Устройство передачи и приема информации по двупроводной линии связи

 

Изобретение относится к области информационно-измерительной техники и может служить основой при построении систем сбора информации о работающих электропотребителях, в которых проводники питания используются в качестве информационной линии связи. Цель изобретения - повышение надежности. Устройство содержит двухпроводную линию 1.Ј связи, источник 3 питания, датчик 4 напряжения, передающую часть и приемные узлы. Блоки, образующие передающую часть, включены а нагрузку генератора 5 тока, включенного между проводами линии связи, аналогично, блоки, образующие каждый из приемных уз

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) (21) 4919124/24 (22) 13,03.91 (46) 23,08.93, Бюл. ¹ 31 (71) Головное конструкторское бюро Научно-производственного обьединения "ЭнерГия (72) С,B.Áàëçêèí и А,С,Сичовый (73) Головное конструкторское бюро Научно-производственного обьединения "Энергия" им, акад, С.П,Королева (56) Авторское свидетельство СССР № 13742б7, кл. G 08 С 19/02,1989 (54)УСТРОЙСТВО ПЕРЕДАЧИ И ПРИЕМА

ИНФОРМАЦИИ ПО ДВУХПРОВОДНОЙ

ЛИНИИ СВЯЗИ. Ы«1836710 АЗ (si)s G 08 С 19/02 (57) 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 изобретения — повышение надежности. Устройство содержит двухпроводную линию 1,3 связи, источник 3 питания, датчик 4 напряжения, передающую часть и приемные узлы. Блоки, образующие передающую часть, включены в нагрузку сеНерВТорВ 5 тока, включенного между проводами линии связи, аналогично, блоки, образующие каждый из приемных уз1836710

45 юв, включены в нагрузку других генератоооВ тока, В приемный узел включены fl по;ледавательно включенных удвоителей 24 напряжения, выход последнего из которых подключен к накопительному элементу 25 и является в1 Орым выводом каждого из при емных 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 г1риема 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 абьединены 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 «ереэ генератор тока подключены к второму проводу линии свя5

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 з.п. ф-лы, 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 удвоите1836710 ля напряжения, первый ограничительный элемент, один вывод которого соединен 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 фототранзистора, и через второй и третий ограничительные элементы подключен со- "0 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 второго элемента развязки, второй-вывод которого соединен с вторым выводом первого накопительного элемента и является выходом удвоителя напряжения, На фиг.1 представлена структурная схе- 20 ма двухпроводного устройства передачи и приема сигналов управления; на фиг.2— структурная схема удвоителя напряжения устройства согласно фиг,1; на фиг.3 — электрическая принципиальная схема примера исполнения удеоителя напряжения согласно фиг.2 с указанной полярностью напряжения питания; на фиг,4 — характеристика изменения тока, коммутируемого устройством согласно фиг.1. ЗО

Представленную 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- 35 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 последовательный, формирователь 9 синхроимпульсов, делитель 10 напряжения, преобразователь 11 напряжения е сигналы постоянного така, выход которого подклю- 45 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 1l последовательного коде в параллельный, формирователь 18 адресов. элемент

19 сравнения, дешифратор 20 команд, элемент 21 оптической развязки. усилитель 22 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, чта выход предыдущего 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 транзисторое 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.3 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 R1, R2 i R3, накопительные 34, 36 элементы — в виде конденсаторов

С1. С2, разделительные 35, 37 элементы — в виде диодов VD1, VD2, транзисторы 32, 33 обозначены на схеме через ЧТ1, VT2, 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 вкиочены блоки с 6 по 11, образующие передающую часть, обеспечивает ей стабиль:uA 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 электропотребителем е виде параллельного кода, который поступает в преобразователь 8 параллельного кода в последовательный. Последовательный код поступает в формирователь 9 синхроимпульсов для наполнения када синхроимпульсами. Синхра1836110 низированный последовательный код через делитель 10 напряжения поступает в преобразователь 11 напряжения в сигналы постоянного тока, где осуществляется преобразование напряжения в сигналы постоянного тока, которые формируются в контуре, образованном источником 3 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 код в виде переменной составляющей напряжения на уровне постоянного напряжения питания передается по проводам линии связи к приемным узлам, Передаваемый код принимают все приемные узлы устройства, которые через 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 приемному узлу, Таким образом сигнал управления параллельного кода поступает на входы первой группы элемента t9 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 (электропотребитель 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 кодопреобразующих узлов от элемента коммутации. С этой целью в устройство введен усилитель 22 кода, который обеспечивает вого удвоителя 24-1 напряжения поступает

10 напряжение питания U устройства. После20 ) ние величиной 2nxU поступает к накопительному

Я2п х U — 1}

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 U в напряжение величиной 2U, которое с выхода удвоителя 24-1 поступает на вход последующего удвоителя 24-2 напряжения, Удвоитель 24-2 напряжения аналогичным образом удваивает напряжение до величины 4U и подает его к последующему, С последнего удвоителя 24-и напряжения напряже25 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 оптической

1636710

5

1вр1 = Ьр1 +1лв1

?О

1ср2 = ттр2 + дв2 развязки — вывод 1 питания„протекает ток.

Падение напряжения нз ограничительном

29 элементе через ограничительный 31 элемент создает смещение для транзистора 32 и закрывает транзистор 33. После это о 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 фронту импульса, 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 отношени1о к его выводу 1 питания прикладывается напряхсение, состоящее из суммы напря>кений на накопительных 34, 26 элементах, что соответствует удвоенной величине напряжения, подаваемого к выводам 1, 2 питания.

