RU2434326C1 - Device for generating and transmitting safe control signals - Google Patents
Device for generating and transmitting safe control signals Download PDFInfo
- Publication number
- RU2434326C1 RU2434326C1 RU2010117000/09A RU2010117000A RU2434326C1 RU 2434326 C1 RU2434326 C1 RU 2434326C1 RU 2010117000/09 A RU2010117000/09 A RU 2010117000/09A RU 2010117000 A RU2010117000 A RU 2010117000A RU 2434326 C1 RU2434326 C1 RU 2434326C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- transmitting
- generating
- low
- signals
- safe control
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Transmitters (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к автоматике, импульсной технике и может быть использовано для формирования сигнала управления исполнительным механизмом в случаях, когда необходима максимально достижимая степень надежности передачи такого сигнала. Система управления может содержать один или несколько каналов для формирования и передачи сигнала безопасного управления.The invention relates to automation, pulse technology and can be used to generate a control signal for the actuator in cases where the maximum achievable degree of reliability of the transmission of such a signal is required. The control system may contain one or more channels for generating and transmitting a safe control signal.
Для всех современных систем управления характерна высокая сложность: в их состав входит большое количество блоков - от обработки сигналов, поступающих с датчиков, до реализации непосредственно алгоритмов управления и обеспечения функционирования исполнительных механизмов. Такая сложность и наличие большого количества связей, в свою очередь, приводят к увеличению вероятности сбоев и отказов, некоторые из которых могут иметь фатальные последствия. Встроенные системы диагностики несколько улучшают ситуацию. Но для больших систем они также сложны и, уменьшая вероятность критических ситуаций на несколько порядков, имеют собственные сбои, которые, в свою очередь, должны контролироваться и т.д. В такой ситуации для повышения уровня безопасности оптимально использование простых цепей и сигналов, единственной целью существования которых является обеспечение безопасности, т.е. препятствование возникновению так называемых «опасных отказов» в системе. Ниже рассмотрена практическая реализация подобного подхода.All modern control systems are characterized by high complexity: they include a large number of blocks - from processing signals coming from sensors to directly implementing control algorithms and ensuring the functioning of actuators. Such complexity and the presence of a large number of connections, in turn, lead to an increase in the likelihood of failures and failures, some of which can have fatal consequences. Built-in diagnostic systems improve the situation somewhat. But for large systems, they are also complex and, reducing the probability of critical situations by several orders of magnitude, have their own failures, which, in turn, must be controlled, etc. In such a situation, to increase the level of safety, it is optimal to use simple circuits and signals whose sole purpose of existence is to ensure safety, i.e. preventing the occurrence of so-called "dangerous failures" in the system. The practical implementation of this approach is discussed below.
Сигналы безопасного управления (далее - сигналы безопасности) используются в устройствах ответственного применения: на транспорте, например, для разрешения хода поезда; в системах энергетики - для разрешения/запрещения включения моторов, управления задвижками и др. Во всех случаях наличие сигналов безопасности предполагает нормальное функционирование системы, а их исчезновение (как результат правильной работы блока безопасности либо по причине неисправности в передающих или исполнительных цепях) немедленно переводит систему в безопасное состояние (для поезда обычно - торможение, для реактора - погружение стержней и т.п.).Safe control signals (hereinafter referred to as safety signals) are used in devices of responsible use: in transport, for example, to permit train travel; in energy systems - to enable / disable the inclusion of motors, control valves, etc. In all cases, the presence of safety signals assumes the normal functioning of the system, and their disappearance (as a result of the correct operation of the safety unit or due to a malfunction in the transmitting or executive circuits) immediately transfers the system to a safe state (for a train, usually braking, for a reactor, plunging rods, etc.).
Таким образом, можно сформулировать требования к этим сигналам на разных этапах: при их генерировании - это максимальная достоверность; при передаче (и целостности цепей) - максимальная помехоустойчивость, при разрыве цепей - невозможность подмены этих сигналов ввиду воздействия сильной помехи, замыкания линии на питающие шины и пр.Thus, it is possible to formulate requirements for these signals at different stages: when they are generated, this is the maximum reliability; during transmission (and circuit integrity) - maximum noise immunity, when the circuit breaks - the impossibility of replacing these signals due to the effects of strong interference, shorting the line to the supply bus, etc.
