Устройство передачи и приема информации по двупроводной линии связи

(21) 4 (22) 1 (46) 2 (71) Г 19124/2403.9108,93, Бюл. Мловное констризводственног орсков бюро Научбьединения "ЭнерСичовытарскоеобьедилева ния сооро Наив "Эне гия" и (56) А %13 (54)УС ИНФ ЛИН льство СССР9/02,1989ЕДАЧИ И ПРИЕМАДВУХПРОВОДНОЙ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР(ГОСПАТЕНТ СССР) 31С,В.Балакин и А,СГоловное конструпроизводственногом, акад, С.П,Коровторское свидете742 б 7, кл. О 08 СТРОЙСТВО ПЕРОРМАЦИИ ПОИИ СВЯЗИ( ) Изобретение относится к области информационно-измерительной техники и может служить основой при построении систем сбора информации о работающих злектропотребителях, в которых проводники питания используются в качестве информационной линии связи. Цель изобрете - повышение надежности, Устройство держит двухпроводную линию 1,3 связи, источник 3 питания, датчик 4 напряжения, передающую часть и приемные узлы. Блоки, образующие передающую часть, включены в нагрузку генератора 5 тока, включенного между проводами линии связи, аналогично, блоки, образующие каждый из приемных уз1836710 40 45 лов, включены в нагрузку других генераторов тока, В приемный узел включены и-по;ледовательно включенных удвоителей 24 напряжения, выход последнего из которых подключен к накопительному элементу 25 и является в 1 орым выводом каждого из приемных узлов, Параллельно источнику 3 пиИзобретение относится к области информационна-измерительной техники и может служить основой при построении систем сбора информации о работающих электропотребителях, рассредоточенных по сети постоянного напряжения, в которых проводники питания используются в качестве информационной линии связи.Целью изобретения является обеспечение работоспособности устройства при увеличении мощности сигнала управления, передаваемого по проводам линии связи преимущественно от системы управления динамическим объектом.Поставленная цель достигается тем, что двухпроводное устройство передачи и г 1 риема сигналов управления, содержащее двухпроводную линию связи, между проводами которой включены последовательно соединенные источник питания и датчик напряжения, передающую часть и определенное число приемных узлов, передающая часть содержит стабилизатор напряжения и последовательно соединенные шифратор команд, преобразователь параллельного кода в последовательный, формирователь синхроимпульсов, делитель напряжения и преобразователь напряжения в сигналы постоянного тока, одни выводы питания которых и первый вывод питания стабилизатора напряжения подключены к первому проводу линии связи, а другие выводы питания и второй вывод стабилизатора напряжения обьединены и через генератор тока соединены с вторым проводом линии связи, к которому подключен выход преобразователя напряжения в сигналы постоянного тока, каждый из приемных узлов содержит стабилизатор напряжения, усилитель напряжения, селектор синхроимпульсов, преобразователь последовательного кода в параллельный, формирователь адресов, элемент сравнения, дешифратор команд, усилитель тока, одни выводы питания которых соединены с первым проводом линии связи, а другие выводы питания объединены и через генератор тока подключены к второму проводу линии свя 5 10 15 20 25 30 35 тания подключен накопительный элемент 25, который при управлении элементом 23 коммутации разряжается на электропотребитель 26, за счет чего увеличивается мощность сигнала управления при обеспечении работоспособности устройства, 1 3.и. ф-л ы, 4 ил. зи, который через фильтр соединен с входом усилителя напряжения, выход которого соединен с входом селектора синхроимпульсов и первым входом преобразователя последовательного кода в параллельный, второй вход которого подключен к выходу селектора синхроимпульсов, выходы преобразователя последовательного кода в параллельный соединены с первой группой входов элемента сравнения, входы второй группы которого подключены к выходам формирователя адресов, выходы элемента сравнения соединены с входами дешифратора команд, который через элемент оптической развязки соединен с усилителем тока, усилитель тока через трансформатор соединен с элементом коммутации, первый выход которого подключен к второму проводу линии связи, а второй выход