Устройство для передачи информации

,У;.Р 8 ь Т ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР(72) Г,Е.Иванченко и Р, Н.Хрисчев (Во) (56) Авторское свидетельство СССР М 1332352, кл. 6 08 С 19/02, 1988.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ(57) Изобретение относится к телемеханике и может быть использовано для сигнализации наступления различных событий, регистрируемых преобразователями код - аналог, установленными на обьектах контроля. Цель изобретения - повышение помехоустойчивости и информационности, Устройство содержит нэ передающей стороне кодовое реле 1, кодовые провода 2 линии связи, информационные провода 4 линии связи, и на приемной стороне - генератор 13 импульсов, делитель 14 частоты, задатчик 15 кода, аналого-цифровой преобразователь 22, блок 23 индикации, блок 1 б питания, контрольный провод 8 линии связи, реле 9, резистор 6, блок 5 сигнализации. стабилизатор 17 тока, аналоговыйвычитэтель 18, блок 19 выборки - хранения, реле 20, Устройство осуществляет передачу информации в двух тактах. В первом такте преобразователь код-аналог шунтируется замыкающим контактом реле на передающей стороне и сигнал в виде уровня напряжения, формируемого резистором для контроля, и сопротивлением линии связи, запоминается устройством выборки - хранения и одновременно отображается блоком индикации. Поскольку уровен ь нап ряжения, формируемого резистором для контроля, заранее известен, то если сигнал, отображаемый блоком индикации, ниже определенного уровня, то произошел пробой изоляции линии связи, а если сигнал максимальный, то произошел обрыв линии связи. Во втором такте контакт реле на передающей стороне размыкается, и сигнал в виде уровня напряжения, поступающий на приемной стороне, формируется резистором для контроля, сопротивлением линии связи и преобразователем код-аналог. Из этого сигнала аналоговым вычитателем вычитается сигнал, поступивший в первом такте и хранимый устройством выборки-хранения, поэтому сигнал, отображаемый блоком индикации, в точности соответствует состоянию ключей преобразователя код-аналог. Таким образом, устройство в двух тактах осуществляет передачу сигналов телесигнализации, формируемых преобразователем код-аналог, полностью устраняя влияние на передаваемую информацию сопротивления линии связи и токов утечки, и одновременно с этим производит контроль зэ состоянием линии связи,1 з.п; ф-лы, 2 ил 1 табл.Изобретение относится к телемеханике и может быть использовано для сигнализации наступления различных событий, регистрируемых преобразователями код-аналог, установленными на объектах контроля, Предназначается для работы в системах управления технологических процессов.Целью изобретения является повышение помехоустойчивости и информационности путем полной компенсации влияния сопротивления линии связи и.токов утечки на передаваемую информацию при одновременном повышении надежности передачи информации за счет параллельного контроля за состоянием линии связи,На фиг.1 изображена функциональная схема устройства для передачи информации; на фиг.2 - временная диаграмма его 10 15 20 работы.Устройство для передачи информациисодержит кодовое реле 1, кодовые проврда2 линии связи, контакты кодового реле 3,информационные провода 4 линии связи;преобразователь код-аналог 5, резистор дляконтроля 6, контакт кодового реле 7, контрольный провод 8 линии связи, реле 9, резисторы 10 и контакты 11 преобразователякод-аналог 5, контакт 12 реле 9, генератор 30импульсов 13, делитель частоты 14, задатчик кода 15, блок питания 16, стабилизатортока 17, аналоговый вычитатель 18, устрой-ство выборки-хранения 19, реле 20 и егоконтакт 21, аналого-цифровой преобразова. тель 22 и блок индикации 23,На временной диаграмме см, фиг,2) пооси 24 показана очередность следованияимпульсов, вырабатываемых генераторомимпульсов 13, по оси 25 - делителя частоты 4014, по оси 26 - задатчика кода 15, по оси 27- срабатывания кодового реле 1 и замыкания его контактов 3 и 7, по оси 28 - срабатывания реле 9 и замыкания его контакта 12,по оси 29 - время срабатывания реле 20 и 45размыкания его контакта 21, а по оси 30 и31" продолжительность. первого и второготакта передачи информации соответственно.