиков, где требуется контроль состояния линии. The invention relates to mining electrical engineering and can be used in control equipment for monitoring sensors, where line status monitoring is required.

Современная аппаратура управления на конвейерном транспорте состоит, как правило, из нескольких функциональных узлов: узла сопряжения и контроля линии связи и датчиков, блока управления и сервисных узлов [1] . Узел сопряжения и контроля предназначен для формирования дискретного сигнала, сигнализирующего о состоянии контролируемой линии связи или датчиков. Modern control equipment on conveyor transport consists, as a rule, of several functional units: a pairing and monitoring unit for a communication line and sensors, a control unit and service units [1]. The interface and control unit is designed to generate a discrete signal signaling the state of the monitored communication line or sensors.

В настоящее время узлы сопряжения и контроля строятся на аналоговом способе. Данный способ основан на сравнении амплитуды сигнала, поступившей из линии связи, с эталонной величиной, заданной непосредственно в устройстве. Наличие в контролируемой линии связи изменяющегося сопротивления шлейфа, активных и емкостных утечек приводит к большим аппаратным затрата для обеспечения надежного функционирования аппаратуры. Currently, the interface and control nodes are built on an analogue method. This method is based on comparing the amplitude of the signal received from the communication line with a reference value set directly in the device. The presence in the controlled communication line of varying loop resistance, active and capacitive leaks leads to high hardware costs to ensure reliable operation of the equipment.

В настоящее время аппаратура управления конвейерным транспортом должна контролировать большое количество датчиков, как технологических, так и аварийных, обеспечивающих безопасность при эксплуатации конвейерного транспорта. Количество таких датчиков может достигать нескольких десятков. В дальнейшем предполагается рост их количества из-за ввода новых датчиков для более детального контроля состояния конвейера. Поэтому невозможно при разработке новой аппаратуры управления использовать традиционные узлы сопряжения и контроля из-за их сложности и громоздкости, так как их использование вызывает значительно увеличение стоимости аппаратуры, ее габаритов и ведет к снижению надежности ее работы. В связи с вышеизложенным при разработке аппаратуры управления на базе микропроцессорной техники возникла задача упрощения узлов сопряжения и контроля, что можно достичь решением основных функций узла в блоке управления при обработке поступившего сигнала не в аналоговом виде, а в цифровом. Наиболее близким по технической сущности к заявленному способу является способ [2] , основанный на передаче по линии связи выпрямленного однополупериодного напряжения, при формировании из которого импульсов, соответствующих состоянию датчиков, контроль импульсов осуществляют путем сравнения сформированных импульсов с эталонными и формируют по результатам сравнения команды управления. Currently, conveyor control equipment must control a large number of sensors, both technological and emergency, ensuring safety during operation of the conveyor transport. The number of such sensors can reach several tens. In the future, they are expected to increase in number due to the introduction of new sensors for more detailed control of the conveyor. Therefore, it is impossible to use traditional interfaces and control units when developing new control equipment because of their complexity and cumbersomeness, since their use causes a significant increase in the cost of the equipment, its dimensions and reduces the reliability of its operation. In connection with the foregoing, when developing control equipment based on microprocessor technology, the problem arose of simplifying the interface and control nodes, which can be achieved by solving the basic functions of the node in the control unit when processing the received signal not in analog form, but in digital. The closest in technical essence to the claimed method is the method [2], based on the transmission through the communication line of the rectified half-wave voltage, during the formation of which pulses corresponding to the state of the sensors, the pulses are controlled by comparing the generated pulses with the reference ones and forming control commands .

Наиболее близким по технической сущности к данному устройству является устройство [3] , содержащее двухпроводную линию связи, на одном конце которой подключены диод и контакт датчика, на другом - источник переменного напряжения, блок контроля и формирования команд и исполнительный элемент. The closest in technical essence to this device is a device [3] containing a two-wire communication line, at one end of which a diode and a sensor contact are connected, at the other - an AC voltage source, a control and command unit, and an actuator.