является первым выводом каждого приемного узла, в отличие от прототипа, в каждый из приемных узлов введены элемент развязки, и-удвоителей напряжения и накопительный. элемент, который одним выводом подключен к второму проводу линии связи. а вторым выводом через разделительный элемент подключен к первому проводу линии связи, причем выход формирователя адресов подключен к входам и-удвоителей напряжения, первые выводы питания которых обьединены и подключены к второму проводу линии связи, а второй вывод питания первого удвоителя напряжения подключен к первому проводу линии связи, причем выход каждого удвоителя напряжения подключен к второму выводу питания последующего удвоителя напряжения, а выход последнего подключен к второму выводу питания накопительного элемента и является вторым выводом каждого приемного узла,Устройство отличается тем, что удвоитель напряжения выполнен в виде элемента оптической развязки, состоящей из светодиода и фототранзистора, причем один вывод светодиода является входом удвоителя напряжения, другой вывод светодиода соединен с эмиттерами фототранзистора и первого транзистора и является первым выводом питания удвоите 1836710ля напряжения, первый ограничительный элемент, один вывод которого соединен с эмиттером второго транзистора, первымивыводами первого элемента развязки и первого накопительного элемента, является вторым выводом питания удвоителя напряжения, другой вывод первого ограничительного элемента подключен к коллекторуфототранзистора, и через второй и третий ограничительные элементы подключен со ответственно к базам первого и второго транзисторов, коллекторы которых обьединены и через второй накопительный элемент подключены к второму выводу первого элемента развязки и первому выводу второ го элемента развязки, второй вывод которого соединен с вторым выводом первого накопительного элемента и является выходом удвоителя напряжения,На фиг,1 представлена структурная схе ма двухпроводного устройства передачи и приема сигналов управления; на фиг.2 - структурная схема удвоителя напряжения устройства согласно фиг,1; на фиг,З - электрическая принципиальная схема примера исполнения удвоителя напряжения согласно фиг.2 с указанной полярностью напряжения питания; на фиг,4 - характеристика изменения тока, коммутируемого устройством согласно фиг,1. ЗОПредставленную на фиг,1 структурную схему двухпроводного устройства передачи и приема сигналов управления обеспечивают два провода 1 и 2 линии связи, источник 3 питания, датчик 4 напряжения, передаю- З 5 щая часть и определенное число приемных узлов. Передающая часть содержит генератор 5 тока, в нагрузку которого включены стабилизатор 6 напряжения и последовательно включенные шифратор 7 команд, 40 преобразователь 8 параллельного кода в по. следовательный, формирователь 9 синхроимпульсов, делитель 10 напряжения, преобразователь 11 напряжения в сигналы постоянного тока, выход которого подклю чен к проводу 2 линии связи. Приемный узел содержит генератор 12 стабильного тока, в нагрузку которого включены стабилизатор 13 напряжения и последовательно включенные фильтр 14, усилитель 15 напряжения, 50 селектор 16 синхроимпульсов, преобразователь 17 последовательного кодв в параллельный, формирователь 18 адресов, элемент 19 сравнения, дешифратор 20 команд, элемент 21 оптической развязки, усилитель 22 55 тока, который через трансформатор подключен к элементу 23 коммутации, один выход которого подключен к проводу 2 линии связи, другой выход является выводом 1 приемного узла, причем и-удвоители 24 напряжения включены последовательно тэ ким образом, что выход г 1 редыдущего удвоителя напряжения соединен с входам последующего, выход последнего из которых через накопительный 25 элемент подключен к проводу 2 линии связи и через элемент 26 развязки - к проводу 1 линии связи, кроме того выход последнего удвоителя напряжения является выводом 2 приемного узла. К выводам 1 и 2 каждого приемного узла подключается электропотребитель 27,Представленный на фиг,2 удвоитель напряжения содержит элемент 28 оптической развязки, вход которого является входом удвоителя напряжения. выход элемента оптической развязки через ограничительный 29 элемент включен между выводами 1 и 2 питания, причем через ограничительные 30 и 31 элементы базы транзисторов 32 и 33 подключен к ограничительному 29 элементу, а их коллекторы объединены и через накопительный элемент 34, элемент 35 развязки, накопительный 36 элемент подключены к элементу 37 развязки и являются выходом удвоителя напряжения.