RU2132573C1 - Кодоимпульсное передающее устройство - Google Patents

Abstract

Кодоимпульсное передающее устройство предназначено для контроля за параметрами электрической сети в нормальном и аварийном режимах. В аварийном режиме устройство выдает данные, позволяющие регистрировать (осциллографировать) протекание аварийного процесса. Техническим результатом изобретения является многократное сканирование задатчика каждого измеряемого параметра в течение одного периода напряжения электрической сети, возможность увеличения частоты сканирования измеряемых параметров для повышения качества регистрации аварийных процессов, использование одного датчика для представления нормального и аварийного значений сигналов, определение астрономического (абсолютного) времени возникновения каждого аварийного сигнала независимо от их числа и временных сдвигов между ними, передача как текущих значений измеряемых параметров, так и значений ретроспективных данных, полученных в течение оговоренного времени до появления аварийного сигнала, передача данных по внешнему сигналу вызова, проведение тестового контроля работоспособности. Устройство содержит блоки сопряжения с датчиками, коммутаторы аналоговых сигналов, детектор для регулирования коэффициента передачи измеряемого сигнала в зависимости от его текущего значения. Образованные АЦП коды сравниваются с установленными для каждого измеряемого параметра аварийным и предельным значениями, результаты сравнения с помощью двух буферных реверсионных счетчиков заносятся соответственно в запоминающие устройства. Данные АЦП используются как источники передаваемых устройством данных о предаварийных и текущих значениях измеряемых сигналов. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

Description

Изобретение относится к цифровым системам передачи телеизмерительной информации и предназначено для сжатия передаваемых данных, позволяющих контролировать и регистрировать нормальные и аварийные значения параметров электрической сети.

Для контроля и регистрации нормальных и аварийных значений параметров (токов и напряжений) электрической сети необходимо обеспечить: многократное сканирование (не менее 10 раз) в течение одного периода напряжения электрической сети каждого измеряемого параметра, возможность увеличения частоты сканирования измеряемых параметров для повышения качества регистрации аварийных процессов, использование одного датчика для представления нормального и аварийного значений сигналов, определение моментов возникновения аварийных значений измеряемых параметров по выбегам их отсчетов за установленные пределы, передачу в "реальном времени" текущих значений кодов измеряемых параметров после фиксации любого выбега или по вызову от внешнего устройства, передачу ретроспективных значений измеряемых параметров, которые были получены в течение установленного времени до фиксации аварийного значения, возможность определения абсолютного времени возникновения аварийных сигналов независимо от их числа и взаимных временных сдвигов.

Одновременное выполнение указанных функций позволяет не только контролировать величины измеряемых параметров, но и регистрировать (осциллографировать) протекание аварийного процесса. Возможность реализации оговоренных функций упрощается, если обеспечить сжатие выдаваемых устройством данных за счет сокращения их избыточности.

Известно кодоимпульсное передающее устройство с сокращением избыточности информации (авторское свидетельство N 636657, G 08 C 19/29, бюллетень N 45, 1976, автор Портнов М.Л.), содержащее генератор, АЦП, компаратор текущих и ранее переданных значений измеряемых параметров, формирователь выходных данных, триггеры, элементы И, ИЛИ.

В нем сжатие передаваемых данных достигается за счет выделения и передачи только кодов значений измеряемых параметров, которые отличаются от ранее переданных на величину, не меньшую установленной зоны нечувствительности.

На фиг. 1 представлена структурная схема предложенного устройства, а на фиг. 2а...2г - временные диаграммы, поясняющие работу устройства. Устройство содержит блок 1 сопряжения, включающий по числу датчиков индивидуальные узлы I-I...I-i. В каждый узел введены по две цепочки, содержащие первый 2, второй 3 и третий 4 резисторы, а также первый 5 и второй 6 пороговые элементы - стабилитроны. Цепочки включены между выходом соответствующего датчика и нулевой шиной. Средние точки цепочки являются первым и вторым выходами узла, объединенные, соответственно, в первую 7 и вторую 8 группы сигналов. Выходные сигналы коммутаторов 9 и 10 подключаются к элементу 11 аналоговой памяти и воспринимаются операционным усилителем 12, инвертором 13, компаратором 14 аналоговых сигналов и третьим коммутатором аналоговых сигналов 15. Сигнал от 15 подан на вход АЦП 16, который последовательно преобразует аналоговые сигналы от датчиков в кодовые сигналы. Выходы от АЦП 16 подключены ко входам первого 17 и второго 18 компараторов вместе с сигналами от первого 19 и второго 20 элементов памяти, соответственно, аварийных и предельных значений измеряемых параметров. Для обработки результатов сравнения кодов в устройстве введены элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 21, первый...восьмой элементы И 22...29. Первый 30 и второй 31 реверсивные счетчики воспринимают результаты, полученные в процессе обработки текущих значений измеряемых параметров. Выходные сигналы счетчиков поданы на входы первого 32 и второго 33 дешифраторов, которыми фиксируется переход от нормальных к аварийным и предельным значениям измеряемых параметров. Сигналы от счетчиков 30 и 31 с помощью формирователей на первом 34, втором 35, третьим 36 и четвертом 37 элементах ИЛИ вводятся в первое 38 и второе 39 ОЗУ. Данные о значениях измеряемых параметров, полученных до фиксации аварийных значений (ретроспектива), хранятся в третьем ОЗУ 40, а текущие значения измеряемых параметров - в четвертом ОЗУ 41. Адреса ячеек ОЗУ 40 и 41, в которые записываются или из которых считываются данные, определяются выходными сигналами первого 42 и второго 43 нереверсивных счетчиков. Третий нереверсивный счетчик 44 является формирователем числа циклов сканирования измеряемых параметров после обнаружения первого аварийного сигнала. Данные счетчика 44 используются для определения моментов возникновения первого, второго и всех последующих аварийных сигналов. Четвертым нереверсивным счетчиком 45 подсчитывается время от момента формирования выходного сигнала "запрос" до поступления от внешнего вычислительного устройства (не показанного на фиг. 1) сигнала "управление".