В данном способе в качестве эталонной величины используется временная уставка - длительность импульса Т. Кроме того, для создания коэффициента возврата, чтобы устранить дребезг при изменении состояния линии, заданы две временные уставки: одна на включение Т₁, другая на выключение Т₂.In this method, the time setting is used as a reference value - the pulse duration T. In addition, to create a return coefficient, to eliminate bounce when the line status changes, two time settings are set: one to turn on T ₁ , the other to turn off T ₂ .

Реализовать данный способ на практике можно различно. В настоящее время аппаратура управления строится на базе микропроцессорной техники, поэтому контроль длительности и частоты импульсов, поступивших из формирователя импульсов, необходимо возложить на модуль управления. В данном устройстве это приводит к значительному упрощению узла сопряжения линии связи с модулем управления и функции узла сопряжения в основном сведены только к гальванической развязке. Устройство, контролирующее линию связи предлагаемым способом, можно построить на интегральных микросхемах ("жесткой" логике). В данном случае счетчики фиксировали бы заданную длительность поступившего импульса и выдавали дискретные сигналы в модуль управления, сигнализирующие о состоянии линии связи и датчиков. В этом устройстве узел сопряжения и контроля значительно сложнее, так как в его функции входят контроль и полный анализ импульсов, поступивших из линии связи, в то время как модуль управления только принимает решение. Implement this method in practice can be different. Currently, the control equipment is built on the basis of microprocessor technology, so the control of the duration and frequency of the pulses received from the pulse shaper must be assigned to the control module. In this device, this leads to a significant simplification of the interface node of the communication line with the control module and the functions of the interface node are mainly reduced only to galvanic isolation. The device that controls the communication line of the proposed method can be built on integrated circuits ("hard" logic). In this case, the counters would record the specified duration of the incoming pulse and give out discrete signals to the control module, signaling the state of the communication line and sensors. In this device, the interface and control unit is much more complicated, since its functions include monitoring and complete analysis of pulses received from the communication line, while the control module only makes a decision.

Сущность способа контроля состояния датчиков и линии связи иллюстрируется фиг. 1; схема устройства показана на фиг. 2. The essence of the method for monitoring the state of sensors and communication lines is illustrated in FIG. 1; a diagram of the device is shown in FIG. 2.

На фиг. 1 1 - напряжение в линии связи, 2-8 импульсы, сформированные на входе устройства, 9 - импульс на выходе устройства. In FIG. 1 1 - voltage in the communication line, 2-8 pulses generated at the input of the device, 9 - pulse at the output of the device.

На фиг. 2 10 - линия связи, 11 - датчик, содержащий размыкающий контакт 12, включенный последовательно с выпрямительным диодом 13, 14 - линии связи, 15 - источник переменного напряжения (трансформатор), 16 - формирователь длительности импульсов, 17 - элемент гальванической развязки, 18 - блок контроля и формирования команд, 19 - элемент сопряжения, 20 - исполнительный элемент, 21 - элемент индикации. In FIG. 2 10 - communication line, 11 - a sensor containing an NC contact 12, connected in series with a rectifying diode 13, 14 - communication lines, 15 - an alternating voltage source (transformer), 16 - pulse width shaper, 17 - galvanic isolation element, 18 - control and command generation unit, 19 — interface element, 20 — executive element, 21 — indication element.

Сущность способа и работа устройства, предназначенного для его реализации, заключаются в следующем. The essence of the method and the operation of the device intended for its implementation are as follows.