На фиг,3 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 R1, R2, ВЗ соответственно, в качестве накопительных 34, 36 элементов — конденсаторы С1, С2 соответственно, в качестве элементов 35, 37 развязки — диоды VD1,- V02 соответственно, в качестве транзисторов 32, ЗЗ вЂ” транзисторы

VT2, VT1 типов р-и-р и и-р-и соответственно.

При этом заряд конденсатора С1 осуществляется по цепи: вывод 2 питзния — диод Ч01— — конденсатор С1 — коллектор-эмиттер транзистора VT1 — вывод 1 питания, а заряд конденсатора С2 — по цепи: первый вывод конденсатора С1 — диод VD2 — конденсатор

С2 — эмиттер — коллектор транзистора VT2 — другой вывод конденсатора С1, Увеличение мощности сигнала управления, передаваемого по проводам линии связи, уменьшает время срабатывания электропотребителя на величину, котору1о можно оценить по характеристике согласно фиг,4.

На фиг,4 представлена хаРактеристика изменения тока. коммутируемого устройством согласно фиг.1 для управления электроклапаном, как постоянного удержания, так и импульсным. Характеристика 1 отображает изменение тока в обмотке электроклапана при использовании прототипа, характери25

55 стикз 2 отображает изменени" тока при использовании предлзтземо о устгюйствз. Количество последовательно вклт>.в»них удвоителей напряжения, соответстве»но мощность сигнала управления. запасенная накопительным 25 элеме»том, определяется требованиями, предьявленнь.ми к кo»v;— ретным электроклапз»зм. А именно, электроклапаны, обеспечивающие экстренное выключение двигательнои установки при возникновении нештатной ситуации. должны иметь время срабатывз»ия (1гр) около 50 мс. 8ремя срабатывания каждого злектРОКЛалаНа ВКЛЮЧавт ВРЕМЯ тРОГЗНИЯ {1тр) И время движения (1дв) якоря в другое положение, т.е. для характеристик 1 и 2 будет соответствовать время срабзтывз»ия где тр — ток обмотки, при котором начинается движение якоря;

Iy1 — УСтаНОВИВШЕЕСЯ ЗНачЕНИЕ тОКЗ ДЛЯ характеристики 1;

1у2(С) — УстановившеесЯ значение тока для характеристики 2:

L — ток обмотки при крзйнем положении якоря электроклапана.

Учитывая то, что аналитический расчет динамических xàpàктеристик электромзг»èтов очень сложен и что процесс разрядки накопительного 25 элемента, в качестве которого использован конденсатор, на обмотку электроклапанз является переходным процессом в цепи второго порядка, то для простоты описания сущности изобретения, накопительный 25 элемент рассмотрим кзк второй источник литания, Тогда лри 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

I,,„(".), которое будет изменяться также по экспо»енциальному закону.

Напряжение, на которое заряжен накопительный 25 элемент, через элемент 23 коммутации прикладывается к обмотке электроклзпана. При этом формируется ток ! ,.(,){1 т ) 1836710

10 тР2 ()(1 т откуда: г + Iy (t)(1 — e т> ) 55 где Т вЂ” посгояииая времени цепи.

Этот ток соответствует на характеристике 2 участку Оар, Время нарастания тока от 0 до lrp есть время трогэиия (trpb). Ток трогэния

Время трогания пропорционально постоянной времени Т и зависит от отношения тр/ly2(t). При увеличении Ip(t) время трогания уменьшается, lyg(t) зависит от величины емкости накопительного 25 элемента и уровня напряжения, на которое зарядится накопительный элемент. Как только начинается движение якоря (точка аг согласно фиг.4) зазор уменьшается и индуктивность увеличивается. Зависимость тока от времени соответствует участку э262 согласно характеристике 2. В точке 62, соответствующей крайнему положению якоря, уменьшение тока прекращается, время срабатывания tcp заканчивается, Далее ток меняется по закону где Tt — постоянная времени цепи с измененной индуктивностью. Зависимость тока от времени со сработанным электромагнитом соответствует участку 6/82, т.е, ток приближается к установившемуся значению ly<, 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 гювышаег при возникновении нештатной ситуации живучесть летательного аппарата, соответственно стенда или стартового комплекса;

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 эле1836710

J, указы

numovuH g7 g

gaea/ ментом коммутации, первый выход которого подключен к второму проводу линии связи, второй выход является первым выводом приемногоузла,отл ич а ю ще ес я тем, что, с целью повышения надежности, в каж- 5 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- 10 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- 20 воителя напряжения, а выход последнего подключен к второму выводу питания накопительного элемента и является вторым выводом каждого приемного узла.

2.устройствопоп,1, отличающее- 25 с я тем, что удвоитель напряжения выполнен в Виде элемента Опти 1еско!1 разяязки, состоящего из светодиода и фототранзистора, причем один вывод светодHîäý является входом удвоителя напряжения, другой вывод соединен с эмиттерами фототранзисто.ра и первого транзистора и является первым выводом питания удвоителя напряжения, первый ограничительный элемент. один вывод которого, соединенный с эмиттером второго транзистора. первыми вывода.ли первого элемента развязки и первого накопительного элемента, является вторым выводом питания удвоителя напряжения, другой вывод первого ограничительного элемента подключен к коллектору фототранзистора 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 егорым выводом первого накопительного элемента и является выходом удвоителя напряжения. 4л У

1836710! 1 (ср

I ср

ФУе 4

Составитель С. Балакин

Техред M,Moðãåíòàï Корректор Л.Пилипенко

Редактор Н, Козлова

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 3022 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035. Москва. Ж-35, Раушская наб.. 4/5