Устройство контроля параметров

 

Изобретение относится к сложным изделиям автоматики, вычислительной техники и может быть использовано в управляющих вычислительных комплексах, информационно-управляющих комплексах и автоматизированных системах управления технологическими процессами. Технический результат заключается в повышении достоверности функционального контроля за счет наличия функций самоконтроля и точности измерения в части учета сопротивления параллельно соединенных разомкнутых контактов. Технический результат достигается за счет того, что в устройство, содержащее распределитель управляющих сигналов, измерительный преобразователь, блок обработки, задатчик уставок, коммутатор и АЦП, введены измерительный источник питания постоянного напряжения, два измерительных преобразователя, два имитатора, два ключа, два управляемых делителя напряжения, неуправляемый делитель напряжения, блок связи, общая локальная шина устройства, соединенные комплексом соответствующих связей, что позволяет повысить эффективность и функциональную надежность систем автоматизации производства. 1 з.п. ф-лы, 13 ил., 1 табл.

Предлагаемое устройство относится к сложным изделиям автоматики, вычислительной техники, робототехники и может быть использовано в управляющих вычислительных комплексах (УВК), информационно управляющих комплексах (ИУК) и автоматизированных системах управления технологическими процессами (АСУТП).

Известно устройство для контроля сопротивления изоляции электрических цепей [1] , содержащее коммутатор, источник постоянного напряжения, элемент сравнения, усилитель мощности, диод, опорный резистор, конденсатор, стабилизатор тока и блок фиксации окончания переходного процесса.

Принцип действия устройства основан на сравнении падения напряжения на опорном резисторе, обусловленного протеканием токов утечки по цепи испытуемая жила кабеля - экран с опорным напряжением, рассчитанным на номинальное значение сопротивления изоляции с последующей выдачей сигнала в блок контроля о состоянии сопротивления изоляции.

Однако в данном устройстве не определяется абсолютная величина сопротивления изоляции, а она во многих случаях прогнозирует время исправной работы данной цепи в ближайшее время; кроме того устройство не имеет функций самоконтроля, т.е. нет требуемой достоверности результатов контроля электрических цепей.

Наиболее близким к существу предлагаемого изобретения является устройство для централизованного контроля параметров, содержащее блок преобразователей и блок управления, задатчик уставок, коммутатор, первый и второй регистры, блок обработки результатов контроля, блоки регистрации, звуковой сигнализации и индикации, аналого-цифровой преобразователь, блок контроля изоляции датчиков, переключатель и связи между ними [2].

Однако данное устройство не обладает достаточной точностью, т.к. при измерении к сопротивлению изоляции добавляется параллельно подключенное сопротивление разомкнутых контактов коммутатора подключения к объекту и не обеспечивает режима самоконтроля устройства.