На фиг.З представлена электрическая принципиальная схема примера исполнения удвоителя напряжения согласно фиг.2 с обозначением полярности напряжения питания, где к выводу питания 2 подается плюс, к выводу питания 1 - минус, ограничительные элементы 29,21, 32,выполненные в виде резисторов В 1, В 2 и КЗ, накопительные 34, 36 элементы - в виде конденсаторов С 1. С 2, разделительные 35, 37 элементы - в виде диодов 901, Ч 02, транзисторы 32, 33 обозначены на схеме через ЧТ 1, ЧТ 2,Устройство работает следующим образом. Источник 3 питания через датчик 4 напряжения обеспечивает запитку передающей части и определенное число приемных узлов, Генератор 5 тока, в качестве нагрузки которого вкиючены блоки с 6 по 11, образующие передающую часть, обеспечивает ей стабильный ток питания, стабилизатор 6 напряжения обеспечивает стабильное напряжение в нагрузке генератора 5 тока. Аналогичное структурное исполнение приемных узлов в плане включения генератора 12 тока. в качестве нагрузки которого включены блоки с 15 по 22 и стабилизатор напряжения, обьясняется вышеописанным, Шифратор 7 команд выдает сигнал управления злектропотребителем в виде параллельного кода, который поступает в преобразователь 8 параллельного кода в последовательный, Последовательный код поступает в формирователь 9 синхроимпульсов для наполнения кода синхроимпульсами. Синхро"низированный последовательный код через делитель 10 напряжения поступает а преобразователь 11 напряжения в сигналы постоянного тока, где осуществляется преобразование напряжения в сигналы постоянного тока, которые формируются в контуре, образованном источником 3 питания, датчиком 4 напряжения, проводником 1, преобразователем 11 напряжения в сигналы постоянного тока и проводником 2, Сигналы постоянного тока на датчике 4 напряжения преобразуются в сигналы напряжения на уровне постоянного напряжения питания. Преобразованный таким образом кода виде переменной составляющей напряжения на уровне постоянного напряжения питания передается по проводам линии связи к приемным узлам, Передаваемый код принимают все приемные узлы устройства, которые через фильтр 14 подают его в усилитель 15 напряжения,.Усиленный код поступает в се-. лектор 16 синхроимпульсов для выделения синхропоследовательности, после чего выделенная синхропоследовательность и усиленный последовательный код поступают в преобразователь 17 последовательного кода в параллельный. Формирователь 18 адресов обеспечивает реализацию избирательного способа приема сигналов управления, основанного на выдаче адресных кодов, соответствующих конкретному поиемному узлу, Таким образом сигнал управления параллельного кода поступает на входы первой группы элемента 19 сравнения, а с выхода формирователя 18 адресов поступает код на входы второй группы элемента 19 сравнения. Формирователь 18 адресов генерирует периодически коды на управление электропотребителем (электро- потребитель рассматривается в широком смысле, как постоянного удержания, так и импульсный). Сравнение кода с сигналом управления в элементе 19 сравнения является условием формирования последним команды в дешифратор 20 команд, которые связаны между собой двумя входами-выходами, один на подключение злектропотребителя к напряжению, другой на отключение. Дешифратор 20 команд через элемент 21 оптической развязки подает сигнал в усилитель 22 тока, который через трансформатор формирует управляющий сигнал на элемент 23 коммутации, Практика управления автоматикой двигательной установки летательного аппарата показывает, что для надежного ее функционирования необходима гальваническая развязка кодо- преобразующих узлов от элемента коммутации. С этой целью в устройство введен усилитель 22 кода, который обеспечивает40 45 50 55 через элемент 21 оптической развязки и трансформатор гальваническую развязку между кодо-преобразующим узлом и элементом коммутации, На входы и-удвоителей 24 напряжения поступает