RU2022369C1

RU2022369C1 - Device for data reception and transmission along two-wire communication line

Info

Publication number: RU2022369C1
Authority: RU
Inventors: С.В. Балакин; А.С. Сичовый
Original assignee: Головное конструкторское бюро научно-производственного объединения "Энергия" им.акад.С.П.Королева
Priority date: 1991-07-05
Filing date: 1991-07-05
Publication date: 1994-10-30

Abstract

FIELD: data-measurement technology. SUBSTANCE: two-wire line, power supply, voltage detector, transmitting section and specific number of receiving units are brought into the device. Any receiving unit has two univibrators and OR gate. Inputs of the latter are connected with outputs of univibrators. Input of one univibrator is connected with output of command decoder; input of the other univibrator is connected with the second output of address former. Output of OR gate is connected to input of optical decoupling member. Actuating element is energized by pulse current, transmitted along two-wire line. Power consumption may be reduced when the invention is used in electric automatic system of propulsive assembly of flying vehicle due to the fact that armature of electromagnet of actuating elements is sustained at operating position by pulses. Duration of these current pulses sets mean current being sufficient for sustaining electromagnet in position of operation. EFFECT: reduced power consumptions. 3 dwg

Description

Изобретение относится к информационно-измерительной технике и может служить основой при построении систем сбора информации о работающих электропотребителях, рассредоточенных по силовой цепи постоянного напряжения, в которых проводники питания используются в качестве информационного канала связи. The invention relates to information-measuring equipment and can serve as the basis for the construction of systems for collecting information about working electric consumers dispersed over a constant voltage power circuit in which power conductors are used as an information communication channel.

Известно устройство для передачи сигналов по силовой электрической сети [1] , содержащее передающую часть, принимающий комплект и двухпроводную линию связи между ними (провод фазы и нулевой провод). Передающая часть, содержащая датчик фазы, формирователи импульсов, кодирующее устройство, ограничительный элемент, формирует кодо-модулированный сигнал в положительный полупериод напряжения промышленной частоты и передает ее в принимающий комплект, содержащий селектор сигналов, амплитудный селектор, коммутирующий элемент, цифроаналоговый преобразователь, преобразователь кода, дешифратор и исполнительный элемент. A device for transmitting signals over a power electric network [1], containing a transmitting part, a receiving set and a two-wire communication line between them (phase wire and neutral wire). A transmitting part containing a phase sensor, pulse shapers, an encoder, a limiting element generates a code-modulated signal into a positive half-period of the industrial frequency voltage and transmits it to a receiving set containing a signal selector, an amplitude selector, a switching element, a digital-to-analog converter, a code converter, decoder and actuator.

К недостаткам известного устройства следует отнести необходимость его работы только от сети переменного тока, что ограничивает его применение в автономном варианте, в частности в электроавтоматике двигательных установок летательных аппаратов. Устройство управляет исполнительным элементом не в импульсном режиме, за счет чего увеличиваются его энергозатраты. Известно устройство, реализующее способ передачи данных по проводнику сети постоянного тока [2] . Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство передачи и приема информации по двухпроводной линии связи [3] . Существенным для прототипа является то, что параллельный код в приемной части преобразуется в синхронизированную последовательность, затем в сигналы постоянного тока, которые в контуре, образованном первым проводом линии связи, преобразователем напряжения в сигналы постоянного тока, вторым проводом линии связи, датчиком напряжения и источником тока, преобразуются в сигналы напряжения. Сигналы напряжения на уровне напряжения питания устройства передаются к приемным узлам, которые усиливают, преобразуют, реализуют избирательный способ приема команд и управляют исполнительным элементом. The disadvantages of the known device include the need for its operation only from the AC network, which limits its use in the stand-alone version, in particular in the electrical automation of propulsion systems of aircraft. The device controls the actuator not in a pulsed mode, due to which its energy consumption increases. A device that implements a method of transmitting data through the conductor of a DC network [2]. The closest in technical essence to the invention is a device for transmitting and receiving information over a two-wire communication line [3]. It is essential for the prototype that the parallel code in the receiving part is converted into a synchronized sequence, then into DC signals, which are in the circuit formed by the first wire of the communication line, the voltage to DC signal converter, the second wire of the communication line, voltage sensor and current source are converted to voltage signals. Voltage signals at the device supply voltage level are transmitted to the receiving nodes, which amplify, transform, implement the selective method of receiving commands and control the actuator.