Целью изобретения является повышение достоверности функционального контроля за счет наличия функций самоконтроля и точности измерения в части учета сопротивления параллельно соединенных разомкнутых контактов.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство контроля параметров, содержащее распределитель управляющих сигналов, первый измерительный преобразователь, блок обработки результатов, задатчик уставок, коммутатор, аналого-цифровой преобразователь, выход измерительного преобразователя соединен с первым входом аналого-цифрового преобразователя, первая группа выходов распределителя управляющих сигналов подключена к входу управления коммутатора, восьмая группа выходов распределителя управляющих сигналов соединена с входом управления аналого-цифрового преобразователя, входы коммутатора суть входы устройства, введены измерительный источник питания, второй и третий измерительные преобразователи, первый и второй имитаторы, первый и второй ключи, первый и второй управляемые делители напряжения, неуправляемый делитель напряжения, блок связи, общая локальная шина устройства, к которой подключены входами-выходами распределитель управляющих сигналов, блок обработки результатов, блок связи, аналого-цифровой преобразователь, выход коммутатора соединен с входами первого ключа, выход которого, объединенный с выходами первого и второго имитаторов, подключен к входу третьего измерительного преобразователя, к входам управления первого ключа подключен третий выход распределителя управляющих сигналов, первый выход третьего измерительного преобразователя соединен с входом второго ключа и с первым входом второго управляемого делителя напряжения, управляющие входы первого и второго имитаторов подключены соответственно к второму и четвертому выходам распределителя управляющих сигналов, входы первого и второго имитаторов, отрицательный полюс измерительного источника питания и первый вход неуправляемого делителя соединены с общим проводом устройства, управляющие входы второго управляемого делителя подключены к пятой группе выходов распределителя управляющих сигналов, управляющий вход второго ключа соединен с шестым выходом распределителя управляющих сигналов, выход второго ключа соединен с входом первого измерительного преобразователя, объединенный первый выход первого измерителя, выход неуправляемого делителя и выход второго управляемого делителя подключены к входу первого управляемого делителя, вход управления которого соединен с седьмым выходом распределителя управляющих сигналов, выход первого управляемого делителя соединен с положительным полюсом измерительного источника питания, выход третьего измерительного преобразователя подключен к третьему входу аналого-цифрового преобразователя, второй выход неуправляемого делителя соединен с входом второго измерительного преобразователя, первый выход которого подключен к второму входу неуправляемого делителя напряжения, второй выход второго измерительного преобразователя соединен с вторым входом аналого-цифрового преобразователя, выход задатчика уставок подключен к входу блока обработки результатов, второй вход-выход блока связи является входом-выходом устройства.

Введение в устройство измерительного источника постоянного напряжения, второго и третьего измерительных преобразователей, двух имитаторов, двух ключей, двух управляемых делителей напряжения, одного неуправляемого делителя напряжения, блока связи, общей локальной шины устройства с соответствующей совокупностью связей, известных и вновь введенных, для соединения узлов и блоков, входящих в ограничительную и отличительную части формулы, позволяют повысить достоверность контроля сопротивления изоляции с помощью устройства, повысить абсолютную точность измерения величины сопротивления изоляции.

Указанные существенные признаки, характеризующие сущность заявляемого технического решения, не известны в подобной совокупности и взаимосвязи в настоящее время для устройств контроля параметров.

Аналог, характеризующийся идентичностью всем существенным признакам изобретения в ходе проведенных исследований, не обнаружен, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию "Новизна".

Существенные признаки не могут быть представлены как комбинация, выявленная из известных решений с реализацией в виде отличительных признаков для достижения технического результата, откуда следует вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию "Изобретательский уровень".

В связи с тем, что заявляемое техническое решение разрабатывалось для использования в реальных и конкретных системах, а указанная совокупность признаков достаточно подробно раскрыта в виде технической реализации, представленной в системе и подтверждающей возможность ее осуществления с достижением технического результата, изобретение соответствует требованию критерия "Промышленная применимость".

Работа устройства будет ясна из чертежей, представленных на фиг. 1 - 13: на фиг. 1 представлена схема устройства контроля параметров; на фиг. 2 - схема распределителя управляющих сигналов; на фиг. 3 - схема первого управляемого делителя напряжения; на фиг. 4 - схема второго управляемого делителя напряжения; на фиг. 5 - схема неуправляемого делителя напряжения; на фиг. 6 - схема контактного коммутатора; на фиг. 7 - схема аналого-цифрового преобразователя; на фиг. 8 - схема первого и третьего измерительных преобразователей; на фиг. 9 - схема второго измерительного преобразователя;
на фиг. 10 - схема блока обработки результатов;
на фиг. 11 - схема блока связи;
на фиг. 12 - алгоритм функционирования устройства;
на фиг. 13 - обобщенная схема измерений.