Коммутатор цифровых сигналов 46 подключает к информационным входам ОЗУ 40 кодовые сигналы от АЦП 16 или от счетчика 44, дополненные сигналом от инвертора 14.

Генератор 47 тактовых импульсов определяет временные параметры устройства; сигналы от 47 управляют работой распределителя 48, формирующего стробирующие сигналы, синхронизирующие работу всех узлов устройства. Первый 49, второй 50, третий 51 и четвертый 52 триггеры используются для хранения промежуточных результатов, а также для формирования и приема сигналов, определяющих режим работы устройства. Формирователь импульсов 53 вырабатывает сигналы для установки начального состояния распределителя и для синфазирования работы генератора 47, а элемент И-НЕ 54 - для управления счетчиком 45.

Распределитель 48 может быть реализован, например, на базе двоичного счетчика и дешифратора, элемент памяти 11 - на высокостабильном конденсаторе, коммутаторы 9 и 10 - на микросхемах К561КП2, аналого-цифровой преобразователь 16 - на микросхеме КР572ПВ3, компараторы 17 и 18 - на микросхемах КР1533СП1, реверсивные счетчики 30 и 31 - на микросхемах КР1533ИЕ7, а дешифраторы 32 и 33 - на микросхемах К561КП2. В качестве ОЗУ 38 и 39 могут, например, использоваться микросхемы КМ185ПУ7, а в качестве ОЗУ 40 и 41 - микросхемы К537РУ17. Нереверсивные счетчики 42, 43, 44 и 45 могут выполняться на микросхемах КИ555ИЕ19, а триггеры 49, 50, 51 и 52 - на микросхемах КР1533ТМ2.

На фиг. 1 для упрощения не показываются функционально не используемые входы некоторых элементов. Например, для триггеров 49, 50 и 51 не показан Д-вход, который постоянно подключен к выходу положительного полюса источника питания. Аналогично не показаны входы (выходы) у других элементов приведенной на фиг. 1 схемы, если они не влияют на работу устройства.

При выборе частоты (f) генератора 47 тактовых импульсов учитывается: общее число измеряемых параметров (Ni), требуемое число отсчетов одного и того же измеряемого параметра (N₂) за один период напряжения электрической сети (T_с), число временных интервалов (j), на которые разделяется один период времени, в течение которого получается один отсчет измеряемого параметра и производится его обработка. Как видно из фиг. 2б...2г, j = 9. Тогда

При Ni = 32, N₂ = 10, T_с = 20 м, f = 144 кГц.

Емкость конденсатора, используемого в качестве аналогового элемента памяти 11, выбирается исходя из следующих требований: конденсатор должен полностью воспринять сигнал от датчика за один временной интервал из девяти, на которые делится период времени одного отсчета измеряемого параметра, конденсатор должен сохранить практически неизменным воспринятый аналоговый сигнал в течение времени, когда производится аналого-цифровое преобразование.

При Ni = 32, N₂ = 10, T_с = 20 • 10^-3 с. с учетом параметров используемых элементов - коммутаторов 9, 10 и 15, АЦП 16 и резисторов 2, 3 и 4 для выполнения указанных требований емкость конденсатора может быть выбрана равной 500 - 1500 пФ.

Устройство работает следующим образом.

Генератор 47 формирует тактовые сигналы, показанные на фиг. 2а; девять смежных сигналов генератора составляют один временной период, в течение которого получается один отсчет значения измеряемого параметра и проводится обработка полученного результата. Этот период задается распределителем 48, который последовательно устанавливается в первую. . .девятую позицию при поступлении на его счетный вход (с) очередного импульса от генератора. При установке распределителя 48 в седьмую, девятую и первую позиции на его первом, втором и третьем выходах, соответственно, формируются импульсные сигналы, показанные на фиг. 2б, 2в и 2г.

Во время образования импульсного сигнала на третьем выходе распределителя 48 на элемент 11 подается сигнал с выхода коммутатора 9 и 10, который передает на выход сигнал от первой или второй группы сигналов, сформированных блоком 1. Пороговое напряжение у стабилитронов 5 и 6 узлов I-I...I-i выбрано большим номинального значения сигнала от датчика, но меньшим предельного значения входных сигналов для коммутаторов 9 и 10. Величина резистора 2 выбирается существенно большей суммы резисторов 3 и 4 и ограничивается временем полной перезарядки конденсатора элемента 11 за рабочий интервал времени, равный длительности импульса на третьем выходе 48. Таким образом, на первых выходах узлов I-I...I-i образуются сигналы, равные по уровню сигналам от датчиков или величине порогового напряжения стабилитронов 5 или 6, если сигнал от датчика превышает установленное пороговое значение. Сигналы на вторых выходах узлов I-I...I-i меньше значений сигналов от датчиков. Величина ослабления сигналов определяется соотношением величин сопротивлений резисторов 3 и 4 и выбирается с учетом возможных предельных значений входных сигналов при аварийной ситуации.