последовательность импульсов от генератора импульсов, конструктивно расположенного в формирователе 18 адресов, на выводы питания пердовательность импульсов преобразует подводимое к выводам питания напряжение Б в напряжение величиной 20, которое с выхода удвоителя 24-1 поступает на вход последующего удвоителя 24-2 напряжения, Удвоитель 24-2 напряжения аналогичным образом удваивает напряжение до величины 40 и подает его к последующему, С последнего удвоителя 24-и напряжения напряже 25 элементу, который заряжается до уровня напряжения, подводимого к выводу 2 приемного узла, Элемент 26 развязки предотвращает разряд накопительного 25 элемента через провод 1 линии связи и другие узлы устройства, Последовательно включенные удвоители 24-и напряжения, подключенные к накопительному 25 элементу, служат для увеличения мощности сигнала управления, прикладываемого к обмотке электропотребителя через элемент 24 коммутации при его управлении, При этом энергия запасенная накопительным 25 элементом из электрической преобразуется в электромагнитную, последняя в механическую, вследствие чего увеличенная мощность подводимого сигнала управления уменьшает время управления электррпотребителем,Поставленная на фиг.2 структурная схема удвоителя напряжения работает следующим образом, На выводы 1, 2 питания подается напряжение, через ограничительные элементы 29, 30 к базе транзистора 33 подается напряжение смещения и транзистор 33 аткрывается. В этом случае по цепи: вывод 2 питания - элемент 35 развязки - накопительный 34 элемент - коллектор - змиттер транзистора 33 - вывод 1 питания, происходит заряд накопительного 34 элемента, На вход удвоителя напряжения подается. последовательность импульсов, которая поступает на вход элемента 28 оптической развязки. Последний включается и по цепи вывод 2 питания - ограничительйый 29 элемент - элемент 28 оптическойразвязки - вывод 1 питанияпротекает ток. Падение напряжения на ограничительном 29 элементе через ограничительный 31 элемент создает смещение для транзистора 32 и закрывает транзистор 33. После этоо осуществляется разряд накопительного 34 элемента по цепи; первый вывод накопительного 34 элемента - элемент 37 развязки - накопительный 35 элемент - эмиттер - коллектор транзистора 32 - второй вывод накопительного 34 элемента, Таким образом при разряде накопительного 34 элемента осуществляется заряд накопительного 36 элемента. По заднему ф ронту импул ьса, поступающего на вход элемента 28 оптической развязки транзистор 33 открывается, а транзистор 32 закрывается, вследствие чего осуществляется заряд накопительного 34 элемента и т.д, Таким образом к выходу удвоителя напряжения по отношени 1 о к его выводу 1 питания прикладывается напряхсение, состоящее из суммы напряжений на накопительных 34, 26 элементах, что соответствует удвоенной величине напряжения, подаваемого к выводам 1, 2 питания,На фиг,З представлена электрическая принципиальная схема примера исполнения.удвоителя напряжения согласно фиг.2 с указанной полярностью напряжения питания. К выводу 1 приложен минус, к выводу 2 - плюс напряжения питания, в качестве ограничительных 29, ЗО, 31 элементов использованы резисторы В 1, 82, ВЗ соответственно, в качестве накопительных 34, 36 элементов - конденсаторы С 1, С 2 соответственно, в качестве элементов 35, 37 развязки - диодь 1 Ч 01, Ч 02 соответственно, в качестве транзисторов 32, ЗЗ - транзисторы ЧТ 2, ЧТ 1 типов р-и-р и и-р-и соответственно. При этом заряд конденсатора С 1 осуществляется по цепи: вывод 2 питания - диод Ч 01 -- конденсатор С 1 - коллектор-эмиттер трэнзистора ЧТ 1 - вывод 1 питания, а заряд конденсатора С 2 - по цепи: первый вывод конденсатора С 1 - диод Ч 02 - конденсатор С 2 - эмиттер - коллектор транзистора ЧТ 2 - другой вывод конденсатора С 1,Увеличение мощности сигнала управления, передаваемого по проводам линии связи, уменьшает время срабатывания электропотребителя на величину, котору 1 о можно оценить по характеристике согласно фиг,4.