Недостатком прототипа является высокое энергопотребление устройства при запитке исполнительного элемента через двухпроводную линию связи. В частности, при запитке электроклапана двигательной установки ток срабатывания электромагнита в среднем вдвое-втрое выше тока удержания якоря электромагнита в сработанном положении, чем объясняется высокое энергопотребление сработанного электромагнита клапана в режиме удержания. The disadvantage of the prototype is the high power consumption of the device when powering the actuator through a two-wire communication line. In particular, when powering the electric valve of the propulsion system, the response current of the electromagnet is on average two to three times higher than the current holding the armature of the electromagnet in the actuated position, which explains the high power consumption of the actuated valve magnet in the holding mode.

Целью изобретения является снижение энергозатрат устройства. The aim of the invention is to reduce the energy consumption of the device.

На фиг.1 представлена функциональная схема устройства передачи и приема информации по двухпроводной линии связи; на фиг.2 - диаграмма функционирования устройства; на фиг.3 - эквивалентная электрическая схема включения исполнительного элемента 27, в качестве которого использован электроклапан двигательной установки летательного аппарата. Figure 1 presents a functional diagram of a device for transmitting and receiving information on a two-wire communication line; figure 2 is a diagram of the operation of the device; figure 3 is an equivalent circuit diagram of the inclusion of the actuating element 27, which is used as an electrovalve of the propulsion system of the aircraft.

Устройство содержит проводники 1, 2 двухпроводной линии связи, источник 3 питания, датчик 4 напряжения, передающую часть и определенное число приемных узлов. Передающая часть содержит генератор 5 тока, подключенный к проводникам линии связи, в нагрузку которого включены стабилизатор 6 напряжения и последовательно соединенные шифратор 7 команд, преобразователь 8 параллельного кода в последовательный, формирователь 9 синхроимпульсов, делитель 10 напряжения, преобразователь 11 напряжения в сигналы постоянного тока, выход которого подключен к проводу 2 линии связи. Приемный узел содержит генератор 12 тока, подключенный к проводам линии связи, в нагрузку которого включен стабилизатор 13 напряжения и последовательно включенные согласующий фильтр 14, усилитель 15 напряжения, селектор 16 синхроимпульсов, преобразователь 17 последовательного кода в параллельный, формирователь 18 адресов, элемент 19 сравнения, дешифратор 20 команд, одновибраторы 21, 22, элемент ИЛИ 23, элемент 24 оптической развязки, усилитель 25 тока, трансформатор, элемент 26 коммутации, в нагрузку которого включен исполнительный элемент 27. The device contains conductors 1, 2 of a two-wire communication line, a power source 3, a voltage sensor 4, a transmitting part and a certain number of receiving nodes. The transmitting part comprises a current generator 5 connected to the conductors of the communication line, the load of which includes a voltage stabilizer 6 and serially connected encoder 7 commands, a parallel to serial code converter 8, a clock generator 9, a voltage divider 10, a voltage to DC signal converter 11, the output of which is connected to the wire 2 of the communication line. The receiving node contains a current generator 12 connected to the wires of the communication line, the load of which includes a voltage stabilizer 13 and a matching filter 14, a voltage amplifier 15, a clock selector 16, a serial to parallel converter 17, an address generator 18, a comparison element 19, command decoder 20, single vibrators 21, 22, OR element 23, optical isolation element 24, current amplifier 25, transformer, switching element 26, into the load of which the actuating element 27 is included.