Устройство для передачи информациивключает в себя на передающей сторонекодовое реле 1, к входам которого подключены кодовые 2 провода линии связи; первые выводы первого и второго замь 1 кающихконтактов 3 кодового реле 1 соединены соответственно с первым и вторым информационными проводами 4 линии связи, авторой вывод первого замыкающего контакта Э кодового реле 1 - с первым выходомпреобразователя код-аналог 5, Второй выход преобразователя код-аналог 5 через резистор для контроля 6 подсоединен к второму выводу второго замыкающего контакта 3 кодового реле 1. Первый вывод третьего замыкающего контакта 7 кодового реле 1 соединен с контрольным проводом 8 линии связи, а второй вывод замыкающего контакта 7 кодового реле 1 подключен к входу реле 9. Преобразователь код-аналог включает элементы сигнализации, каждый из которых состоит из резистора 10 и размыкающего. контакта 11, причем первый вывод резистора 10 соединен с первым выводом раэмыкающего контакта 11, а второй вывод резистора 10 вместе с вторым выводом раэмыкающего контакта 11 соединен с первыми выводами резистора 10 и размыкающего контакта 11 следующего элемента сигнализации, Первые выводы резистора 10 и размыкающего контакта 11 первого элемента сигнализации подключены к второму выводу первого замыкающего контакта 3 кодового реле 1 и первому выводу замыкающего контакта 12 реле 9, а второй вывод контакта 12 соединен вместе с вторыми выводами резистора 10 и размыкающего контакта 11 последнего элемента сигнализации с первым выводом резистора для контроля 6, второй вывод которого подключен к второму выводу второго замыкающего контакта 3 кодового реле 1.На приемной стороне располагается генератор импульсов 13, выход которого включен через делитель частоты 14 и задатчик кода 15 к кодовым проводам 2 линии связи, Первый полюс блока питания 16 соединен с первым выводом стабилизатора тока 17, второй вывод которого подключен к первому информационному проводу 4 линии связи, а второй полюс блока питания 16 соединен с вторым информационным проводом 4 линии связи. Первый и второй информационный провод 4 линии связи подключены к первому и второму выводам прямого входа аналогового вычитателя 18 и соответственно к первому и второму выводам информационного входа устройства выборки-хранения 19, Управляющий вход устройства выборки-хранения 19 вместе с контрольным проводом 8 линии связи соединен с выходом генератора импульсов 13 и входом реле 20. Выход устройства выборки-хранения 19 соединен через размыкающий контакт 21 реле 20 с инвертирующим входом аналогового вычитателя 18, выход которого включен к входу аналого-цифрового преобразователя 22, а его выход - к входу блока индикации 23. Устройство работает следующим образом, 1815668Генератор импульсов 13, в качестве которого может быть использован, например, мультивибратор, генерирует прямоугольные импульсы, как показано на фиг.2 (по оси 24), Делитель частоты 14 удваивает продолжительность импульса (см. фиг.2, ось 25), и подает его на задатчик кода 15. например, двоичный счетчик, который выставляет на кодовые провода 2 линии связи код (см. фиг.2, ось 26), соответствующий опрашиваемому преобразователю код-аналог 5, Продблжительность импульса, формируемого генератором импульсов 13, в два раза меньше периода опроса выбранного преобразователя код-аналог 5 и соответствует первому такту передачи информации (см, фиг.2, ось 30), Продолжительность второго такта передачи информации равна продолжительностью первого такта и соответствует паузе между импульсами генератора 13 (см, фиг.2, ось 31),При выставлении на кодовые провода 2 задатчиком кода 15 кодовой комбинацией преобразователя код-аналог 5, срабатывает соответствующее ему кодовое реле 1 и своими замыкающими контактами 3 (см. фиг,2, ось 27) подключает к информационным проводам 4 линии связи опрашиваемый преобразователь код-аналог 5. а замыкающим контактом 7 - контрольный провод 8 к реле 9, По контрольному проводу 8 на вход реле 9 поступает напряжение и замыкающий контакт 12 реле 9 шунтирует элементов сигнализации преобразователя код-аналог 5. От блока питания 16 по информационным проводам 4 линии связи протекает стабилизированный ток 1,т, формируемый стабилизатором тока 17. На прямом входе аналогового вычитателя 18, и информационный вход устройства выборки- хранения 19 поступает напряжение:01 = 1 ст(Ял + Я 6), (1) где 1 ст - ток стабилизатора тока 17;Ял - сопротивление информационных проводов 4 линии связи;Я 6 - сопротивление резистора для контроля 6.В то же время на управляющий вход устройства выборки-хранения 19 поступает сигнал высокого уровня и устройство 19 запоминает уровень напряжения 01, Реле 20 тоже находится под напряжением и его размыкающий контакт 21 отсоединяет выход устройства выборки-хранения 19 от инвертирующего входа аналогового вычитателя 18. Поэтому напряжение на выходе аналогового вычитателя 18 равно входному 01, Напряжение преобразуется в цифровом виде аналого-цифровым преобразователем 22 и отображается блоком индикации 23,Уровень напряжения 01 позволяет одновременно с передачей информации осуществлять контроль за состоянием линиисвязи,5 Если это напряжение меньше заданного, т.