Полуволна напряжения, снимаемого с трансформатора 15, поступает в линию 10 связи и через нормально закрытый контакт 12 датчика и вторую линию 14 связи на формирователь 16 длительности импульсов, в котором импульс напряжения, зависящий от сопротивления шлейфа линий 10, 14, преобразуется в импульс длительностью, зависящей от состояния линии (чем меньше сопротивление шлейфа линии, тем больше длительность и наоборот). В блоке 18 контроля и формирования команд задается уставка на включение Т₁, которая сравнивается с длительностью преобразованных в формирователе 16 импульсов. Если длительность полученного импульса 2 меньше Т₁, то устройство воспринимает состояние датчика 11 как отключенное, если длительность импульса 3 больше Т₁, то блок 18 контроля и формирования команд воспринимает его как срабатывание датчика 11, одновременно задавая уставку на отключение Т₂, теперь все последующие импульсы сравниваются с Т₂ (отношение Т₂/Т₁ - коэффициент возврата). Устройство воспринимает включенное состояние датчика до тех пор, пока длительность импульса будет больше Т₂ (импульс 4). Как только появится импульс 5, длительность которого меньше Т₂, устройство воспринимает это как выключение датчика 11 и блок 18 контроля и формирования команд задает уставку Т₁ на включение. В устройстве также осуществляется самоконтроль линии связи, т. е. при ее повреждении формируется сигнал удвоенной частоты (импульсы 7,8), который воспринимается как аварийный и блок 18 контроля и формирования команд, в котором происходят все вычисления и логическая обработка результатов, производит отключение исполнительного элемента 20. При обрыве линии 10, 14 связи происходит ситуация, аналогичная выключению датчика.The half-wave of the voltage taken from the transformer 15 enters the communication line 10 and, via a normally closed contact 12 of the sensor and the second communication line 14, to the pulse shaper 16, in which the voltage pulse, depending on the resistance of the loop of lines 10, 14, is converted into a pulse of duration depending on the state of the line (the less the resistance of the line loop, the longer the duration and vice versa). In block 18 of the control and formation of commands, a setting for the inclusion of T ₁ is set, which is compared with the duration of the pulses converted in the shaper 16. If the duration of the received pulse 2 is less than T ₁ , then the device perceives the state of the sensor 11 as disabled, if the duration of the pulse 3 is greater than T ₁ , then the control unit 18 generates it as a response of the sensor 11, at the same time setting the setting for turning off T ₂ , now everything subsequent pulses are compared with T ₂ (the ratio of T ₂ / T ₁ - return coefficient). The device perceives the on state of the sensor until the pulse duration is greater than T ₂ (pulse 4). As soon as a pulse 5 appears, the duration of which is less than T ₂ , the device perceives this as turning off the sensor 11 and the unit 18 for monitoring and generating commands sets the setting T ₁ for inclusion. The device also carries out self-monitoring of the communication line, that is, when it is damaged, a double frequency signal is generated (pulses 7.8), which is perceived as an emergency signal and the unit 18 for monitoring and generating commands, in which all calculations and logical processing of the results occur, disconnects the actuating element 20. When the communication line 10, 14 breaks, a situation similar to turning off the sensor occurs.

На фиг. 2 сигнал поступает из контролируемой линии связи на формирователь 16 длительности импульсов 16 через элемент 17 гальванической развязки, состоящий из оптопар 22, 23, токоограничительного резистора 24, диодов 25, 26, защищающих транзисторы 27, 28 и оптопары 22, 23 от обратной полярности, резисторов 29-32. Оптопары 22, 23 обеспечивают гальваническую развязку входа блока 18 контроля и формирования команд и выхода формирователя 16 длительности импульсов. In FIG. 2, the signal comes from the controlled communication line to the pulse shaper 16 of the pulse width 16 through the galvanic isolation element 17, consisting of optocouplers 22, 23, current limiting resistor 24, diodes 25, 26 protecting transistors 27, 28 and optocouplers 22, 23 from reverse polarity, resistors 29-32. Optocouplers 22, 23 provide galvanic isolation of the input of the block 18 for monitoring and generating commands and the output of the driver 16 of the pulse duration.