Известно устройство для передачи парафазного сигнала управления, содержащее первый и второй триггеры и первые и второй синхронизированные элементы задержки, информационные входы которых подключены соответственно к инверсным входам триггеров, установочные входы которых подключены к инверсным выходам второго и первого элементов задержки, входы синхронизации которых объединены, причем вход установки «1» первого и вход установки в «0» второго элементов задержки также объединены (см. патент РФ 2085027, Н03К 5/135, 20-07-1997). При рассогласовании парафазных входных сигналов выходной сигнал известного устройства изменяется с «1» на «0» до поступления повторного сигнала установки.A device for transmitting a paraphase control signal containing the first and second triggers and the first and second synchronized delay elements, the information inputs of which are connected respectively to the inverse inputs of the triggers, the installation inputs of which are connected to the inverse outputs of the second and first delay elements, the synchronization inputs of which are combined, the installation input “1” of the first and the installation input to “0” of the second delay elements are also combined (see RF patent 2085027, Н03К 5/135, 20-07-1997). When the paraphase input signals are mismatched, the output signal of the known device changes from “1” to “0” until a repeated installation signal arrives.
К недостаткам данного устройства следует отнести низкую помехоустойчивость ввиду малой амплитуды используемых для передачи информации логических сигналов. Используемые в известном устройстве логические цепи включают множество полупроводниковых элементов (транзисторов) и радиоэлементов (резисторов и конденсаторов), так что их результирующая надежность также не высока. И, наконец, известная схема не защищена от попадания высокого напряжения (напряжения питания) на выход.The disadvantages of this device include low noise immunity due to the small amplitude of the logical signals used to transmit information. The logic circuits used in the known device include a plurality of semiconductor elements (transistors) and radio elements (resistors and capacitors), so that their resulting reliability is also not high. And finally, the known circuit is not protected from the ingress of high voltage (supply voltage) to the output.
Наиболее близким к предложенному устройству является устройство для формирования и передачи через линию радиосвязи сигналов управления, содержащее на передающей стороне генератор сигналов основных сообщений, разветвитель мощности, первый и второй амплитудные модуляторы, парафазный усилитель и передающую систему (патент РФ 2163053, Н04В 7/22, 2001-02-10). С целью снижения влияния сосредоточенных и импульсных помех в известное устройство введены синтезатор частоты, дешифратор, опорный генератор, генератор ПСП, синхронизатор и сумматор. На приемной стороне данное устройство содержит антенну, сумматор, вычитающее устройство, синхронный детектор, амплитудный ограничитель, демодулятор, узкополосный фильтр и блок поворота поляризации, опорный генератор, формирователь импульсов, синтезатор частот, делитель, регистр сдвига, кодопреобразователь, синхронизатор, n ключей, n полосовых фильтров, сумматор, смеситель частот, блок обработки и фильтр низких частот.Closest to the proposed device is a device for generating and transmitting via a radio link control signals containing on the transmitting side a signal generator of main messages, a power splitter, first and second amplitude modulators, a paraphase amplifier and a transmitting system (RF patent 2163053, Н04В 7/22, 2001-02-10). In order to reduce the influence of concentrated and impulse noise, a frequency synthesizer, a decoder, a reference generator, a bandwidth generator, a synchronizer and an adder are introduced into the known device. On the receiving side, this device contains an antenna, an adder, a subtracting device, a synchronous detector, an amplitude limiter, a demodulator, a narrow-band filter and a polarization rotation block, a reference generator, a pulse shaper, a frequency synthesizer, a divider, a shift register, a code converter, a synchronizer, n keys, n bandpass filters, adder, frequency mixer, processing unit and lowpass filter.