Сигнал на втором выходе узла I-I...I-i при заданном предельном значении сигнала от датчика должен соответствовать номинальному значению сигнала в нормальном режиме работы. При выборе параметров цепочек узлов I-I...I-i с учетом сказанного выше в максимальной степени используется рабочий диапазон входных сигналов АЦП 16 и, следовательно, достигается максимально возможная точность фиксации нормальных и аварийных значений измеряемых параметров. Таким образом, при нормальной ситуации сигнал на первом выходе узла I-I... I-i изменяется от нулевого до номинального значения, при аварийной ситуации максимальный уровень сигналов на этом выходе ограничивается значением порогового напряжения стабилитронов 5 и 6, а уровень сигналов на втором выходе изменяется от нулевого до значения, соответствующего номинальному сигналу на первом выходе узла. С помощью коммутатора 9 или 10 сигналы от узлов I-I... I-i, сгруппированные в шины 7 и 8, передаются на вход элемента 11. Входящий в состав 11 конденсатор воспринимает мгновенное значение входного сигнала и запоминает его на все время аналого-цифрового преобразования. Сигнал от 11 нормируется по величине операционным усилителем 12. Инвертор 13 повторяет величину сигнала от 12, но реверсирует его знак. Сигналы от 12 и 13 поступают на первый и второй информационные входы коммутатора 15. Управляющий сигнал для 15 образуется на выходе компаратора 14. Благодаря тому, что на один из входов компаратора подается "нулевой" сигнал, на его выходе образуется логический сигнал "1", если сигнал на другом входе больше "нулевого", и сигнал "0", если этот сигнал меньше "нулевого". Таким образом, на выход коммутатора 15 проходит сигнал положительной полярности независимо от знака сигнала, поступающего в данный момент от выбранного датчика. Благодаря этому на вход АЦП подаются униполярные сигналы и, тем самым, расширяется динамический диапазон аналого-цифрового преобразования.

В интервале времени, когда сигнал "1" образуется на третьем выходе 48, сигнал от выбранного датчика подключается к информационному входу АЦП 16; на управляющий вход АЦП подается сигнал, которым он готовится к очередному аналого-цифровому преобразованию.

Преобразование начинается после снятия сигнала со входа управления (V) АЦП и должно завершиться к моменту формирования импульсного сигнала на первом выходе распределителя 48 (фиг. 2б).

Первым 17 и вторым 18 компараторами определяется соотношение между выходным кодом АЦП 16 и кодами, определяющими заранее установленные аварийное и предельное значение выбранного измеряемого параметра. Коды аварийных и предельных значений хранятся, соответственно, в элементах памяти 19 и 20. В элемент 20 заносится код, отображающий близкое к номинальному значение сигнала от датчика. Равенство или превышение текущим значением выбранного измеряемого параметра номинального (или близкого к нему) значения требует переключения АЦП 16 на прием сигнала не от группы 1, а от группы 2, т.к. выходной сигнал от группы 1 может быть ограничен стабилитронами 5 и 6, что не позволит использовать его для контроля текущих значений измеряемого параметра во время аварийного процесса. Синхронность подключения к АЦП 16 сигнала от "i"-го датчика и считывания из элемента 20 предельного значения, установленного для "i"-го параметра, достигается подачей на адресные входы 9, 10 и 20 одних и тех же сигналов.

Аналогично, в элемент 19 для каждого измеряемого параметра записывается код, позволяющий зафиксировать аварийное значение сигнала от датчика. Кроме кода аварийного значения сигнала в элемент 19 для каждого измеряемого параметра должен быть записан дополнительно однобитовый сигнал ("1" или "0"), определяющий, какой результат сравнения кодов (от АЦП 16 и элемента 19) является свидетельством аварийного режима. Так, при измерении токов свидетельством аварийного режима является превышение кодом АЦП 16 установленного аварийного значения (при этом дополнительный сигнал равен "0"); при измерении напряжения аварийный режим, как правило, должен фиксироваться, если код от АЦП 16 меньше установленного аварийного значения (при этом дополнительный сигнал равен "1"). Дополнительный сигнал считывается из элемента 19 одновременно с кодом аварийного значения и выводится на его второй выход. Объединение группы адресных сигналов у коммутаторов 9 и 10 и элемента памяти 19 обеспечивает синхронность работы АЦП 16 и контроля получаемого результата для каждого измеряемого параметра.

На выходе компараторов 17 и 18 образуется сигнал "1", если код от АЦП 16 равен или превышает значение кода, считанное из элементов 19 и 20, соответственно.