На фиг,4 представлена характеристика изменения тока. коммутируемого устройством согласно фиг.1 для управления электро- клапаном, как постоянного удержания, так и импульсным, Характеристика 1 отображает изменение тока в обмотке электроклапана при использовании прототипа, характери стика 2 отображает лэл 1 енение тока при ис. пользовании предлагаемого устгюйстнд. Количество последовательно вклнчаинках УДВОИтЕЛЕй НВПРяжЕНИЯ, СООтвт ТСТВЕННО мощность с 1 гнала управления. запасенная накопительным 25 элементом, определяется требованиями, г 1 редьявленными к онкретным электроклапанам. А именно, ЭЛЕКтрОКЛаПаНЫ, ОбЕСПЕЧИВВЮЩИЕ ЭКСтренное выключение двигателнои установки при возникновении нештатной ситуации. должны иметь время срабатывания (1 р) около 50 мс. Время срабатывания аждого злектРоклапана включает вРемЯ тРоганиЯ 11 тр) и время движения (1 дв) якоря в другое положение, т.е. для характеристик 1 и 2 будет соответствовать Время срабатывания 51015 1 ср 1 = Ьр 1 +1 лв 1 20 Тср 2 = ттр 2 + Тдв 2 25 30 35 40 45 50 55 гДа 1 тр - ток обмотки, г 1 Ри котоРом начинается движение якоря;1 у 1 - установившееся значение тока для характеристики 11 у 2(т) - установившееся значение тока для характеристики 2;1 о - ток обмотки при крайнем положении якоря электроклапана.Учитывая то, что аналитический расчет динамических характеристик электромагнитов оцень сложен и что процесс разрядки накопительного 25 элемента, в качестве которого использован конденсатор, на обмотку электроклапана является переходным процессом в цепи второго порядка, то для простоты описания сущности изобретения, накопительный 25 элемент рассмотрим как второй источник питания, Тогда при подключении обмотки электроклапана через элемент 23 коммутации к источнику 4 питания, в цепи первого порядка возникнет переходный процесс, который описывается ниже - приведенными уравнениями, При этом напряжение другого источника питания, в качестве которого использован накопительный 25 элемент, экспоненциально уменьшится до Величины напряжения источника 4 питания . Установившееся значение тока Обозначим через 1 ф), которое будет изменяться также по экспоненциальному закону.Напряжение, на которое заряжен накопительный 25 элемент, через элемент 23 коммутации прикладывается к обмотке электроклапана, При этом формируется ток11 =- 1 уф)11 - е )стр 21,р -- у 2(1) (1 - е ),10 откуда: 1 11 тр 2 = - П -й1 т 1 +2(1 - е т) где Т - постоянная времени цепи.Этот ток соответствует на характеристике 2 участку Оа 2, Время нарастания тока от 0 До тр есть вРемЯ тРогаииЯ (ттр 2). Ток трогания Время трогания пропорционально постоянной времени Т и зависит от отношения тр/у 2(т). ПРи Увеличении у 2(1) вРемЯ тРога- ниЯ УменьшаетсЯ, у 2(1) зависит от величины емкости накопительного 25 элемента и уровня напряжения, на которое зарядится накопительный элемент. Как только начинается движение якоря (точка а 2 согласно фиг,4) зазор уменьшается и индуктивность увеличивается. Зависимость тока от времени соответствует участку а 2 б 2 согласно характеристике 2. В точке 62, соответствующей крайнему положению якоря, уменьшение тока прекращается, время срабатывания ар заканчивается, Далее ток меняется по зако- ну где Т - постоянная времени цепи с измененной индуктивностью, Зависимость тока от времени со сработанным электромагнитом соответствует участку б 2 в 2, т.е, ток приближается к установившемуся значению у 1, Итак, при увеличении мощности сигнала управления время трогания якоря электроклапана уменьшается,Использование предлагаемого двухпроводного устройства передачи и приема сигналов управления способствует достижению следующего технико-экономического эффекта:уменьшение времени срабатывания электропотребителя до требуемой величины, Это имеет принципиальное значение применительно, в частности кдвигательным установкам летательных аппаратов, в которых время срабатывания электроклапана носит критический характер, Поэтому соответствие времени срабатывания требуемому значению гювышает при возникновении нештатной ситуации живучесть летательного аппарата, соответственно стенда или стартового комплекса; 20 25 30 35 40 45 50- обеспечение напряжения питания заявленного устройства при увеличении мощности сигнала управления, передаваемого по проводам линии связи, на том же уровне, как у прототипа, чем обеспечивается работоспособность устройства и достигается цель изобретения, Увеличение мощности сигнала управления сокращает время срабатывания электропотребителя, тем