Устройство контроля параметров (фиг. 1) содержит коммутатор контактный 1, измерительный источник питания постоянного напряжения 2, первый и второй ключи 3, 6, первый, второй и третий измерительные преобразователи 4, 13, 11, аналого-цифровой преобразователь 5, первый и второй управляемые делители напряжения 8, 7, первый и второй имитаторы 9, 10, распределитель управляющих сигналов 14, блок обработки результатов 15, задатчик уставок 16, блок связи с системой 17, выход измерительного преобразователя 4 соединен с первым входом аналого-цифрового преобразователя 5, первая группа выходов распределителя 14 подключена к входу управления коммутатора 1, восьмая группа выходов распределителя 14 соединена с входом управления преобразователя 5, входы коммутатора 1 являются входами 19 устройства, к общей локальной шине 18 устройства подключены входами-выходами распределитель 14, блок 15, блок 17 связи, аналого-цифровой преобразователь 5, выход коммутатора 1 соединен с входом первого ключа 3, выход которого, объединенный с выходами имитаторов 9 и 10, подключен к входу третьего преобразователя 11, к входу управления первого ключа 3 подключен третий выход распределителя 14, первый выход - выход подключения третьего преобразователя 11 соединен с входом второго ключа 6 и с входом второго делителя 7, управляющие входы первого и второго имитаторов 9 и 10 подключены соответственно к второму и четвертому выходам распределителя 14, входы имитаторов 9 и 10, отрицательный полюс источника 2 и первый вход неуправляемого делителя 12 соединены с общим проводом устройства, управляющие входы делителя 7 подключены к пятой группе выходов распределителя 14, управляющий вход ключа 6 соединен с шестым выходом распределителя 14, выход ключа 6 соединен с входом измерительного преобразователя 4, первый выход преобразователя 4, объединенный с выходом делителя 7, делителя 12, подключены к входу делителя 8, вход управления которого соединен с седьмым выходом распределителя 14, выход делителя 8 соединен с положительным полюсом источника 2, выход преобразователя 11 подключен к третьему входу преобразователя 5, второй выход делителя 12 соединен с входом преобразователя 13, первый выход которого подключен к второму входу делителя 12, второй выход преобразователя 13 соединен с вторым входом преобразователя 5, выход задатчика 16 подключен к входу блока 15, второй вход-выход блока 17 является входом-выходом 20 устройства.

Распределитель управляющих сигналов 14 (фиг. 2) содержит задатчик адреса 21, регистр базового адреса 22, первый и второй регистры состояния контактов 23, 24, буфер адреса 25, селектор адреса модуля 26, дешифратор адреса 27, регистр управляющего слова 28, дешифратор номера столбца 29, дешифратор номера строки 34, усилители 30, 35, матрицу реле 31, буфер управляющих сигналов 32, буфер данных 33, приемо-передатчик данных 36, регистр состояния и управления 37, узел управления формирователем 38, формирователь 39, буфер 25 подключен к группе разрядов адреса общей локальной шины устройства своими входами-выходами, первый выход буфера 25 соединен с первым входом селектора 26, второй выход буфера 25 подключен к входу дешифратора 27, выход задатчика 21 адреса соединен с вторым входом селектора 26 и с первым входом регистра 22, второй вход которого подключен к первому выходу дешифратора 27, второй и третий выходы которого соединены с первыми входами соответственно первого и второго регистров 23, 24, первый выход матрицы 31 подключен к вторым входам первого и второго регистров 23, 24, выход селектора 26 соединен с первым входом буфера 32 и с вторым входом дешифратора 27, четвертый выход дешифратора подключен к второму входу регистра 28, к первому входу буфера 33 и к второму входу узла управления 38, пятый выход дешифратора 27 соединен с первым входом регистра 37, первый выход буфера 32 подключен к третьему входу регистра 28 и первому входу узла 38, второй выход буфера 32 соединен с первым входом приемо-передатчика 36 и с вторым входом буфера 33, выход регистра 28 подключен к первому входу дешифратора 29, к первому входу дешифратора 34, к третьему входу узла 38 и к третьему входу буфера 33, первый выход регистра 37 соединен с четвертым входом узла 38, первый и второй выходы которого подключены соответственно к первому входу формирователя 39 и к второму входу регистра 37, выход формирователя 39 соединен с вторыми входами дешифраторов 29, 34, выходы дешифраторов 29 и 34 подключены соответственно к первой и второй группе усилителей 30 и 34, выходы которых соединены с первым и вторым входами матрицы 34 и с сигналами первой группы выходов 41-1 распределителя управляющих сигналов, выходы матрицы 31 - суть выходные сигналы управления второй - восьмой групп распределителя управляющих сигналов, входы и третий выход буфера 32, входы-выходы приемо-передатчика 36 являются входами-выходами распределителя управляющих сигналов 14 со стороны общей локальной шины устройства, внутренняя локальная шина 42 соединена с выходами регистра 22, входами регистра 28, выходами буфера 33, входами-выходами регистра 37 и вторыми входами-выходами приемо-передатчика 36, выходами регистров 23 и 24.