С учетом указанных принципов формирования сигналов на выходе элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 21, воспринимающего сигналы от 17 и 19, образуется сигнал "1" при фиксации аварийного сигнала. С помощью первого 22, второго 23 и третьего 24 элементов И сигнал от 21 преобразуется в сигналы управления первым реверсивным счетчиком 30, причем управление счетчиком проводится при появлении сигнала на первом выходе распределителя 48, т.е. после завершения аналого-цифрового преобразования сигнала от подключенного датчика. Сигнал с первого выхода 48 поступает на один вход И 24. Если первым дешифратором 32 не сформирован запрещающий сигнал, импульс с первого выхода 48 проходит на вход И 24. При фиксации аварийного сигнала импульс формируется на выходе И 22, при отсутствии аварийного сигнала - на инверсном выходе 21. Сигналом с инверсного выхода 21 через И 23 и первый элемент ИЛИ 34 счетчик 30 переводится в начальное (нулевое) состояние. Сигнал от И 22 поступает на вход прямого счета счетчика 30 и переводит счетчик в следующую кодовую позицию. Таким образом, счетчиком 30 запоминается число подряд поступивших аварийных сигналов по каждому измеряемому параметру. Если это число равно установленной величине (величине "настройки" дешифратора 32), на прямом выходе дешифратора 32 образуется сигнал "1", а на инверсном - сигнал "0". В результате работа элемента И 24, а вместе с ним и элементов И 22, И 23 блокируется. Состояние счетчика 30 после указанного события остается неизменным и не зависит от значений последующих отсчетов измеряемого параметра. Синхронность подключения i-го измеряемого параметра и занесения в счетчик 30 установленного для i-го параметра кодового сигнала обеспечивается тем, что после подачи на счетчик (сигналом от И 22) очередного импульса для прямого счета или обнуления счетчика (сигналом от И 23 через ИЛИ 34) установленное кодовое состояние с выходов счетчика 30 записывается в первое ОЗУ 38. Адрес ячейки ОЗУ, куда заносится код состояния счетчика, определяется сигналами, поданными на группу адресных (А) входов. Этими же адресными сигналами один из датчиков подключается через коммутатор 9 или 10 к АЦП 16. ОЗУ 38 устанавливается в режим записи данных по сигналу "1" на его входе управления (У), который поступает с первого выхода распределителя 48. Синхронизирующий (С) сигнал подается на ОЗУ 38 с выхода второго элемента ИЛИ 35. Так как в рассматриваемом случае на один вход ИЛИ 35 подан сигнал с первого выхода распределителя 48, на выходе ИЛИ 35 образуется сигнал "1", данные с выходов 30 заносятся в ОЗУ 38. После занесения данных в ОЗУ 38, по сигналу "1" со второго выхода распределителя 48, поступающему на счетный вход первого нереверсивного счетчика 42, счетчик переводится в следующую кодовую позицию. В результате появляется адрес выборки очередного датчика измеряемого параметра. На установленный адрес "настраиваются" коммутаторы 9 и 10, элементы памяти 19 и 20, ОЗУ 38. По сигналу "1" с третьего выхода распределителя вновь формируется сигнал "1" на выходе ИЛИ 35, который переводит ОЗУ 38 в режим считывания данных из ячейки, соответствующей вновь подключенному датчику измеряемого параметра (режим считывания задается сигналом "0" на управляющем входе ОЗУ 38). Считываемый из ОЗУ 38 код подается на группу информационных входов счетчика 30, причем в данный момент времени сигнал "1" подан на управляющий (У) вход счетчика. В результате выходной код ОЗУ 38 вводится в счетчик 30, чем и обеспечивается синхронность считывания данных от датчика и представления данных, отражающих число зафиксированных ранее аварийных сигналов от выбранного датчика.

Как указывалось, если число зафиксированных аварийных сигналов соответствует коду "настройки" дешифратора 32, на его выходе образуется сигнал "1" - состояние счетчика после этого не изменяется, т.е. устройство запоминает зафиксированное аварийное событие. Видно, что код "настройки" 32 определяет число аварийных сигналов, фиксируемых в последовательных отсчетах одного измеряемого параметра. Только после установки в счетчике 30 этого числа на него реагирует дешифратор 32. Благодаря этому предотвращается перевод устройства в режим регистрации аварийных событий из-за воздействия на него случайных помех или выбросов измеряемых параметров. Вводимая инерционность фиксации аварийных событий может изменяться путем коррекции кода "настройки" дешифратора 32 с учетом реальных условий работы устройства.

Одновременно с определением поступления аварийных сигналов устройством также определяется целесообразность переключения АЦП 16 на прием сигнала группы 2 выходов от узлов 1-1...1-i. Такое переключение должно произойти, если зафиксировано предельное (выше аварийного) значение сигнала от подключенного к АЦП 16 датчика с выхода группы 1. Установленное предельное значение для каждого измеряемого параметра в виде соответствующего кода заносится в элемент памяти 20. Считанный из элемента 20 код сравнивается с текущим значением кода от АЦП 16 компаратором 18. Если значение кода от АЦП 16 равно (или больше) значению кода от 20, при образовании сигнала "1" на первом выходе 48 формируется импульсный сигнал на выходе четвертого элемента И 25, который через третий элемент ИЛИ 36 подается на управляющий (У) вход второго реверсивного счетчика 31. По этому сигналу в счетчик 31 записывается код, поданный на группу информационных (И) входов с выходов второго ОЗУ 39. В это время на вход управления (У) ОЗУ 39 подан сигнал "1", т.е. ОЗУ 39 переведено в режим записи, поэтому сигналы на выходах ОЗУ 39 эквиваленты сигналам "1". Эти сигналы и заносятся в счетчик 31. Таким образом, при фиксации предельного или большего значения измеряемого параметра в счетчик 31 записывается максимально возможное значение кода. Если сигнал на выходе 18 равен "0", запись параллельного кода с выходов ОЗУ 39 в счетчик 31 запрещена, при этом, если в предшествующем отсчете измеряемого параметра было зафиксировано предельное значение, разрешается формирование сигнала на выходе пятого элемента И 26, который подается на вход обратного счета счетчика 31. Вычитание "1" из кода, хранимого в счетчике 31, запрещается, если он оказывается равным коду "настройки" второго дешифратора 33. Таким образом, после однократной фиксации предельного значения измеряемого параметра на выходе дешифратора 33 образуется сигнал "1", который удерживается в течение нескольких последующих отсчетов измеряемого параметра, причем число отсчетов однозначно определяется разностью между максимальным кодом состояния счетчика 31 и кодом, на который "настраивается" дешифратор 33. Аналогично тому, как было описано для ОЗУ 38, установленное состояние счетчика 31 по сигналам на входах "У" и "С" заносится в ОЗУ 39, а перед новым циклом управления счетчиком (по сигналу от ИЛИ 35) вновь переносится в счетчик.

В течение всего интервала времени, когда сигнал на прямом выходе дешифратора 33 равен "1", сигналом от шестого элемента И 27 переводится в рабочее состояние коммутатор 10. Так как при этом разрешающий сигнал на выходе седьмого элемента И 28 отсутствует, блокируется работа коммутатора 9. Благодаря этому АЦП 16 после фиксации предельного значения сигнала от группы 1 переключается на работу со значением сигнала от группы 2, сигнал на входе которой не ограничивается по уровню в аварийном режиме работы. Видно, что введением элементов фиксации предельного значения сигнала обеспечивается возможность регистрации текущих значений параметров в аварийном режиме работы.

