Устройство передачи и приема информации по двухпроводной линии связи

 

Изобретение относится к информационно-измерительной технике и может служить основой при построении систем сброса информации о работающих исполнительных элементах, рассредоточенных по силовой сети постоянного напряжения, в которых провода питания используются в качестве информационной линии связи. Цель изобретения - снижение энергозатрат устройства. Устройство содержит двухпроводную линию связи, источник питания, датчик напряжения, передающую часть и определенное число приемных узлов. В каждый из приемных узлов введены два одновибратора и элемент ИЛИ, входы которого соединены с выходами одновибраторов, вход одного из которых соединен с выходом дешифратора команд, а вход другого - с вторым выходом формирователя адресов, причем выход элемента ИЛИ подключен к входу элемента оптической развязки. Отличительные от прототипа признаки обеспечивают запитку исполнительного элемента импульсным током, передаваемым по двухпроводной линии связи. Применение изобретения в электроавтоматике двигательной установки летательного аппарата при управлении электроклапанами позволит снизить энергозатраты, за счет того, что якорь электромагнита исполнительных элементов удерживается в рабочем положении импульсами тока, длительность которых устанавливает средний ток, достаточный для удержания электромагнита в положении срабатывания. 3 ил.

Изобретение относится к информационно-измерительной технике и может служить основой при построении систем сбора информации о работающих электропотребителях, рассредоточенных по силовой цепи постоянного напряжения, в которых проводники питания используются в качестве информационного канала связи.

Известно устройство для передачи сигналов по силовой электрической сети [1] , содержащее передающую часть, принимающий комплект и двухпроводную линию связи между ними (провод фазы и нулевой провод). Передающая часть, содержащая датчик фазы, формирователи импульсов, кодирующее устройство, ограничительный элемент, формирует кодо-модулированный сигнал в положительный полупериод напряжения промышленной частоты и передает ее в принимающий комплект, содержащий селектор сигналов, амплитудный селектор, коммутирующий элемент, цифроаналоговый преобразователь, преобразователь кода, дешифратор и исполнительный элемент.

К недостаткам известного устройства следует отнести необходимость его работы только от сети переменного тока, что ограничивает его применение в автономном варианте, в частности в электроавтоматике двигательных установок летательных аппаратов. Устройство управляет исполнительным элементом не в импульсном режиме, за счет чего увеличиваются его энергозатраты. Известно устройство, реализующее способ передачи данных по проводнику сети постоянного тока [2] . Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство передачи и приема информации по двухпроводной линии связи [3] . Существенным для прототипа является то, что параллельный код в приемной части преобразуется в синхронизированную последовательность, затем в сигналы постоянного тока, которые в контуре, образованном первым проводом линии связи, преобразователем напряжения в сигналы постоянного тока, вторым проводом линии связи, датчиком напряжения и источником тока, преобразуются в сигналы напряжения. Сигналы напряжения на уровне напряжения питания устройства передаются к приемным узлам, которые усиливают, преобразуют, реализуют избирательный способ приема команд и управляют исполнительным элементом.

Недостатком прототипа является высокое энергопотребление устройства при запитке исполнительного элемента через двухпроводную линию связи. В частности, при запитке электроклапана двигательной установки ток срабатывания электромагнита в среднем вдвое-втрое выше тока удержания якоря электромагнита в сработанном положении, чем объясняется высокое энергопотребление сработанного электромагнита клапана в режиме удержания.

Целью изобретения является снижение энергозатрат устройства.

На фиг.1 представлена функциональная схема устройства передачи и приема информации по двухпроводной линии связи; на фиг.2 - диаграмма функционирования устройства; на фиг.3 - эквивалентная электрическая схема включения исполнительного элемента 27, в качестве которого использован электроклапан двигательной установки летательного аппарата.

Устройство содержит проводники 1, 2 двухпроводной линии связи, источник 3 питания, датчик 4 напряжения, передающую часть и определенное число приемных узлов. Передающая часть содержит генератор 5 тока, подключенный к проводникам линии связи, в нагрузку которого включены стабилизатор 6 напряжения и последовательно соединенные шифратор 7 команд, преобразователь 8 параллельного кода в последовательный, формирователь 9 синхроимпульсов, делитель 10 напряжения, преобразователь 11 напряжения в сигналы постоянного тока, выход которого подключен к проводу 2 линии связи. Приемный узел содержит генератор 12 тока, подключенный к проводам линии связи, в нагрузку которого включен стабилизатор 13 напряжения и последовательно включенные согласующий фильтр 14, усилитель 15 напряжения, селектор 16 синхроимпульсов, преобразователь 17 последовательного кода в параллельный, формирователь 18 адресов, элемент 19 сравнения, дешифратор 20 команд, одновибраторы 21, 22, элемент ИЛИ 23, элемент 24 оптической развязки, усилитель 25 тока, трансформатор, элемент 26 коммутации, в нагрузку которого включен исполнительный элемент 27.