е.01 Ок, (2)Гдв Ок = 1 ст,Я 6 - КОНтрОЛЬНОЕ НаПряжЕНИЕ,которое заранее определено, то произошел10 пробой изоляции информационных проводов 4 линии связи,Если напряжение 01 максимальное, т.е.01 = Опах, (3)где Оллх - максимальное выходное напря 15 жение операционною усилителя, на котором построен аналоговый вычитатель 18, топроизошел обрыв информационных проводов 4 линии связи,Таким образом в первом такте передачи20 информации, определяемом продолжительностью импульса генератора импульсов 13,во-первых запоминается информация в виде напряжения, формируемого сопротивлением информационных проводов 4 и25 резистором для контроля б, и во-вторых контролируется состояние линии связи,По окончании импульса генератора импульсов 13, начинается второй такт опросапреобразователя код-аналог 5, На прием 30 ной стороне замыкается контакт 21 реле 20:снимается напряжение с управляющеговхода устройства выборки-хранения 19 ионо переходит из режима слежения е режимхранения, На передающей стороне раз 35 мыкается контакт 12 реле 9 и поинформационным проводам 4 линии связина прямой вход аналогового еычитателя 18поступает напряжение:02 = 1 ст(Ял+ Я 6+ Яс), (4)40 где Яс - общее сопротивление резисторов10 элементов сигнализации преобразователя код-аналог 5, для которых сработали соответствующие контакты 11 сигнализации,На инвертирующий вход аналогового45 вычитателя 18 поступает от устройства выборки-хранения 19 напряжение 01, т,к, контакт 21 реле 20 замкнут. Поэтому на выходеаналогового еычитателя 18 напряжение равняется:50 016 = Ог - 01. (5)Учитывая формулы (1) и (4), определяем:018 = 1 стЯс (б)т,е. напряжение на выходе аналогового вычитателя точно соответствует состоянию55 ключей сигнализации. Это напряжение преобразуется аналого-цифровым преобразователем 22 и отображается блокоминдикации 23,Так в втором такте из полученного полиниям связи сигнала вычитывается паде 1815668вых проводах 2 линии связи кода следующе 30 го преобразователя код-аналог 5, цикл повторяется для очередного объекта контроля,Предлагаемое устройство для передачи информации может быть применено для те 35 лесигнализации наступления разнообразных событий.Рассмотрим пример реализации устройства. Стабилизатор тока 17 собран на базе ао схемы стабилизатора тока высокой точности. В качестве транзистора р-и-р типа применен транзистор КТ 361 В, а и-р-и типа - КТ 315 В; стабилитроны типа КС 133 А и диоды КД 509 А, Подбором резисторов (около 60 45 кОм) добиваемся 1 ст = 0,1 мА. Резистор обратной связи 7,5 МОм обеспечивает погрешность стабилизации в диапазоне изменения напряжения питания 8 - 24 В не более 0,10,.50Источник питания 16 обеспечивает питание схемы постоянным напряжением +24 В,Аналоговый вычитатель 18 собран по известной схеме. Схема построена на базе операционного усилителя типа К 153 УД 5 и четырех резисторов по 10 кОм.Устройство выборки-хранения 19 реализует функцию аналоговой памяти и собрано по известной схеме, на операционном усилителе типа 140 УД 12, транзисторах типа ние напряжения на сопротивлении информационных проводов 4 линии связи и резистора для контроля 6; полученный сигнал полностью соответствует состоянию ключей 11 опрашиваемого преобразователя 5 код-аналог 5,В два такта (два приема) в течение времени опроса преобразователя код-аналог 5 предлагаемое устройство для передачи информации позволяет полностью скомпенси ровать влияние на передаваемую информацию сопротивления линии связи и токов утечки и одновременно контролировать состояние информационных проводов линии связи, Этим определяется более высокая помехоустойчивость и надежность предлагаемого устройства по сравнению с известными, При этом возможно снизить уровень младших разрядов преобразователя код-аналог и соответственно формируемого ими напряжения, и тем самым увеличить информационную емкость передаваемой информации,После окончания импульсов, формируе мых задатчиком кода 15, наступает пауза такой же продолжительности как и период опроса (см. фиг,2) и отключаются контакты кодового реле 1. При выставлении на кодоКП ЗОЗА и типа КТ 315 А, и резисторах - по схеме 100, 82, 30 и 130 кОм соответственно. Такая реализация устройства обеспечивает время выборки напряжения 20 В с точностью 0,16 равно 5 мкс, а скорость спада выходного напряжения в режиме хранения не превышает 0,01 ф за 1 мс.В качестве реле 20 и 9 на приемной и передающей стороне соответственно применены реле язычкового типа (герконы) типа РЭС, Выводы обмотки реле соединяются с контрольным проводом линии связи и выводом "0" кодового реле.