Чтобы избежать пропуска аварийного режима после переключения АЦП 16 на работу с сигналом от группы 2 выходов узлов 1-1...1-i, сигнал с прямого выхода дешифратора 33 через четвертый элемент ИЛИ 37 подается на вход первого элемента И 22, чем достигается наращивание на "1" кода счетчика 30, даже если сигнал от элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 21 становится равным "0" после переключения АЦП 16 на работу с сигналами от группы 2.

Так как данное устройство подключает к АЦП 16 сигнал от группы 2 в течение фиксированного числа отсчетов, внешнее устройство, принимающее данные, однозначно может идентифицировать информацию от разных групп.

Рассмотрим работу устройства в режиме записи и считывания кодов измеряемых параметров в нормальном и аварийном режимах.

Для регистрации аварийного процесса необходимо передать от устройства во внешнее вычислительное устройство не только текущие значения параметров, получаемые в "реальном времени", но и данные (ретроспективу), фиксировавшиеся в течение оговоренного времени до начала аварии. Аварийные сигналы, в общем случае, могут поступать от нескольких датчиков в пересекающиеся отрезки времени, поэтому необходимо обеспечить возможность регистрации астрономического (абсолютного времени возникновения каждого аварийного сигнала независимо от их числа и временных сдвигов между ними. Следует также обеспечить постоянство интервалов времени записи ретроспективы для любого измеряемого параметра независимо от времени фиксации начала аварийного процесса, т.е. поступления первого аварийного сигнала от какого-либо датчика.

Требуемое время записи "доаварийных" данных, т.е. ретроспективы, может быть представлено числом отсчетов значений каждого измеряемого параметра. Если требуемое время записи ретроспективы равно T_р, а требуемое число отсчетов любого измеряемого параметра за один период напряжения сети равно N, требуемое число отсчетов, составляющих ретроспективу, равно N₃ отсчетам при N₃ = T_р/T_с•N₂. Требуемые значения N_i и N₃ определяют число разрядов "m" и "p" в первом 42 и втором 43 нереверсивном счетчиках m = ∑ logN_i; p = ∑ logN₃ (∑ - знак округления до ближайшего большего целого).

В третьем ОЗУ 40 должны храниться "доаварийные" данные для всех измеряемых параметров, в связи с чем ОЗУ 40 должно включать 2^m•p ячеек памяти.

В данном устройстве принято во внимание, что длительность аварийного процесса может существенно превышать требуемое время T_р, а аварийные сигналы от разных задатчиков измеряемых параметров могут возникать в произвольные моменты времени протекания аварийного процесса, поэтому отрезки времени записи ретроспективы (T_р) могут быть существенно сдвинуты друг относительно друга для разных измеряемых параметров, а хранимые ОЗУ 40 данные для разных измеряемых параметров могут относиться к разным отрезкам времени. Для расширения рамок, в которых могут регистрироваться аварийные события, в устройство вводится третий нереверсивный счетчик 44. Если число разрядов в счетчике 44 равно "q", интервал времени регистрации аварийных событий (T_ас) становится равным T_ас = 2^q•T_р.

Счетчик 44 переключается в следующую кодовую позицию при каждом переполнении счетчика 43, а удерживается в начальном (нулевом) состоянии сигналом по P-входу до момента перевода первого триггера 49 в состояние "1". Триггер 49 переводится в состояние "1" сигналом по C-входу при фиксации дешифратором 32 первого аварийного сигнала и удерживается в этом состоянии до поступления от внешнего устройства сигнала "завершение" после записи в него всех полученных устройством данных. Таким образом, код состояния счетчика 44 соответствует числу переполнений счетчика 43 после обнаружения первого аварийного сигнала.

Код состояния счетчика 44 записывается в ОЗУ 40 в N_i ячеек с адресами от "0" до (N_i-1), т.е. для каждого измеряемого параметра в ОЗУ 40 выделяется по одной ячейке для записи в нее текущего значения кода состояния счетчика 44. В остальные ячейки ОЗУ 40 записываются текущие значения кодов от АЦП 16. Подключение к информационным (И) входам ОЗУ 40 кода от АЦП 16 или от счетчика 44 обеспечивается коммутатором 46 цифровых сигналов, к первой и второй группе информационных входов которого подключены, соответственно, выходы АЦП 16 и счетчика 44. На вход управления (У) коммутатора 46 подан сигнал от второго триггера 50, который переводится в состояние "1" при переполнении счетчика 45 (т.е. по спаду сигнала на выходе старшего разряда счетчика 43), а возвращается в состояние "0" при появлении сигнала "1" на выходе младшего (первого) разряда счетчика 42. В течение времени, когда на адресных входах ОЗУ 40 устанавливаются коды от "0" до (N_i-1), в него записывается код состояния счетчика 44. Запись данных в ОЗУ 40 разрешена до момента фиксации дешифратором 32 аварийного режима, после чего прекращается формирование сигналов "1" на выходе И 24 и ОЗУ 40 не переводится в режим записи данных.

Видно, что в ОЗУ 40 циклически заносится N₃ отсчетов каждого измеряемого параметра до момента обнаружения аварийного значения данного параметра, т.е. в ОЗУ 40 хранится ретроспектива по каждому измеряемому параметру. Один (нулевой) отсчет каждого измеряемого параметра заменяется текущим значением состояния счетчика 44. Это позволяет расширить временные рамки записи ретроспективы при больших временных сдвигах между моментами фиксации аварийных значений сигналов от разных задатчиков.