Первый управляемый делитель 8 напряжения (фиг. 3) состоит из последовательно соединенных резисторов 42-1 ^oC 42-4, входов трех параллельно подключенных управляющих сигналов 41-7 из седьмой группы выходных сигналов распределителя 14, шины выхода 43 на блок 2, последовательно соединенного с выходом резистора 42-1, входа 44 от неуправляемого делителя 12.

Второй управляемый делитель напряжения 7 (фиг. 4) состоит из соединенных резисторов 45-1 ^oC 45-9, входов девяти параллельно подключенных управляющих сигналов 41-5 из пятой группы выходных сигналов распределителя 14, вторые контакты всех входов объединены между собой, конденсаторов 46-1, 46-2 шины выхода 47.

Неуправляемый делитель напряжения 12 (фиг. 5) состоит из последовательно соединенных резисторов 49-1, 49-2 шины входа 51 от общей шины устройства, шина выхода 50 на делитель 8, она же - шина выхода на блок 13, шины 53 входа из блока 13.

Коммутатор контактный 1 (фиг. 6) состоит из матрицы реле 31, в состав которой входят 16 двухобмоточных реле, представленных как 16 реле включения (замыкания) Р₁₁ ^oC Р₄₄ и 16 реле выключения (размыкания) Р₁₁ - Р₄₄, их контактов КР₁₁ ^oC КР₄₄ (54-1 ^oC 54-16), образующих коммутатор, шины 55 выхода, шин 19 входов в коммутатор, являющихся шинами входов в устройство, шин входов 41-1 на матрицу реле, являющихся сигналами первой группы входных сигналов распределителя 14.

Аналого-цифровой преобразователь 5 (фиг. 7) содержит приемо-передатчик данных 56, приемник 57 адреса и сигналов управления, приемо-передатчик 58 двенадцатиразрядного кода преобразования, опознаватель 59 адреса модуля, регистр 60 адреса входного сигнала, дешифратор 61 команд, формирователь 63 сигнала ХАСК, формирователь 62 адреса входного сигнала, формирователь 65 сигналов управления АЦП и ЦАП, коммутатор 64 входных сигналов, первый АЦП 67-1, второй АЦП 67-2, входные фильтры 66, цифроаналоговый преобразователь 70, формирователь 68 кода АЦП, индикаторы 69 кода АЦП, совокупность входных сигналов 72 на вход фильтра 66 образует шину первого входа, выходы фильтра 66 соединены с входом коммутатора, на вход которого дополнительно подключен выход ЦАП 70, вход управления коммутатора 64 соединен с выходом формирователя 62, выход коммутатора подключен к входам обоих АЦП 67-1, 67-2, вход формирователя 62 соединен с выходом регистра 60, вход регистра 60 подключен к входам-выходам приемо-передатчика 56, соединенным с входами-выходами приемо-передатчика 58, вторые входы-выходы приемо-передатчика, входы четырех команд и шин адреса, подключенные к приемнику 57, выход команды ХАСК из формирователя 63 составляют шины 71 подключения к общей локальной шине устройства, выход команды приемника 57 соединен с входами дешифратора 61 и формирователя 63, выход адреса приемника 57 подключен к входу опознавателя 59, первый выход опознавателя 59 соединен с вторым входом дешифратора 61, выход дешифратора 63 подключен к входу формирователя 65, первый выход формирователя 65 соединен с вторым входом первого АЦП 67-1, второй выход формирователя 65 подключен к третьему входу АЦП 67-1, второму входу АЦП 67-2, первому входу ЦАП 70, выход приемо-передатчика 58 соединен с вторым входом ЦАП 70, выходы АЦП 67-1 и 67-2 подключены соответственно к первому и второму входам формирователя 68, первый выход формирователя 68 соединен с входом приемо-передатчика 58, второй и третий выходы формирователя 68 подключены соответственно к первому и второму входам индикатора 69.