Изобретение иллюстрируется следующим примером конкретного исполнения. Источник 3 питания через датчик 4 напряжения обеспечивает запитку постоянным током передающую часть и требуемое число приемных узлов. Генератор 5 тока, в нагрузку которого включены блоки с 6 по 11, образующие передающую часть, обеспечивает ей стабильный ток питания, стабилизатор 6 напряжения обеспечивает стабильное напряжение в нагрузке генератора 5 тока. Аналогичное структурное исполнение приемных узлов в плане включения генератора 12 тока и стабилизатора 13 напряжения объясняется вышеописанным. Шифратор 7 команд выдает команду на управление исполнительным элементом в виде п-разрядного параллельного кода, который поступает в преобразователь 8 параллельного кода в последовательный. Последовательный код поступает в формирователь 9 синхроимпульсов для наполнения кода синхроимпульсами. Синхронизированный последовательный код через делитель 10 напряжения поступает в преобразователь 11 напряжения в сигналы постоянного тока, где осуществляется преобразование напряжения в сигналы постоянного тока, которые формируются в контуре, образованном источником 3 напряжения, датчиком 4 напряжения, проводом 1, преобразователем 11 напряжения в сигналы постоянного тока и проводом 2. Сигналы постоянного тока на датчике 4 напряжения преобразуются в сигналы напряжения на уровне постоянного напряжения питания устройства. Преобразованный таким образом последовательный код в виде переменной составляющей напряжения на уровне постоянного напряжения питания передается по проводам линии связи к приемным узлам. Передаваемый код принимают все приемные узлы устройства, которые через согласующий фильтр 14 передают его в усилитель 15 напряжения. Усиленный код поступает в селектор 16 синхроимпульсов для выделения синхропоследовательности, после чего выделенная синхропоследовательность и усиленный последовательный код поступают в преобразователь 17 последовательного кода в параллельный. Формирователь 18 адресов обеспечивает реализацию избирательного способа приема команд управления, основанного на выдаче адресов-кодов, строго соответствующих конкретному приемному узлу. Таким образом, параллельный код с выходов преобразователя 17 последовательного кода в параллельный поступает на входы первой группы элемента 19 сравнения, а с первых выходов формирователя 18 адресов поступает параллельный код на входы второй группы элемента сравнения. Формирователь 18 адресов периодически генерирует коды на включение или выключение исполнительного элемента. Сравнение кодов в элементе 19 сравнения является условием формирования последним команды в дешифратор 20 команд, которые связаны между собой двумя входами-выходами, одним на включение исполнительного элемента, другим на выключение. Дешифратор команд, в качестве которого может быть использован триггер, формирует команду в виде потенциального сигнала, который поступает на входы одновибраторов 21, 22 (фиг. 2а). Блоки с 21 по 26 реализуют способ запитки исполнительного элемента 27 импульсным током. The invention is illustrated by the following specific embodiment. The power source 3 through the voltage sensor 4 provides DC power to the transmitting part and the required number of receiving nodes. A current generator 5, into the load of which the blocks 6 to 11 are included, which form the transmitting part, provides it with a stable supply current, a voltage stabilizer 6 provides a stable voltage in the load of the current generator 5. A similar structural design of the receiving nodes in terms of turning on the current generator 12 and the voltage stabilizer 13 is explained above. The encoder 7 commands issues a command to control the actuating element in the form of a n-bit parallel code, which is received in the converter 8 of the parallel code in serial. The serial code is supplied to the generator 9 clock pulses for filling the code with clock pulses. The synchronized serial code through the voltage divider 10 enters the voltage converter 11 into DC signals, where the voltage is converted to DC signals, which are generated in the circuit formed by the voltage source 3, voltage sensor 4, wire 1, voltage converter 11 to DC signals and wire 2. The DC signals on the voltage sensor 4 are converted into voltage signals at the level of the DC voltage of the device. The serial code thus transformed in the form of an alternating voltage component at the level of a constant supply voltage is transmitted through the wires of the communication line to the receiving nodes. The transmitted code is received by all receiving nodes of the device, which, through the matching filter 14, transmit it to the voltage amplifier 15. The amplified code is supplied to the clock selector 16 to select the sync sequence, after which the selected sync sequence and the amplified serial code are sent to the serial code converter 17 in parallel. Shaper 18 addresses provides an implementation of the selective method of receiving control commands based on the issuance of address codes that strictly correspond to a specific receiving node. Thus, the parallel code from the outputs of the serial code converter 17 to the parallel is supplied to the inputs of the first group of the comparison element 19, and the parallel code is sent from the first outputs of the address generator 18 to the inputs of the second group of the comparison element. Shaper 18 addresses periodically generates codes to enable or disable the actuator. Comparison of codes in the comparison element 19 is a condition for the formation of the last command in the decoder 20 commands, which are interconnected by two inputs / outputs, one to turn on the actuator, the other to turn off. The decoder commands, which can be used as a trigger, generates a command in the form of a potential signal, which is fed to the inputs of one-shots 21, 22 (Fig. 2A). Blocks 21 to 26 implement a method of powering the actuator 27 with a pulse current.