Особенностью выполнения устройства, как отмечалось, является перевод АЦП 16 на работу с униполярными входными сигналами, что позволяет повысить точность измерения величин сигналов от датчиков. Для фиксации знака многозвенных значений параметров используется компаратор 14; сигнал "1" и "0" от 14, идентифицирующий знак поступившего от датчика сигнала, подается на один вход второй группы входов коммутатора 46. Для примера, на фиг. 1 для 46 показано: общее число сигналов в группе 2 (и, естественно, в группе 1) равно 8, т.е. кодовое слово имеет байтовую структуру. Семь из восьми сигналов соответствуют сигналам на выходах (1...7) от разрядов 2⁰...2⁶ счетчика 44, а восьмой сигнал (8) - сигналу на выходе компаратора 14. При необходимости, число разрядов от АЦП 16 и от счетчика 44 могут быть увеличены. Сигнал от 14 вводится в ячейки с адресами (0...N_i-1) ОЗУ 40 одновременно с сигналами от счетчика 44, т.е. знак сигнала фиксируется для одного из N₃ отсчетов измеряемого параметра, а для каждых очередных (N₃-1) отсчетов значений параметра - определяется внешним устройством. В результате можно не уменьшать на единицу число значащих разрядов кода от АЦП 16 для указания знака входного сигнала, т. е. не увеличивать погрешность измерений от дискретности аналого-цифрового преобразования.

В четвертое ОЗУ 41 циклически заносятся коды текущих значений измеряемых параметров, полученные от АЦП 16. Адресные (А) и синхронизирующие (С) сигналы ОЗУ 40 и 41 идентичны.

Первым сигналом "1" от дешифратора 32 переводится в состояние "1" третий триггер 51. Сигнал от 51 подается на D-вход четвертого триггера 52, перевод в состояние "1" которого синхронизирован с моментом переполнения счетчика 43 и установкой в состояние "1" триггера 50. Выход триггера 52 является выходом "запрос" устройства. Таким образом, внешний признак возникновения аварийного режима формируется в фиксированное время. По сигналу "запрос" работа устройства приостанавливается, т.к. счетчики 42 и 43 удерживаются сигналом "1" от триггера 52 в начальном состоянии. Сигнал "1" от триггера 52 подается также на вход формирователя импульсов 53, благодаря чему кратковременно переводятся в начальное состояние генератор 47 и распределитель 48. После синхронизации работы 48 фронтом сигнала от триггера 52 начинается подсчет импульсов, образуемых на третьем выходе 48, четвертым нереверсивным счетчиком 45. Так как период импульсов, поступающих на счетный (С) вход счетчика 45 известен и определяется частотой импульсов от высокостабильного генератора 47, по кодовому отображению введенного в счетчик 45 числа импульсов можно определить время от появления сигнала "Запрос". Это время равно задержке реакции внешнего вычислительного устройства на сигнал "Запрос", которая может быть вызвана тем, что в момент появления сигнала "Запрос" внешнее вычислительное устройство занято решением другой задачи и временно не может быть переведено на прием информации от данного устройства. При переходе на работу с данным устройством внешнее вычислительное устройство считывает данные счетчика 45 и учитывает полученную информацию при расчете абсолютного времени возникновения аварийных событий. После считывания данных счетчика 45 от внешнего устройства поступает сигнал "Управление", которым триггер 52 возвращает в состояние "0", сигнал на выходе элемента И-НЕ 54 становится равным "1", а счетчик 45 сигналом по R-входу переводится в начальное состояние. Внешнее устройство по сигналу "Запрос" фиксирует текущее астрономическое время и после считывания данных от счетчика 45 формирует сигнал "Управление". Указанным сигналом работа устройства деблокируется, кроме того, разрешается передача от восьмого элемента И 29 сигналов "Считывание". Моменту появления каждого сигнала "считывание" соответствует вывод из ОЗУ 40 и 41 кодов ретроспективы и текущих данных, что позволяет внешнему устройству синхронизировать прием данных, начиная с тех, которые записаны в ячейки с нулевым адресом.

После окончания ввода текущих данных и ретроспективы от внешнего устройства поступает сигнал "Завершение", которым приводится в начальное состояние триггер 49 и счетчик 30. Время удержания сигнала "Завершение" должно быть не меньше времени получения одного отсчета всех измеряемых параметров, чтобы обеспечить обнуление всех ячеек памяти ОЗУ 38 и, как следствие, обнулить содержимое ячеек "0". ..(N_i-1) ОЗУ 40. После этого устройство выводится из режима хранения данных предшествующего аварийного события и готово к началу регистрации очередного события. Следует отметить, что интервал времени, когда проводится обнуление ячеек памяти ОЗУ 38 и 40, является "мертвой зоной", в пределах которой устройство нечувствительно к новым аварийным сигналам. Если N₂ = 10, время "мертвой зоны" не превышает нескольких мсек, т.е. наличие "мертвой зоны" практически не сказывается на процессе регистрации следующих друг за другом аварийных событий, причем одно аварийное событие может охватывать произвольное число аварийных сигналов, получаемых от разных датчиков.

Покажем, как по данным, передаваемым устройством, возможна регистрация аварийного процесса без необходимости передачи дополнительных данных.