Однако в известном устройстве не решается задача обеспечения безопасности при обрыве цепей или замыкании на питающие шины. Кроме того, оно настолько сложно, что само имеет недостаточную надежность.However, in the known device does not solve the problem of ensuring safety when the circuit is broken or shorted to the supply bus. In addition, it is so complex that it itself has insufficient reliability.
Техническим результатом, ожидаемым от использования изобретения, является повышение надежности и помехоустойчивости устройства передачи сигналов безопасного управления за счет увеличения отношения сигнал/шум, создания схемы с минимальным количеством элементов, но защищенной от обрыва цепей или попадания на них потенциала с шин питания.The technical result expected from the use of the invention is to increase the reliability and noise immunity of a safe control signal transmission device by increasing the signal-to-noise ratio, creating a circuit with a minimum number of elements, but protected from open circuits or potential getting from them from power buses.
Используемая для повышения уровня безопасности система должна отличаться низким уровнем сложности входящих в нее элементов и цепей, что предполагает высокий аппаратный уровень надежности. В то же время к надежности самих сигналов высоких требований не предъявляют в связи с тем, что их пропадание однозначно переводит систему в безопасное состояние.The system used to increase the level of security should have a low level of complexity of the elements and circuits included in it, which implies a high hardware level of reliability. At the same time, the reliability of the signals themselves is not subject to high requirements due to the fact that their disappearance unambiguously puts the system in a safe state.
Указанный результат достигается тем, что в устройстве для формирования и передачи сигналов безопасного управления, содержащем передающую и приемную стороны, последняя из которых содержит последовательно соединенные полосовой фильтр и детектор, передающая сторона выполнена в виде формирователя парафазного сигнала, а приемная сторона дополнительно снабжена последовательно соединенными низкочастотным фильтром постоянного напряжения и пороговым блоком, при этом выход детектора подключен к входу низкочастотного фильтра постоянного напряжения.This result is achieved by the fact that in the device for generating and transmitting safe control signals comprising transmitting and receiving sides, the last of which contains a series-pass bandpass filter and a detector, the transmitting side is made in the form of a paraphase signal shaper, and the receiving side is additionally equipped with low-frequency connected in series a constant voltage filter and a threshold block, while the output of the detector is connected to the input of a low-frequency filter of constant conjugation.
На фиг.1 показан сигнал, поступающий на передающую сторону, на фиг.2 приведена блок-схема предлагаемого устройства, на фиг.3 - пример реализации.Figure 1 shows the signal arriving at the transmitting side, figure 2 shows a block diagram of the proposed device, figure 3 is an example implementation.
В устройстве используется парафазный сигнал, генерируемый двумя выходами процессорного блока безопасности синусоидальный или другой, например, в форме меандра (фиг.1) максимально возможной (с целью достижения высокой помехоустойчивости) амплитуды для данной системы. При генерировании сигнала каждый из выходов блока безопасности (на фиг.2 не показан) управляется независимо своим фрагментом программы, таким образом, любая рассинхронизация должна вызвать взаимное смещение фаз сигналов по двум выходам (т.е. они перестают быть в противофазе и появляется сдвиг Δt).The device uses a paraphase signal generated by two outputs of the processor safety block sinusoidal or another, for example, in the form of a meander (Fig. 1), the maximum possible (in order to achieve high noise immunity) amplitudes for this system. When generating a signal, each of the outputs of the safety unit (not shown in Fig. 2) is independently controlled by its own program fragment, so any desynchronization should cause a mutual phase shift of the signals along the two outputs (i.e., they cease to be out of phase and a shift Δt )
Частота сигналов выбирается исходя из наиболее низкого уровня помех в системе в данной области спектра и не должна совпадать с основными или производными частотами имеющихся в системе генераторов, импульсных преобразователей, шин передачи данных, силовой электроники (тиристорных преобразователей, например), электромоторов, гармоник питающей сети и др. и может находиться, например, в диапазоне 10-50 кГц, если это удовлетворяет перечисленным условиям.The frequency of the signals is selected based on the lowest level of interference in the system in this region of the spectrum and should not coincide with the main or derivative frequencies of the generators, pulse converters, data buses, power electronics (thyristor converters, for example), electric motors, harmonics of the mains etc., and may be, for example, in the range of 10-50 kHz, if this satisfies the conditions listed.