Измерительные преобразователи первый и третий (фиг. 8) имеют одинаковую структуру и состоят из узла контроля 73, предусилителя 74, выходного усилителя 75, стабилизатора тока (для третьего измерительного преобразователя) или напряжения (для первого измерительного преобразователя) 76, узла 77 гальванической развязки, преобразователя 78 напряжения, шины 79 входа, шины 80 выхода, причем шина 79 подключена к первому входу узла 73, к второму входу которого, к входу-выходу стабилизатора 76, к второму входу предусилителя 74 подключен первый выход преобразователя 78, выход узла 73 соединен с первым входом предусилителя 74, выход предусилителя 74 подключен к первому входу узла 77, второй и третий входы которого соединены с третьим и четвертым выходом преобразователя 78, выход узла 77 подключен к первому входу усилителя 75, второй вход которого соединен с вторым выходом преобразователя 78, выход усилителя 77 подключен к выходной шине 80.

Второй измерительный преобразователь (фиг. 9) состоит из входного усилителя (повторителя) 81, узла 77 гальванической развязки, выходного усилителя 75, узла 82 встроенного контроля, стабилизатора 76 напряжения, шины 83 входного напряжения, шины 84 выходного напряжения, причем шина 83 подключена к первому входу узла 81, второй вход которого соединен с выходом узла 82, выход узла 81 подключен к первому входу узла 77, второй и третий входы которого соединены соответственно с первым и вторым выходами стабилизатора 76, выход узла 77 подключен к входу усилителя 75, выход которого соединен с шиной 84.

Блок 15 обработки результатов (фиг. 10) состоит из узла 85 контроля, узла 86 сторожевого таймера, узла 87 формирования начального сброса, узла 88 памяти, узла 89 формирования сигналов общей локальной шины устройства, локальной шины 42 блока, узла 90 прерываний, шины 91 задатчика уставок, шины 92 входа-выхода блока, причем входы-выходы узлов 85, 86, 88, 89, 90 соединены с шиной 42, первый вход узла 85 подключен к выходу узла 87, второй вход узла 85 соединен с первым выходом узла 86, чей второй выход подключен к входу узла 87, вход узла 86 соединен с вторым выходом узла 89, чей первый выход подключен к входу узла 90, шина 91 соединена с входом узла 88, второй вход-выход узла 89 подключен к шине 92.

Блок 17 связи с системой (фиг. 11) состоит из узла 93 прерывания, узла 94 согласования с магистралью, узла 95 буферной оперативной памяти, арбитра 96 доступа к памяти, узла 97 двухпортовой памяти, однокристальной ЭВМ 98, постоянной памяти 99, буфера 100 адреса, узла 101 приемо-передатчика и гальванической развязки, шины 102 входа-выхода на линию связи системы, шины 103 входов-выходов блока, локальной шины 42 блока, причем первые входы-выходы узлов 93 и 94 образуют шины 103 входов-выходов блока, первый вход узла 93 соединен с первым выходом узла 98, первые входы-выходы узлов 99, 98 и 97 подключены к локальной шине 42, первые входы узлов 100 и 97 соединены соответственно с адресной и информационной частью шины 42, второй и третий входы-выходы узла 97 подключены соответственно к второму входу-выходу узла 94, первому входу-выходу узла 95, и к первому выходу узла 100 и к третьему входу-выходу узла 94, второму входу-выходу узла 95, второй выход узла 100 соединен с первым входом арбитра 96, второй и третий входы арбитра подключены соответственно к второму и третьему выходам ЭВМ 98, три входа-выхода ЭВМ соединены с соответствующими входами-выходами узла 101, четвертый и пятый входы-выходы которого подключены к шине 102, первый и второй выходы арбитра 96 соединены соответственно с первым и вторым входом узла 94.