Для регистрации астрономического (абсолютного) времени возникновения x-го аварийного сигнала используются время (T_а) поступления во внешнее устройство сигнала "Запрос", данные от счетчика 45, по которым определяется время T₄₅, и данные, считанные из ОЗУ 40. Предположим, что из ячейки (x-1) ОЗУ 40 считано кодовое значение l_x, а из ячейки φ_x, соответствующей φ-му отсчету x-го параметра, код, равный или превышающий установленное для x-го параметра аварийное значение. Абсолютное время возникновения x-го аварийного сигнала (T_аx) вычисляется из выражения

причем абсолютное время появления первого аварийного сигнала T_а1 с учетом того, что l₁ = 0, равно

Точность фиксации времени появления аварийных сигналов определяется дискретностью отсчетов значений одного и того же измеряемого параметра, равного T_с/2, и не превышает 2 мсек при T₂≥10. Важно, что точность определения абсолютного времени не зависит от числа аварийных сигналов и временных сдвигов между ними. Вводимая с помощью счетчика 30, дешифратора 32 и ОЗУ 38 инерционность выдачи сигнала "Запрос" не влияет на процесс определения времени появления аварийных сигналов, т.к. она лишь смещает момент появления сигнала "Запрос", но не изменяет данные, заносимые в ОЗУ 40.

При расшифровке данных "ретроспективы" внешним устройством должно быть учтено, что отсчет измеряемого параметра, максимально удаленный от момента фиксации аварийного сигнала, т.е. начало ретроспективы, следует за тем отсчетом, в котором зафиксировано аварийное значение.

По данным, считанным из ОЗУ 41, внешнее устройство определяет масштабный коэффициент, который должен быть использован при вычислении абсолютных значений измеряемых параметров по полученным кодовым значениям.

Масштабный коэффициент зависит от соотношения между действительным сигналом от датчика и сигналом, поданным на вход АЦП 16. В связи с тем, что к АЦП 16 в произвольные моменты времени подключаются сигналы от группы 1 и 2, для которых указанные соотношения различны, синхронно с переключениями АЦП 16 должен изменяться и масштабный коэффициент.

Масштабный коэффициент, соответствующий приему сигналов от группы 2, должен применяться для отсчетов данных из ОЗУ 41, начиная с того, в котором записано предельное (или большее) значение параметра. Число последующих отсчетов, для которых должен быть использован этот масштабный коэффициент, определяется кодом "настройки" дешифратора 33 и должно быть известно внешнему устройству приема данных. Важно подчеркнуть, что благодаря синхронности записи данных в ОЗУ 40 и 41, масштабные коэффициенты для данных этих ОЗУ должны быть одинаковыми.

Описанный выше алгоритм работы устройства предполагает передачу данных по инициативному сигналу "Запрос". Предложенное устройство обеспечивает также возможность передачи данных по импульсному сигналу "Вызов" от внешнего устройства. По этому сигналу триггер 51 (по S-входу) переводится в состояние "1", а затем, после завершения очередного цикла опроса всех задатчиков, устанавливается в состояние "1" и триггер 52. С этого момента работа устройства идентична описанной выше.

В предложенном устройстве обеспечена возможность увеличения числа точек отсчета выбранных (например, наиболее важных) параметров за один период напряжения электрической сети. Для увеличения вдвое числа отсчетов достаточно выходы 1 и 2 от соответствующих выбранным параметрам узлов 1-1...1-i подключить не к одному, а к двум входам коммутаторов 9 и 10. Для обеспечения симметричности отсчетов номера этих входов коммутаторов 9 и 10 должны быть смещены на величину i/2. например, если необходимо увеличить вдвое число отсчетов сигналов от первого датчика при N_i = 32, следует выходы 1 и 2 от узла 1-1 подключить к первому и семнадцатому входам коммутаторов 9 и 10. Таким образом, повышение качества (точности) регистрации данных от каких-либо датчиков достигается за счет уменьшения их числа без изменения структуры и связей между элементами устройства. Ясно, что подключение сигналов от узлов 1-1. . .1-i не к одному, а к двум и более входам коммутаторов 9 и 10, должно быть учтено при обработке информации данного устройства внешним вычислительным устройством.

Для контроля работоспособности устройства в тестовом режиме в элемент 19 могут быть занесены такие малые кодовые значения для одного, нескольких или всех измеряемых параметров, которые приведут к интерпретации устройством нормальных значений как аварийных. По результату реакции устройства и выдаваемым им данным определяется его работоспособность.

Тестовый режим может быть также реализован путем записи в элемент 20 таких кодовых значений, которые при обработке данных от АЦП 16 должны привести к фиксации устройством достижения сигналами от датчиков предельных значений. По полученным от устройства данным определяется работоспособность элементов, используемых для коммутации сигналов от групп 1 и 2 и для определения масштабных коэффициентов.

Итак, предложенное устройство обеспечивает контроль за величинами сигналов от датчиков в нормальном и аварийном режимах, причем в аварийном режиме устройство передает данные, достаточные для регистрации (осциллографирования) аварийных событий без передачи избыточных сообщений или признаков. Благодаря введению новых элементов и связей между ними и элементами, общими для предложенного устройства и устройства-прототипа, достигается поставленная цель.

Claims (2)