Формирователь 16 длительности импульсов, предназначенный для преобразования сигнала, поступившего из контролируемой линии связи, в длительность импульса, выполнен на транзисторах 27, 28, к базам которых через помехозащитную RС-цепь 33, 34 подключена линия 14 связи. Порог срабатывания транзисторных ключей устанавливается цепочкой, состоящей из стабилитронов 35, 36 и резисторов 27, 28. Длительность сформированного импульса зависит от сопротивления шлейфа линий 10, 14 связи, так как оно составляет длительность с резистором 38, выделенное напряжение на котором прикладывается к последовательно соединенной цепочке, состоящей из двух стабилитронов 35, 36 и параллельно соединенных база - эмиттерных переходов транзисторов 27, 28 с резистором 37. Чем меньше амплитуда сигнала, выделенная на резисторе 38, тем позже открывается транзистор 27 и 28 (в зависимости от полярности), тем меньше длительность сформированных импульсов. The pulse width generator 16, intended for converting the signal received from the monitored communication line to the pulse duration, is made on transistors 27, 28, to the bases of which a communication line 14 is connected via the noise-protective RC circuit 33, 34. The threshold of operation of transistor switches is set by a chain consisting of zener diodes 35, 36 and resistors 27, 28. The duration of the generated pulse depends on the resistance of the loop of communication lines 10, 14, since it is the duration with the resistor 38, the selected voltage on which is applied to the series-connected chain consisting of two zener diodes 35, 36 and parallel connected base - emitter junctions of transistors 27, 28 with resistor 37. The smaller the signal amplitude allocated to resistor 38, the later it opens The transistor 27 and 28 (depending on the polarity), the shorter the duration of the generated pulses.

Блок 18 контроля и формирования команд задает уставки на включение и отключение устройства, вычисляет длительность сформированных импульсов, поступающих на его вход через элемент 17 гальванической развязки, выполняет логическую обработку результатов, вычислений, выдает команды на включение или отключение исполнительного элемента 20 согласно программе. Блок контроля и формирование команд состоит из однокристалльной микроЭВМ 39 с внутренним ПЗУ команд, кварцевого резистора 40, конденсаторов 41-43. Unit 18 for monitoring and generating commands sets the settings for switching the device on and off, calculates the duration of the generated pulses arriving at its input through the galvanic isolation element 17, performs logical processing of the results, calculations, issues commands to enable or disable the actuating element 20 according to the program. The control unit and the formation of commands consists of a single-crystal microcomputer 39 with an internal ROM of commands, a quartz resistor 40, capacitors 41-43.

Элемент 19 сопряжения служит для согласования выхода микроЭВМ блока 18 контроля и формирования команд с исполнительным элементом 20 и элементом 21 индикации и содержит транзисторные ключи 44-46 и токоограничительные резисторы 47-49. The interface element 19 serves to coordinate the output of the microcomputer of the control and control unit 18 with the actuating element 20 and the indication element 21 and contains transistor switches 44-46 and current-limiting resistors 47-49.

Исполнительный элемент 20 содержит реле 50, включенное через транзисторный ключ на выход блока 18 контроля и формирования команд. Контакт 51 реле 50 подключается к объекту управления. The actuating element 20 comprises a relay 50 connected through a transistor switch to the output of the control and command unit 18. Contact 51 of relay 50 is connected to the control object.

Элемент 21 индикации содержит светодиод 52, информирующий о выключении датчика 11, светодиод 53, информирующий о наличии в линиях 10, 14 связи короткого замыкания, токоограничительные резисторы 54, 55. The indication element 21 includes an LED 52 informing about the shutdown of the sensor 11, an LED 53 informing about the presence of a short circuit in the communication lines 10, 14, current limiting resistors 54, 55.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