Изобретение иллюстрируется следующим примером конкретного исполнения. Источник 3 питания через датчик 4 напряжения обеспечивает запитку постоянным током передающую часть и требуемое число приемных узлов. Генератор 5 тока, в нагрузку которого включены 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 и стабилизатора 13 напряжения объясняется вышеописанным. Шифратор 7 команд выдает команду на управление исполнительным элементом в виде п-разрядного параллельного кода, который поступает в преобразователь 8 параллельного кода в последовательный. Последовательный код поступает в формирователь 9 синхроимпульсов для наполнения кода синхроимпульсами. Синхронизированный 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 напряжения, датчиком 4 напряжения, проводом 1, преобразователем 11 напряжения в сигналы постоянного тока и проводом 2. Сигналы постоянного тока на датчике 4 напряжения преобразуются в сигналы напряжения на уровне постоянного напряжения питания устройства. Преобразованный таким образом последовательный 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 согласующий фильтр 14 передают его в усилитель 15 напряжения. Усиленный код поступает в селектор 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 команд управления, основанного на выдаче адресов-кодов, строго соответствующих конкретному приемному узлу. Таким образом, параллельный код с выходов преобразователя 17 последовательного кода в параллельный поступает на входы первой группы элемента 19 сравнения, а с первых выходов формирователя 18 адресов поступает параллельный код на входы второй группы элемента сравнения. Формирователь 18 адресов периодически генерирует коды на включение или выключение исполнительного элемента. Сравнение кодов в элементе 19 сравнения является условием формирования последним команды в дешифратор 20 команд, которые связаны между собой двумя входами-выходами, одним на включение исполнительного элемента, другим на выключение. Дешифратор команд, в качестве которого может быть использован триггер, формирует команду в виде потенциального сигнала, который поступает на входы одновибраторов 21, 22 (фиг. 2а). Блоки с 21 по 26 реализуют способ запитки исполнительного элемента 27 импульсным током.

Смысл реализации управления исполнительным элементом 27 импульсным током заключается в следующем. Исполнительный 27 элемент, в качестве которого использован электроклапан двигательной установки, подключается через выходной транзистор элемента 26 коммутации к источнику тока. Якорь электромагнита клапана при токе срабатывания 1,5-2 А перемещается в другое положение, в котором его нужно удержать током меньшей величины. Для этого после срабатывания якоря электромагнита нужно либо выходной транзистор элемента 26 коммутации перевести в активную область с целью ограничения тока в обмотке электромагнита, либо перевести выходной транзистор в ключевой режим и импульсами тока задать средний ток, достаточный для удержания якоря электромагнита. Перевод выходного транзистора элемента коммутации в активную область невыгоден, так как на внутреннем сопротивлении транзистора будут потери, выделяемые в тепло. Целесообразно удерживать якорь электромагнита в рабочем положении импульсами тока, длительностью которых устанавливать средний ток, достаточный для удержания якоря электромагнита в положении срабатывания.

Блоки с 21 по 26 реализуют способ запитки электроклапана импульсным током следующим образом. Дешифратор команд подает сигнал на вход одновибратора 21 и разрешающий вход одновибратора 22, на вход которого подаются короткие импульсы (фиг. 2б) с второго выхода формирователя 18 адресов. Одновибратор 21 формирует импульс длительностью 0,3 с (фиг. 2в), одновибратор 22 формирует импульсы (фиг. 2г), длительность которых определяет средний ток в обмотке электромагнита клапана. Импульсы с выходов одновибраторов 21, 22 поступают на входы элемента ИЛИ 23, с выхода которого импульсы (фиг. 2д) через элемент 24 оптической развязки поступают на вход усилителя 25 тока, в качестве которого использован статический преобразователь тока. С выхода усилителя 25 тока сигналы управления через трансформатор поступают в элемент 26 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 25 тока, который обеспечивает через элемент оптической развязки и трансформаторную связь гальваническую развязку между кодо-преобразующим узлом и элементом коммутации. Элемент 26 коммутации осуществляет управление электроклапаном следующим образом.