1. Кодоимпульсное передающее устройство, содержащее генератор тактовых импульсов, соединенный выходом с первым входом распределителя, аналого-цифровой преобразователь, у которого информационный вход подключен к выходу первого коммутатора аналоговых сигналов, а выход - к первым входам первого и второго компараторов, первый, второй и третий триггеры, первый, второй, третий и четвертый элемент И, первый и второй элементы ИЛИ, отличающееся тем, что в него включены второй и третий коммутаторы аналоговых сигналов, пятый, шестой, седьмой и восьмой элементы И, третий и четвертый элементы ИЛИ, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, первый и второй реверсивные счетчики, первый, второй, третий и четвертый нереверсивные счетчики, первое, второе, третье и четвертое ОЗУ, первый и второй дешифраторы, четвертый триггер, формирователь импульсов, элемент И-НЕ, операционный усилитель, инвертор, компаратор аналоговых сигналов, коммутатор цифровых сигналов, первый и второй элементы памяти соответственно кодов аварийных и предельных значений параметров, блок сопряжения и датчики, связанные с ним, первый выход распределителя соединен с первыми входами третьего, четвертого и пятого элементов И, второго элемента ИЛИ, управляющими входами первого, второго и четвертого ОЗУ, второй выход распределителя соединен с С-входом первого нереверсивного счетчика, третий выход - со вторым входом второго и первыми входами третьего элементов ИЛИ, шестого, седьмого и восьмого элементов И, управляющими входами первого реверсивного счетчика и аналого-цифрового преобразователя, у которого выходы подключены к информационным входам четвертого ОЗУ, к первой группе входов коммутатора цифровых сигналов, первого и второго компараторов, вторые группы входов у двух последних соединены с выходами первого и второго элементов памяти, а выходы - с первым входом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и вторым входом четвертого элемента И соответственно, причем второй вход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединен со вторым выходом первого элемента памяти, прямой выход - с первым входом четвертого элемента ИЛИ, а инверсный выход - с первым входом второго элемента И, соединенного вторым входом с первым входом первого элемента И, управляющим входом третьего ОЗУ и выходом третьего элемента И, соединенного вторым входом с инверсным выходом первого дешифратора, у которого прямой выход соединен с С-входами первого и третьего триггеров, а вход - с группой выходов первого реверсивного счетчика и информационными входами ОЗУ, вход синхронизации которого объединен с аналогичными входами второго, третьего и четвертого ОЗУ и выходом второго элемента ИЛИ, выходы подключены к информационным входам первого реверсивного счетчика, а группа адресных входов объединена с аналогичными входами второго ОЗУ, второго и третьего коммутаторов аналоговых сигналов, первого и второго элементов памяти и подключена к выходам первого нереверсивного счетчика, которые вместе с выходами второго нереверсивного счетчика подключены к группе адресных входов третьего и четвертого ОЗУ, причем выход младшего разряда первого нереверсивного счетчика соединен с R-входом второго триггера, выход старшего разряда - с С-входом второго нереверсивного счетчика, выход старшего разряда которого подключен к С-входам второго триггера и третьего нереверсивного счетчика, выходы которого подключены к основным входам второй группы коммутатора цифровых сигналов, подключенного управляющим входом к С-входу четвертого триггера и выходу второго триггера, а выходами - к группе информационных входов третьего ОЗУ, выходы которого являются выходами сигналов "Ретроспектива" устройства, у которого соединены вход "Вызов" - с S-входом третьего триггера, вход "Управление" - со вторым выходом восьмого элемента И и R-входом четвертого триггера, выход "Запрос" - с выходом четвертого триггера и R-входами первого и второго нереверсивного счетчиков и третьего триггера, подключенного выходом к D-входу четвертого триггера, выход "Текущие данные" - с выходом четвертого ОЗУ, выход "Считывание" - с выходом восьмого элемента И, а вход "Завершение" - с R - входом первого триггера, подключенного инверсным выходом к R-входу третьего нереверсивного счетчика, и с первым входом первого элемента ИЛИ, соединенного вторым входом с выходом второго элемента И, а выходом - с R-входом первого реверсивного счетчика, у которого вход прямого счета подключен к выходу первого элемента И, вторым входом соединенного с выходом четвертого элемента ИЛИ, у которого второй вход соединен со вторыми входами пятого и шестого элементов И и с прямым выходом второго дешифратора, соединенного входами с группой информационных входов второго ОЗУ и выходами второго реверсивного счетчика, а инверсным выходом - со вторым входом седьмого элемента И, у которого выход подключен к управляющему входу второго коммутатора аналоговых сигналов, выход которого подключен ко входу элемента аналоговой памяти и объединен с выходом третьего коммутатора аналоговых сигналов, управляющий вход которого соединен с выходом шестого элемента И, группа информационных входов второго реверсивного счетчика соединена с выходами второго ОЗУ, управляющий вход - с выходом третьего элемента ИЛИ, подключенного вторым входом к выходу четвертого элемента И, а вход обратного счета - с выходом пятого элемента И, первая и вторая группы выходов блока сопряжения соединены соответственно с группами информационных входов второго и третьего коммутаторов аналоговых сигналов, у которых выходы объединены и подключены ко входу элемента аналоговой памяти, соединенного выходом со входом операционного усилителя, выход которого соединен с первыми входами первого коммутатора аналоговых сигналов и компаратора аналоговых сигналов, и со входом инвертора, выход которого подключен ко второму входу первого коммутатора аналоговых сигналов, вход управления которого подключен к выходу компаратора аналоговых сигналов, соединенного вторым входом с нулевой шиной, а также к дополнительному входу второй группы коммутатора цифровых сигналов, выходом "Временной сдвиг" устройства являются выходы четвертого нереверсивного счетчика, вход управления которого соединен с выходом четвертого триггера, первым входом элемента И-НЕ и со входом формирователя импульсов, подключенного выходом ко входу генератора тактовых импульсов и R-входу распределителя, С-вход указанного четвертого счетчика - с третьим выходом распределителя, а R-вход - с выходом элемента И-НЕ, второй вход которого подключен ко входу "Управление" устройства.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок сопряжения включает по числу датчиков индивидуальные узлы, каждый из которых содержит включенные параллельно между выходом от датчика и нулевой шиной первую и вторую цепочки, первая цепочка состоит из последовательно включенного первого резистора и встречно включенных первого и второго стабилитронов, причем точка соединения первого резистора и первого стабилитрона является первым выходом узла и подключена к первой группе выходов блока, вторая цепочка состоит из последовательно включенных второго и третьего резисторов, точка соединения которых является вторым выходом узла и подключена ко второй группе выходов блока.

Images