При разомкнутых контактах 12 датчика 11 полуволна положительной полярности с обмотки трансформатора 15 не создает падение напряжения на резисторе 38, поэтому транзистор 28 закрыт, выходной сигнал формирователя 16 отсутствует, контакт 51 реле 50 разомкнут, блокируя тем самым работу объекта управления. При замыкании контакта 12 положительная полуволна создает падение напряжения на резисторе 38 величины, достаточной для пробоя стабилитрона 35 и отпирания транзистора 28, что вызывает срабатывание приемной части оптопары 23 и формирование импульсов, длительность которых равна времени открытого состояния транзистора 28. Импульс поступает на вход микроЭВМ 39. После анализа длительности, которая зависит от сопротивления шлейфа линий 10, 14 связи и параметров элементов формирователя 16, микроЭВМ принимает решение. Если реле 50 включено и длительность импульса больше установки на отключение Т₂, то оно останется включенным, если длительность импульса меньше Т₂, то реле 50 выключается и загорается светодиод 52, информирующий о выключении датчика 11.When the contacts 12 of the sensor 11 are open, the half-wave of positive polarity from the winding of the transformer 15 does not create a voltage drop across the resistor 38, so the transistor 28 is closed, the output signal of the driver 16 is absent, the contact 51 of the relay 50 is open, thereby blocking the operation of the control object. When the contact 12 is closed, the positive half-wave creates a voltage drop across the resistor 38 of a magnitude sufficient for breakdown of the zener diode 35 and unlocking of the transistor 28, which causes the receiving part of the optocoupler 23 to form and pulses are generated whose duration is equal to the open state time of the transistor 28. The pulse is fed to the input of the microcomputer 39 After analyzing the duration, which depends on the loop resistance of the communication lines 10, 14 and the parameters of the elements of the shaper 16, the microcomputer makes a decision. If the relay 50 is turned on and the pulse duration is longer than the setting for turning off T ₂ , then it will remain on, if the pulse duration is less than T ₂ , then the relay 50 turns off and the LED 52 lights up, indicating that the sensor 11 is turned off.

Если реле 50 включено, а длительность поступающего импульса больше уставки на включение Т₁, то реле 50 включается, давая тем самым разрешение на работу объекта управления. При замыкании линий 10, 14 связи или очень большой утечке в них, на вход формирователя 16 проникает как положительная, так и отрицательная полуволна с обмотки трансформатора 15, что вызывает поочередное отпирание транзисторов 27, 28 и удвоение частоты выходного сигнала формирователя 16. МикроЭВМ 39 отключает реле 50, включает светодиод 52, информирующий о наличии в линиях 10, 14 короткого замыкания.If the relay 50 is turned on, and the duration of the incoming pulse is greater than the setting for the inclusion of T ₁ , then the relay 50 is turned on, thereby giving permission to operate the control object. When the communication lines 10, 14 are closed or there is a very large leak in them, the positive and negative half-waves from the winding of the transformer 15 penetrate the input of the shaper 16, which causes the transistors 27, 28 to be unlocked in turn and the output signal of the shaper 16 doubled. The microcomputer 39 turns off the relay 50 includes an LED 52 informing about the presence of a short circuit in the lines 10, 14.

Claims

1. A method for monitoring remote sensors, which consists in transmitting a rectified half-wave voltage via a communication line, from which pulses are generated that correspond to the state of the sensors, the pulses are controlled by comparing the generated pulses with the reference ones and generating control commands based on the results of comparison, characterized in that when the state is on sensors form a sequence of pulses of one duration, when disabled - of a different duration, and when monitoring, compare the duration of Baths pulses with the reference time slots.

2. A device for monitoring remote sensors, comprising a two-wire communication line, at one end of which a rectifying diode and a sensor contact are connected in series, at the other end an alternating voltage source connected to the wires of the communication line, a control and command unit, and an actuating element, characterized in that , in order to simplify the device and increase functional reliability, a shaper of pulse duration, an element of galvanic isolation, an indication element, an interface element, an output and the additional element is the output of the device and is combined with one output of the indication element, the second output of which and the input of the actuating element are connected via the interface element to the output of the control and command unit, the inputs of which are connected through the galvanic isolation element with the corresponding conclusions of the pulse width former, whose input and input galvanic isolation elements are connected to the corresponding wires of the communication line.