самым повышается эффективность управления динамическим объектом. Формула изобретения 1. Устройство передачи и приема информации по двухпроводной линии связи,содержащее включенные между проводами линии связи и последовательно соединенные,источник питания и датчик напряжения, передающую часть и приемные узлы, передающая часть содержит стабилизатор напряжения и последовательно соединенные шифратор команд, преобразователь параллельного кода в последовательный, формирователь синхроимпульсов, делитель напряжения и преобразователь напряжения в сигналы постоянного тока, первые выводы питания которых и первый вывод питания стабилизатора напряжения подключены к первому проводу линии связи, вторые выводы питания объединены и через генератор тока соединены с вторым проводом линии связи, к которому подключен выход преобразователя напряжения в сигналы постоянного. тока, каждый из приемных узлов содержит стабилизатор напряжения, усилитель напряжения, селектор сиихроимпульсов, преобразователь последовательного кода в параллельный, формирователь адреса, элемент сравнения, дешифратор команд, усилитель тока, первые выводы питания которых соединены с первым проводом линии связи, вторые выводы питания объединены и через генератор тока подключены к второму проводу линии связи, который через фильтр соединен с входом усилителя напряжения, выход которого соединен с входом селектора синхроимпульсов и первым входом преобразователя последовательного кода в параллельный. второй вход которого подключен к выходу селектора синхроимпульсов, выходы преобразователя последовательного кода в параллельный соединены с первой группой входов элемента сравнения. входы второй группы которого подключены к выходам формирователя адресов, выходы элемента сравнения соединены с входами дешифратора команд, который через элемент оптической развязки соединен с усилителем тока, усилитель тока через трансформатор соединен с эле1 л 13 1836710уаы лилгода рментом коммутации, первый выход которого подключен к второму проводу линии связи, второй выход является первым выводом приемногоузла,отличающееся тем, что, с целью повышения надежности, в каж дый из приемных узлов введены элемент развязки, и удвоителей напряжения и накопительный элемент, который одним выводом подключен к второму проводу линии связи, вторым выводом через разделительный эле мент - к первому проводу линии связи, при-. чем выход формирователя адресов подключен к входам и удвоителей напряжения, первые выводы питания которых объединены и подключены к второму проводу 15 линии связи, второй вывод питания первого удвоителя напряжения подключен к первому проводу линии связи, причем выход каждого удвоителя напряжения подключен к второму выводу питания последующего уд воителя напряжения, а выход последнего подключен к второму выводу питания накопительного элемента и является вторым выводом каждого приемного узла.2,устройствопоп,1, отличающее с я тем, что удвоитель напряжения выполнен в виде элемента оптической развязки, состоящего из светодиода и фототранзистора, причем один вывод светодиода является входом удвоителя напряжения, другой вывод соединен с эмиттерами фотот анзистора и первого транзистора и является первым выводом питания удвоителя напряжения, первый ограничительный элемент. один вывод которого, соединенный с эмиттером второго транзистора, первыми выводами первого элемента развязки и первого накопительного элемента, является вторым выводом питания удвоителя напряжения, другой вывод первого ограничительного элемента подключен к коллектору фото- транзистора и через второй и третий ограничительные элементы соответственно к базам первого и второго транзисторов, коллекторы которых объединены и через второй накопительный элемент подключены к второму выводу первого элемента развязки и первому выводу второго элемента развязки, второй вывод которого соединен с вторым выводом первого накопительного элемента и является выходом удвоителя напряжения. Алое1836710Составитель С, Балакинедактор Н, Козлова Техред М,Моргентал Корректор Л,Пилип Заказ 3022 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035. Москва. Ж, Раушская наб 4/5оизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород. ул.Гагарина, 101