Для повышения быстродействия и надежности переключения успешно вместо реле могут быть применены диодные опто- пары,Линия связи (2, 4 и 8), как и в прототипе, представляет десятипарный телефонный кабель, сопротивление проводов которого меньше 50 Ом/км, или для протяженности линии 10 км принимаем сопротивление линии 1 кОм. В качестве контрольного провода использован один из запасных проводов кабеля, поэтому введение контрольного провода не требует дополнительных работ и затрат на прокладку,Аналого-цифровой преобразователь преобразует напряжение в диапазоне 0 - 10 В с точностью 0,005 В,Преобразователь код-аналог (датчик сигнализации) построен на элементах сигнализации, каждый из которых состоит из резистора и шунтирующего его размыкаю- щего контакта сигнализации, Если контакт разомкнут, т.е, произошло событие, в линию включается соответствующий ему резистор, на котором падает определенное напряжение, которое и поступает на приемную сторону. Сопротивление резисторов соотносится как 1:2:4:8:16:32 и т.дт,е, сопротивление каждого резистора определяется по формуле:р. = р 1.2 д, (7)где и-номер элемента сигнализации преобразователя код-аналог;Я 1 - сопротивление резистора младшего разряда преобразователя,Максимальное напряжение на приемной стороне будет, если все ключи разомкнуты и пооадвательносоециненывсерезисторы.Общеесопротивление определяется по формуле.йпах = 81=(2-1) (8)где в-число разрядов(элементов сигнализации),Иэ характеристик аналого-цифрового преобразователя и условия 1 ст = 0,1 мА, максимальное сопротивление линии связи и преобразователя код-аналог не должно превышать 100 кОм, а минимальное - не менее 50 ОмЛледовательно, общее соп ротивле 1815668 105 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 ние резисторов элементов сигнализации ирезистора для контроля не может превышать 99 кОм, так как сопротивление линиисвязи йл = 1 кОм.Погрешность стабилизации выбранного стабилизатора тока не превышает 0,1 ф,Поэтому погрешность передачи напряжения Ь О не превышает 0,01 В (при Ь = 0,1мА и Впах = 100 кОм),Для обеспечения надежной передачиинформации принимаем;01 3 ЛО, (9)где 01 - напряжение младшего разряда преобразователя код-аналог, падающее на резисторе младшего элемента сигнализации;Л О - максимальная погрешность передачи напряжения,В качестве преобразователя код-аналогиспользован восьмиразрядный преобразователь, параметры которого указаны в таблице,Общее сопротивление резисторов поформуле (8) составляет 89,25 кОм, Резистордля контроля В 6 = 5 кОм, и общее сопротивление датчика сигнализации составляет94,25 кОм.Итак в первом такте опроса преобразователя код-аналог. код которого выставленна кодовых жил, напряжение на приемнойстороне формируется сопротивлением резистора для контроля и линии связи, поскольку элементы сигнализациишунтируются, Напряжение колеблется отминимального, в том случае когда протяженность линии связи минимальна:01 во =0,1,10 .5,10 =0,5 В, (10)до максимального (при протяженности линии связи 10 км):01 щах = 0,1,10 .(5+1).10 = 0,6 В. (11)Это напряжение записывается устройством выборки-хранения и одновременноотображается блочном индикации.Если напряжение, отображаемое блоком индикации меньше 0,5 В, то произошелпробой изоляции или короткое замыкание)проводов линии связи, а если напряжение10 В, то произошел обрыв линии.Во втором такте опроса напряжение,поступающее на приемной стороне формируется сопротивлением линии связи, резистора для контроля и резисторамипреобразователя код-аналог и находится вдиапазоне0,5029,525 В.Из этого напряжения вычитаегся аналоговым вычитателем напряжение, сохраняемое устройством выборки-хранения. Этотсигнал полностью соответствует состояниюэлементов сигнализации. Для обеспечения надежной передачи информации необходимо обеспечить продолжительность каждого такта, в два раза большую времени аналого-цифрового преобразования, т,е.тта 2(12) где т, - продолжительность каждого такта опроса;т - продолжительность аналого-цифрового преобразования.Применяемая схема устройства выборки-хранения обеспечивает выборку напряжения 1 В меньше чем за 1 мкс, а время аналого-цифрового преобразования составляет 60 мкс. Поэтому предлагаемая схема реализации устройства для передачи информации обеспечивает надежную работу при продолжительности опроса каждого датчика сигнализации (преобразователя код-аналог) свыше 0,3 мс.Предлагаемое устройство для передачи информации может быть реализовано без контрольного провода линии связи и дополнительного реле на передающей стороне. Шунтирование преобразователя код-аналог в этом случае производит третий замыкающий контакт с регулируемым времени включения. Время включения этого контакта равно продолжительности первого такта передачи информации, Однако такое решение устройства существенно снижает быстродействие и надежность передачи информации.