В примере, показанном на фиг.2, передающая сторона устройства образована двумя гальванически развязанными выходами процессора безопасности (условно показанными как трансформаторы 1, 2), ограничителем напряжения 3 (диоды D1, D2 и стабилитроны D3, D4 соответствующей мощности) и высокоомной привязкой к земляной шине (резисторы R1, R2).In the example shown in figure 2, the transmitting side of the device is formed by two galvanically isolated outputs of the safety processor (conventionally shown as transformers 1, 2), voltage limiter 3 (diodes D1, D2 and zener diodes D3, D4 of the corresponding power) and high resistance to earth bus (resistors R1, R2).
В качестве линии передачи может использоваться витая пара 5 в экране. Приемная сторона (фиг.2) представляет собой последовательную цепь из разделительных емкостей 6 (С1) и 7 (С2), полосового фильтра 8 низкой добротности (включающего фильтр подавления радиочастотных помех) общего или индивидуального по каждому входу, низкочастотного детектора 9 (с невозможностью паразитного детектирования высокочастотной помехи - например, за счет емкостей перехода или внешних емкостей), низкочастотного фильтра 10 постоянного напряжения, определяющего постоянную времени τ устройства и порогового блока (ПУ) 11 определения уровня выпрямленного сигнала. Полученное постоянное напряжение (ток) поступает на исполнительное устройство, например оптронный ключ 12 или другие элементы блокировки/запуска оконечных устройств.As the transmission line can be used twisted pair 5 in the screen. The receiving side (figure 2) is a serial circuit of separation capacitors 6 (C1) and 7 (C2), a low-pass filter 8 of low quality (including an RFI suppression filter) of a common or individual low-frequency detector 9 for each input (with impossibility of parasitic detecting high-frequency interference - for example, due to junction capacitors or external capacitors), a low-frequency DC filter 10 that determines the time constant τ of the device and the threshold block (PU) 11 level determination rectified signal. The resulting constant voltage (current) is supplied to an actuator, for example an
Таким образом, исчезновение или изменение амплитуды любого из сигналов либо сдвиг фазы между ними выше определенного уровня уменьшает выпрямленный сигнал на входе порогового блока 11, он становится ниже установленного порогового значения, и оптронный ключ 12, например, закрывается. Наличие ограничителя напряжения 3 (диоды D1, D2 и стабилитроны D3, D4) защищает устройство в ситуации попадания переменного напряжения высокого уровня на любую из линий. При этом обрыв любой из линий и замыкание с любым питающим напряжением не приводит к ложному срабатыванию схемы на «разрешение».Thus, the disappearance or change in the amplitude of any of the signals or a phase shift between them above a certain level reduces the rectified signal at the input of the threshold block 11, it becomes lower than the set threshold value, and the
Пример практической реализации приемной части такой схемы представлен на фиг.3, при этом в роли порогового блока 11 используются последовательно включенные диоды D6, D7 выходных транзисторных оптронных ключей 12 (благодаря достаточной крутизне характеристики по току в начальной области), приемная сторона запитывается парафазным сигналом, поступающим по витой паре 5, а наличие дополнительных емкостей 13 (С5), 14 (С6), 15 (С7) и 16 (С8) параллельно диодам D1-D4 детектора 9 наряду с гальваническим разделением земель препятствует детектированию высокочастотных помех. Емкости 17, 18 (С3 и С4 на фиг.3) образуют полосовой фильтр 8, а низкочастотный фильтр 10 выполнен на базе емкости 19 (С9).An example of the practical implementation of the receiving part of such a circuit is shown in Fig. 3, while the diodes D6, D7 of the
Подобное устройство отличается простотой и при этом достаточно эффективно. С его использованием могут создаваться системы с чрезвычайно высокой безопасностью, где вероятность опасного отказа 10-13 и менее.Such a device is simple and yet quite effective. Using it, systems can be created with extremely high safety, where the probability of a dangerous failure is 10 -13 or less.