Смысл реализации управления исполнительным элементом 27 импульсным током заключается в следующем. Исполнительный 27 элемент, в качестве которого использован электроклапан двигательной установки, подключается через выходной транзистор элемента 26 коммутации к источнику тока. Якорь электромагнита клапана при токе срабатывания 1,5-2 А перемещается в другое положение, в котором его нужно удержать током меньшей величины. Для этого после срабатывания якоря электромагнита нужно либо выходной транзистор элемента 26 коммутации перевести в активную область с целью ограничения тока в обмотке электромагнита, либо перевести выходной транзистор в ключевой режим и импульсами тока задать средний ток, достаточный для удержания якоря электромагнита. Перевод выходного транзистора элемента коммутации в активную область невыгоден, так как на внутреннем сопротивлении транзистора будут потери, выделяемые в тепло. Целесообразно удерживать якорь электромагнита в рабочем положении импульсами тока, длительностью которых устанавливать средний ток, достаточный для удержания якоря электромагнита в положении срабатывания. The meaning of the implementation of the control of the actuating element 27 by a pulsed current is as follows. The Executive 27 element, which is used as an electric valve of the propulsion system, is connected through the output transistor of the switching element 26 to the current source. The armature of the valve electromagnet at a trip current of 1.5-2 A moves to another position in which it needs to be held by a current of a smaller value. To do this, after the electromagnet armature is triggered, either the output transistor of the switching element 26 should be transferred to the active region in order to limit the current in the electromagnet winding, or the output transistor should be switched to key mode and the current pulses should be set to the average current sufficient to hold the magnet armature. Translation of the output transistor of the switching element into the active region is disadvantageous, since there will be losses to the internal resistance of the transistor. It is advisable to keep the armature of the electromagnet in working position with current pulses, the duration of which to establish an average current sufficient to hold the armature of the electromagnet in the actuation position.

Блоки с 21 по 26 реализуют способ запитки электроклапана импульсным током следующим образом. Дешифратор команд подает сигнал на вход одновибратора 21 и разрешающий вход одновибратора 22, на вход которого подаются короткие импульсы (фиг. 2б) с второго выхода формирователя 18 адресов. Одновибратор 21 формирует импульс длительностью 0,3 с (фиг. 2в), одновибратор 22 формирует импульсы (фиг. 2г), длительность которых определяет средний ток в обмотке электромагнита клапана. Импульсы с выходов одновибраторов 21, 22 поступают на входы элемента ИЛИ 23, с выхода которого импульсы (фиг. 2д) через элемент 24 оптической развязки поступают на вход усилителя 25 тока, в качестве которого использован статический преобразователь тока. С выхода усилителя 25 тока сигналы управления через трансформатор поступают в элемент 26 коммутации. Blocks 21 to 26 implement a method of powering a solenoid valve with pulsed current as follows. The command decoder provides a signal to the input of the single-shot 21 and the enable input of the single-shot 22, to the input of which short pulses (Fig. 2b) are supplied from the second output of the address generator 18. The one-shot 21 forms a pulse with a duration of 0.3 s (Fig. 2B), the one-shot 22 generates pulses (Fig. 2d), the duration of which determines the average current in the winding of the valve solenoid. The pulses from the outputs of the one-shots 21, 22 are fed to the inputs of the OR 23 element, from the output of which pulses (Fig. 2e) through the optical isolation element 24 are fed to the input of the current amplifier 25, which is used as a static current transducer. From the output of the current amplifier 25, the control signals through a transformer enter the switching element 26.