На фиг.3 представлена эквивалентная электрическая схема включения исполнительного элемента, в качестве которого использован электроклапан двигательной установки: где 3 - источник тока, 4 - датчик напряжения, VT - выходной транзистор элемента 26 коммутации, R_эк и L_эк - активное и индуктивное сопротивления обмотки электромагнита клапана 27, VД1, VД2, R - диод, стабилитрон и резистор цепи искрогашения. На диаграмме е фиг.2 представлена характеристика изменения тока, коммутируемого устройством, при управлении электроклапаном, где t_ср - время срабатывания электромагнита клапана, определяемое как сумма t_тр (время трогания якоря) и t_дв (время движения якоря); i_тр - ток обмотки, при котором начинается движение якоря, I_у - установившееся значение тока, I_уд - ток удержания якоря электроклапана. На базу выходного транзистора VT элемента 26 коммутации подается управляющее напряжение (фиг. 2д). Первый импульс длительностью около 0,3 с, сформированный одновибратором 21, предназначен для включения электроклапана. В этом случае ток изменяется в соответствии с диаграммой е фиг.2, участок ожз, причем на участке ож по закону i(t)= I1-e, где Т - постоянная времени цепи, а на участке жз по закону i(t)= I_удe +I1-e, где Т₁ - постоянная времени цепи с измененной индуктивностью после изменения положения якоря. По окончании первого импульса на базу выходного транзистора поступает серия коротких импульсов, формируемых одновибратором 22 и предназначенных для формирования среднего тока, достаточного для удержания якоря электроклапана. В этом случае ток изменяется согласно диаграмме е фиг.2, участок зи. В скважность между импульсами ток i₁ в обмотке электроклапана уменьшается по экспоненциальному закону, протекая по цепи: индуктивность L_эк - резистор R_эк электроклапана 27, резистор R - стабилитрон VД2 - диод VД1 (фиг.3). В импульсе - ток i₂ в обмотке электроклапана экспоненциально возрастает, протекая по цепи: плюс источника 3 тока - провод 1 линии связи - индуктивность L_эк - резистор R_эк - коллектор - эмиттер транзистора VT - провод 2 линии связи - датчик 4 напряжения - минус источника 3 тока и т.д. Таким образом, длительностью импульсов в обмотке электроклапана устанавливается ток, достаточный для удержания якоря в сработанном положении. По получении приемным узлом команды на закрытие электроклапана дешифратор команд снимает потенциальный сигнал с разрешающего входа одновибратора (фиг.2а), тем самым блокирует подачу серии импульсов к элементу 26 коммутации. Ток в обмотке электроклапана экспоненциально уменьшается до нуля, якорь электроклапана переходит в исходное положение, что соответствует его закрытому состоянию.

Ток удержания якоря электромагнита, а также время срабатывания различных типов электроклапанов разные, например ток удержания якоря колеблется в пределах 9-500 мА, а время срабатывания 80-500 мс. Для этого в одновибраторах 21 и 22 предусмотрены перед монтажом на двигательную установку регулировки длительностей импульсов, которыми задают электрические параметры управления электроклапанами.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ПЕРЕДАЧИ И ПРИЕМА ИНФОРМАЦИИ ПО ДВУХПРОВОДНОЙ ЛИНИИ СВЯЗИ, содержащее включенные между проводами линии связи передающий и приемный узлы, передающий узел содержит стабилизатор напряжения и последовательно соединенные шифратор команд, преобразователь параллельного кода в последовательный, формирователь синхроимпульсов напряжения и преобразователь напряжения в сигналы постоянного тока, одни выводы питания которых подключены к первому проводу линии связи, а другие выводы питания объединены и через генератор тока соединены с вторым проводом линии связи, к которому подключен выход преобразователя напряжения в сигналы постоянного тока, приемный узел содержит усилитель напряжения, стабилизатор напряжения, селектор синхроимпульсов и преобразователь последовательного кода в параллельный, одни выводы питания которых подключены к первому проводу линии связи, а другие выводы питания объединены и через генератор тока соединены с вторым проводом линии связи, выход усилителя напряжения соединен с входом селектора синхроимпульсов и первым входом преобразователя последнего кода в параллельный, второй вход которого подключен к выходу селектора синхроимпульсов, отличающееся тем, что в передающий узел введены последовательно соединенные источник питания и датчик напряжения, включенные между проводами линии связи, и дополнительные приемные узлы, в каждый из которых введены элемент коммутации и формирователь адресов, элемент сравнения, дешифратор команд, первый и второй одновибраторы, элемент ИЛИ, элемент оптической развязки, усилитель тока, одни выводы питания последних подключены к первому проводу линии связи, а другие выводы питания объединены и через генератор тока соединены с вторым проводом линии связи, который через согласующий фильтр соединен с входом усилителя напряжения, выход преобразователя последовательного кода в параллельный соединен с входами первой группы элемента сравнения, входы второй группы которого подключены к входам группы формирователя адресов, выходы элемента сравнения соединены с входами дешифратора команд, выход которого подключен к входу первого и первому входу второго одновибраторов, второй вход последнего подключен к выходу формирователя адресов, выходы первого и второго одновибраторов через последовательно соединенные элемент ИЛИ и элемент оптической развязки соединены с входом усилителя тока, выход которого через трансформатор подключен к элементу коммутации, первый вывод которого соединен с вторым проводом линии связи, второй вывод является выходом каждого приемного узла.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3