Помехоустойчивость устройства для передачи информации характеризуется способностью противостоять вредному влиянию помех и степенью соответствия переданного сигнала принятому. Основная погрешность передачи информации устройствами интенсивности напряжения вносится изменением температурой окружающей среды, так как сопротивление проводов линии связи увеличивается на 4 ь при увеличении температуры на 10 С для медных проводов линии связи, При изменении температуры от -40 до +40 С, сопротивление линии связи изменяется на 32, что в рассмотренном примере составит 320 Ом. Тепловые процессы протекают достаточно медленно и для указанном быстродействии устройства изменение сопротивления линии связи практически полностью компенсируется. Кроме того предлагаемое устройство для передачи информации компенсирует влияния на передаваемой информации токов утечки.В итоге предлагаемое устройство позволяет повысить помехоустойчивость более чем в 10 раз, Это и являетсяпредпосылкой для снижения напряжения младших разрядов преобразователя коданалог и .увеличение числа разрядов до восьми (у прототипа - шесть), и тем самым повышает информационную емкость сигнала телесигнализации на 25.Поскольку предлагаемое устройство позволяет сразу обнаружить возникающую неисправность линии связи, надежность передачи информации и всей системы телемеханики значительно выше,Формула изобретения 1. Устройство для передачи информации, содержащее генератор импульсов, задатчик кода, блок питания, первый вывод которого соединен с входом стабилизатора тока, аналого-цифровой преобразователь, блок индикации, реле, выход задатчика кода соединен с кодовым проводом линии связи; блок индикации, на передающей стороне - кодовое реле, вывод обмотки которого соединен с кодовым проводом линии связи, первые выводы первого и второго контактов кодового реле соединены соответственно с первым и вторым информационными проводами линии связи, второй вывод первого контакта кодового реле подключен к первому входу блока сигнализации, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения помехоустойчивости и информативности, в него введены на приемной стороне делитель частоты, блок выборки и хранения, аналоговый вычитатель, выход генератора импульсов соединен с выводом обмотки реле, тактовым входом блока выборки и хранения, контрольным проводом линии связи и через делитель частоты - с входом задатчика кода, первый и второй выводы контакта реле соединены соответственно с выходом блока выборки и хранения и инвертирующим входом аналогового вычитателя, выход которого через аналого-цифровой преобразователь подключен к входу блока индикации, второй вывод блока питания и выход стабилизатора подключены соответственно к первым и вторым информационным входам блока выборки и хранения и аналогово го вычитателя, второй вывод блока питаниясоединен с первым информационным проводом линии. связи, выход стабилизатора тока соединен с вторым информационным проводом линии связи, на передающей сто роне введены реле и ограничительный резистор, второй вывод второго контакта кодового реле соединен с первым выводом ограничительного резистора, первый и второй выводы третьего контакта кодового реле соединены соответственно с контрольным приводом линии связи и выводом обмотки реле, контакт которого подключен своим первым выходом к первому входу блока сигнализации, второй вывод контакта реле соединен с объединенными вторым и третьим выходами блока сигнализации и вторым выводом ограничительного резистора.2.Устройство поп.1,отлича ющеес я тем, что блок сигнализации содержит группу преобразователей кода в аналог, каждый из которых выполнен на параллельно подключенных резисторе и размыкаюЗ 0 щем контакте, объединенные первыевыводы резистора и размыкающего контакта первого преобразователя кода в аналог являются первым входом блока, вторые выводы резисторов и размыкающего контакта 35 каждого предыдущего преобразователя кода в аналог соединены с первыми выводами резисторов и размыкающих контактов каждого последующего преобразователя кода в аналог, кроме последнего, объединенные 40 вторые выводы резистора и размыкающегоконтакта последнего преобразователя кода в аналог являются соответственно вторым и третьим выходами блока,1815668ОСоставитель Г. Иванченко Редактор Техред М.Моргентал Корректор Л, Пилипенк каз 1637 . Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж-ЗЬ, Раушская наб., 4/5оизводственно-издательский комбинат "Патент". г. Ужгород, ул.Гагарина,