Список литературыBibliography
1. Clayton R. Paul Introduction to Electromagnetic Comparibility: John Wiley&Sons, Inc., 1992. - p.765.1. Clayton R. Paul Introduction to Electromagnetic Comparibility: John Wiley & Sons, Inc., 1992. - p. 765.
2. Analog Circuit Design: Art, Science, and Personalities. - Edited by Jim Williams: Butterworth-Heinemann, 1991. - р.389.2. Analog Circuit Design: Art, Science, and Personalities. - Edited by Jim Williams: Butterworth-Heinemann, 1991 .-- p. 389.
3. Томпсон Дж.М.Т. Неустойчивости и катастрофы в науке и технике: Пер.с англ. - М.: МИР, 1985. - 254 с.3. Thompson, J.M.T. Instabilities and disasters in science and technology: Transl. From English. - M .: MIR, 1985 .-- 254 p.
4. ГОСТ Р ИСО 13849-1-2003.4. GOST R ISO 13849-1-2003.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010117000/09A RU2434326C1 (en) | 2010-04-29 | 2010-04-29 | Device for generating and transmitting safe control signals |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010117000/09A RU2434326C1 (en) | 2010-04-29 | 2010-04-29 | Device for generating and transmitting safe control signals |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2434326C1 true RU2434326C1 (en) | 2011-11-20 |
Family
ID=45316803
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2010117000/09A RU2434326C1 (en) | 2010-04-29 | 2010-04-29 | Device for generating and transmitting safe control signals |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2434326C1 (en) |
-
2010
- 2010-04-29 RU RU2010117000/09A patent/RU2434326C1/en active
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
TWI435436B (en) | Adaptive electrostatic discharge (esd) protection of device interface for local interconnect network (lin) bus and the like | |
US10672577B2 (en) | Signal conditioning circuit and a relay/circuit breaker control apparatus including such a signal conditioning circuit | |
US9302634B2 (en) | Local high voltage safety interlock for HV components in a vehicle with feedback to the vehicle system | |
US9645184B2 (en) | Watchdog circuit for ground monitor current sensing | |
US11215646B2 (en) | Absence of voltage detection device | |
JP6523181B2 (en) | Safety switching device and detection method of input signal thereof | |
CN103339727A (en) | Adaptive electrostatic discharge (ESD) protection circuit | |
EP3142222B1 (en) | Uninterrupted power supply with switchable reference | |
AU2007302649B2 (en) | Apparatus, systems and methods for reliably detecting faults within a power distribution system | |
US9627880B2 (en) | Electronic safety path | |
CN108429537B (en) | Photovoltaic inverter fault processing circuit and electronic equipment | |
RU2434326C1 (en) | Device for generating and transmitting safe control signals | |
US11239650B2 (en) | Digital input circuit for receiving digital input signals from a signal generator | |
US9257831B2 (en) | Electrical circuit for cutting off an electric power supply comprising transistors and fuses having redundant logic | |
CN206133294U (en) | Controller fault protection system | |
JP5416673B2 (en) | Signal transmission circuit, switching element drive circuit, and power conversion device | |
US9276395B2 (en) | Electric circuit for cutting off an electrical supply with relay and fuses | |
CN106486898B (en) | Circuit safety design method in secondary circuit of nuclear power plant switch cabinet | |
JP2010274832A (en) | Transmitter for track circuit | |
CN102946082A (en) | Realizing method for redundant communication by using double buses | |
US20170031400A1 (en) | System for controlling the electrical power supply of an aircraft | |
CN115436745A (en) | Circuit arrangement for emergency shutdown of standard insulation monitoring of an ungrounded power supply system upon detection of a ground fault | |
JP3951758B2 (en) | Earth leakage relay | |
JP2022172806A (en) | Protective relay device | |
JP2017055515A (en) | Malfunction prevention device |