Схема алгоритма функционирования устройства (фиг. 12) содержит следующие обозначения для функциональных узлов и условных вершин:
104 - начать внутреннее тестирование устройства (по команде из системы), выполнение теста;
105 - внутренние тесты устройства выполнены правильно;
106 - аварийное сообщение (АС)Z: НЕИСПРАВНОСТЬ УСТРОЙСТВА XX при внутреннем тесте XX идентификатор неисправности);
107 - сообщение оператору: УСТРОЙСТВО ИСПРАВНО ПО ВНУТРЕННЕМУ ТЕСТУ. ВКЛЮЧЕНО ИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ НАПРЯЖЕНИЕ (включение источника 2);
108 - начать тестирование устройства контроля параметров (УКП) на сопротивление изоляции;
109 - тестирование устройства на эталонном сопротивлении нижнем R_этн;
110 - результат измерения соответствует R измеряемому R_этн;
111 - АС Z + 1: R измеренное НЕ СООТВЕТСТВУЕТ R_этн;
112 - тестирование устройства УКП на верхнем эталонном сопротивлении R_этв (аналогично 109);
113 - результат измерения соответствует R_из = R_этв;
114 - АС Z + 2; R измеренное НЕ СООТВЕТСТВУЕТ R_этв;
115 - перечень номеров цепей и последовательности их проверки;
116 - измерить сопротивление параллельно соединенных разомкнутых контактов коммутатора при всех контактах коммутатора 1;
117 - сопротивление всех разомкнутых контактов в норме;
118 - установить счетчик шагом C_ri измерения сопротивления изоляции в исходное состояние: [C_ri] = 1 (i = 1);
119 - измерить сопротивление изоляции ветви, адрес которой равен i;
120 - сопротивление изоляции ветви по адресу i в норме;
121 - АС Z + 3: R измеренное НЕ В НОРМЕ;
122 - увеличить содержимое счетчика адреса ветви на 1;
123 - содержимое счетчика адресов ветвей равно предельному значению N;
124 - сообщение оператору: СОПРОТИВЛЕНИЕ ОТДЕЛЬНЫХ ВЕТВЕЙ В НОРМЕ.

125 - сообщение оператору: СОПРОТИВЛЕНИЕ ВСЕХ ПАРАЛЛЕЛЬНО СОЕДИНЕННЫХ ВЕТВЕЙ В НОРМЕ;
126 - можно ли ограничиться вычислением сопротивления всех параллельно соединенных ветвей?
На фиг. 13 представлена обобщенная схема измерений, иллюстрирующая процесс замера сопротивления изоляции. Схема содержит следующие узлы:
измерительный источник постоянного напряжения 2;
первый управляемый делитель - резисторы R1 ^oC R4, шунтированные контактами реле КР1 ^oC КР3;
первый, второй и третий измерительные преобразователи - МН1, МН2, МН3;
первый и второй имитаторы предельных сопротивлений R16 и R17, соединенные последовательно с контактами реле КР14 и КР15;
второй управляемый делитель - резисторы R7 ^oC R15, зашунтированные контактами реле КР4 ^oC КР12, емкости C1, C2;
первый и второй ключи - контакты реле соответственно КР18 и КР13;
неуправляемый делитель напряжения - резисторы R6, R5;
коммутатор контактный - соединенные параллельно контакты реле КР19-КР;
многоканальный АЦП с тремя информационными входами для подключения трех измерительных преобразователей.

Работа устройства контроля параметров (фиг. 1) начинается с тестирования устройства и его составных частей по программе, заложенной в блоке 15 обработки результатов.