Практика управления автоматикой двигательной установки летательного аппарата показывает, что для надежного ее функционирования необходима гальваническая развязка кодо-преобразующих узлов от элемента коммутации. С этой целью в устройство введен усилитель 25 тока, который обеспечивает через элемент оптической развязки и трансформаторную связь гальваническую развязку между кодо-преобразующим узлом и элементом коммутации. Элемент 26 коммутации осуществляет управление электроклапаном следующим образом. The practice of controlling the automation of a propulsion system of an aircraft shows that its reliable operation requires galvanic isolation of the code-converting nodes from the switching element. For this purpose, a current amplifier 25 is introduced into the device, which provides galvanic isolation between the code-converting unit and the switching element through an optical isolation element and transformer coupling. The switching element 26 controls the electrovalve as follows.

На фиг.3 представлена эквивалентная электрическая схема включения исполнительного элемента, в качестве которого использован электроклапан двигательной установки: где 3 - источник тока, 4 - датчик напряжения, VT - выходной транзистор элемента 26 коммутации, R_эк и L_эк - активное и индуктивное сопротивления обмотки электромагнита клапана 27, VД1, VД2, R - диод, стабилитрон и резистор цепи искрогашения. На диаграмме е фиг.2 представлена характеристика изменения тока, коммутируемого устройством, при управлении электроклапаном, где t_ср - время срабатывания электромагнита клапана, определяемое как сумма t_тр (время трогания якоря) и t_дв (время движения якоря); i_тр - ток обмотки, при котором начинается движение якоря, I_у - установившееся значение тока, I_уд - ток удержания якоря электроклапана. На базу выходного транзистора VT элемента 26 коммутации подается управляющее напряжение (фиг. 2д). Первый импульс длительностью около 0,3 с, сформированный одновибратором 21, предназначен для включения электроклапана. В этом случае ток изменяется в соответствии с диаграммой е фиг.2, участок ожз, причем на участке ож по закону
i(t)= I

1-e

, где Т - постоянная времени цепи, а на участке жз по закону
i(t)= I_удe

+I

1-e

, где Т₁ - постоянная времени цепи с измененной индуктивностью после изменения положения якоря. По окончании первого импульса на базу выходного транзистора поступает серия коротких импульсов, формируемых одновибратором 22 и предназначенных для формирования среднего тока, достаточного для удержания якоря электроклапана. В этом случае ток изменяется согласно диаграмме е фиг.2, участок зи. В скважность между импульсами ток i₁ в обмотке электроклапана уменьшается по экспоненциальному закону, протекая по цепи: индуктивность L_эк - резистор R_эк электроклапана 27, резистор R - стабилитрон VД2 - диод VД1 (фиг.3). В импульсе - ток i₂ в обмотке электроклапана экспоненциально возрастает, протекая по цепи: плюс источника 3 тока - провод 1 линии связи - индуктивность L_эк - резистор R_эк - коллектор - эмиттер транзистора VT - провод 2 линии связи - датчик 4 напряжения - минус источника 3 тока и т.д. Таким образом, длительностью импульсов в обмотке электроклапана устанавливается ток, достаточный для удержания якоря в сработанном положении. По получении приемным узлом команды на закрытие электроклапана дешифратор команд снимает потенциальный сигнал с разрешающего входа одновибратора (фиг.2а), тем самым блокирует подачу серии импульсов к элементу 26 коммутации. Ток в обмотке электроклапана экспоненциально уменьшается до нуля, якорь электроклапана переходит в исходное положение, что соответствует его закрытому состоянию.Figure 3 presents the equivalent electrical circuit for activating the actuating element, which is used for the electric valve of the propulsion system: where 3 is the current source, 4 is the voltage sensor, VT is the output transistor of the switching element 26, R _ec and L _ec are the active and inductive winding resistances valve solenoid 27, VD1, VD2, R - diode, zener diode and spark suppression resistor. The diagram e of figure 2 presents the characteristic change in the current switched by the device when controlling an electrovalve, where t _cf is the response time of the valve electromagnet, defined as the sum of t _tr (time of moving the armature) and t _dv (time of movement of the armature); i _tr is the winding current at which the movement of the armature begins, I _y is the steady-state current value, I _beats is the holding current of the solenoid valve armature. At the base of the output transistor VT of the switching element 26, a control voltage is supplied (Fig. 2e). The first pulse with a duration of about 0.3 s, formed by a single-shot 21, is designed to turn on the solenoid valve. In this case, the current changes in accordance with diagram e of FIG.
i (t) = I

1st

, where T is the time constant of the circuit, and in the section
i (t) = I _beats e

+ I

1st

where T ₁ is the time constant of the circuit with a changed inductance after changing the position of the armature. At the end of the first pulse, a series of short pulses are generated at the base of the output transistor, formed by a single-shot 22 and designed to generate an average current sufficient to hold the solenoid valve armature. In this case, the current changes according to diagram e of FIG. 2, section z. In the duty cycle between pulses, the current i ₁ in the solenoid winding decreases exponentially, flowing along the circuit: inductance L _ek - resistor R _ek solenoid valve 27, resistor R - zener diode VD2 - diode VD1 (Fig. 3). In the pulse, the current i ₂ in the solenoid winding increases exponentially, flowing along the circuit: plus a current source 3 - wire 1 of the communication line - inductance L _e - resistor R _e - collector - emitter of the transistor VT - wire 2 of the communication line - voltage sensor 4 - minus 3 current source, etc. Thus, the pulse duration in the winding of the solenoid valve sets the current sufficient to hold the armature in the actuated position. Upon receipt by the receiving node of the command to close the solenoid valve, the command decoder removes the potential signal from the enable input of the single-shot (Fig. 2a), thereby blocking the supply of a series of pulses to the switching element 26. The current in the winding of the solenoid valve exponentially decreases to zero, the armature of the solenoid valve goes to its original position, which corresponds to its closed state.

Ток удержания якоря электромагнита, а также время срабатывания различных типов электроклапанов разные, например ток удержания якоря колеблется в пределах 9-500 мА, а время срабатывания 80-500 мс. Для этого в одновибраторах 21 и 22 предусмотрены перед монтажом на двигательную установку регулировки длительностей импульсов, которыми задают электрические параметры управления электроклапанами. The holding current of the armature of the electromagnet, as well as the response time of various types of solenoid valves, are different, for example, the holding current of the armature ranges from 9-500 mA, and the response time is 80-500 ms. To do this, in the single-vibrator 21 and 22 are provided before mounting on the engine installation of pulse duration adjustment, which set the electrical control parameters of the electrovalves.

Claims

DEVICE FOR TRANSMITTING AND RECEIVING INFORMATION ON TWO-WIRED COMMUNICATION LINES, containing transmitting and receiving nodes connected between the wires of the communication line, the transmitting node contains a voltage stabilizer and serially connected command encoder, a parallel code to serial converter, a voltage sync generator and a voltage to DC signal converter, one the power pins of which are connected to the first wire of the communication line, and the other power pins are combined and connected through a current generator with the second wire of the communication line, to which the output of the voltage-to-DC converter is connected, the receiving unit contains a voltage amplifier, a voltage stabilizer, a clock selector and a serial to parallel converter, some of which power leads are connected to the first wire of the communication line, and other power leads combined and through a current generator connected to the second wire of the communication line, the output of the voltage amplifier is connected to the input of the clock selector and the first input of the converter the last code in parallel, the second input of which is connected to the output of the clock selector, characterized in that the transmitting node has a serially connected power source and a voltage sensor connected between the wires of the communication line, and additional receiving nodes, each of which has a switching element and a shaper addresses, comparison element, command decoder, first and second single vibrators, OR element, optical isolation element, current amplifier, one of the latter power leads connected to the first wire two lines of communication, and other power leads connected and through a current generator connected to the second wire of the communication line, which through a matching filter is connected to the input of the voltage amplifier, the output of the serial code converter in parallel is connected to the inputs of the first group of the comparison element, the inputs of the second group of which are connected to the inputs of the address shaper group, the outputs of the comparison element are connected to the inputs of the command decoder, the output of which is connected to the input of the first and first input of the second one-shot, the second input the latter is connected to the output of the address shaper, the outputs of the first and second single vibrators through a series-connected OR element and an optical isolation element are connected to the input of a current amplifier, the output of which is connected via a transformer to a switching element, the first output of which is connected to the second wire of the communication line, the second output is the output each receiving node.