В начале тестирования производится установка в исходное состояние всех реле: контакты реле КР1 ^oC КР19 + N, с помощью которых производится коммутация цепей и диапазонов контроля сопротивлений находятся в разомкнутом состоянии.

Включается напряжение питания всех узлов устройства. Исключение составляет измерительный источник 2 постоянного напряжения для контроля сопротивления изоляции.

Для каждого из узлов: распределителя 14 управляющих сигналов, блока 17 связи, аналого-цифрового преобразователя 14 управляющих сигналов, блока 17 связи, аналого-цифрового преобразователя 5, и для самого блока 15 обработки результатов выдается из узла памяти 88 блока 15 последовательность команд, образующих тест проверки исправности. Критерием исправности узлов служит правильное прохождение тестовой задачи и получение ее результатов через общую локальную шину 18 от узлов 5, 14, 17.

Если какой-нибудь узел неисправен, то в систему для представления оператору подается аварийное сообщение: НЕИСПРАВНОСТЬ УСТРОЙСТВА XX ПРИ ВНУТРЕННЕМ ТЕСТЕ, где XX является идентификатором неисправности, определяющим неисправный узел.

После проверки исправности устройства организуется включение измерительного источника 2 и контроль его напряжения. При включении источника 2 его напряжение 100 B при разомкнутых (после начального тестирования) контактных реле прикладывается к измерительной цепи, при этом напряжение, которое поступает с неуправляемого делителя 12 с резистора R6 (фиг. 13) на нормализатор 13 вследствие сочетания параметров резисторов R1, R2, R3, R4 делителя 8 (соответственно, узлы 42-1, 42-2, 42-3, 42-4 на фиг. 3) и R6, R5 делителя 12 (соответственно, узлы 49-1, 49-2 на фиг. 5), равно 27 (+0,5; -0,5) В. Это напряжение определяется с помощью нормализатора 13, выходной сигнал с которого подается на аналого-цифровой преобразователь 5, где преобразуется в двоичный код. Код преобразователя 5 по команде из распределителя 14, заданной по программе блока 15, передается через шину 18 в память 88 блока 15 (фиг. 10), где сравнивается с уставкой из задатчика 16 по шине 91, после чего в блоке 15 вырабатывается сообщение через шину 18 и блок 17 связи в систему оператору, что напряжение 100 В подано: УСТРОЙСТВО ИСПРАВНО ПО ВНУТРЕННЕМУ ТЕСТУ. ВКЛЮЧЕНО ИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ НАПРЯЖЕНИЕ.

По программе из блока 15 включается реле из множества, содержащего контакты КР4 ^oC КР12 при обязательном включении имитатора 9 (R16 через КР14) для проверки возможности подключения третьего нормализатора 11. Если через нормализатор 11 при разомкнутых контактах протекает ток больше I XXH (норма тока холостого хода), это означает, что имеется неисправность: выходной сигнал с нормализатора 11 подается на преобразователь 5, преобразуется в код и по программе сравнивается с уставкой в блоке 15, после чего там формируется сигнал в систему о неисправности устройства контроля параметров.

При 1 ≅ I XXH в программе формируется сигнал правильности работы третьего нормализатора и цепей, в которые он включается. По этому сигналу организуется включение в цепь контроля сопротивления изоляции резистора первого имитатора 9, номиналом R16 = R_этн.

Проверка работы устройства параметров на имитаторе с номиналом R_этн организуется так, что по значению выходного сигнала с нормализатора 11, передающемуся на преобразователь 5, определяется величина тока, протекающего через R16.

Если значение I XXH меньше заданного по программе, производится последовательное шунтирование резисторов R1, R2, R3 с помощью реле K1, K2, K3, вследствие чего повышается напряжение на цепи измерения, прикладываемое к проверяемым объектам. При этом каждый раз при подключении каждого из реле K1, K2, K3 производится оценка I XXH для заданного напряжения при подключении R16.

По значению выходного сигнала с нормализатора 13, передающемуся на преобразователь 5, определяется напряжение на R16, т.к. это сопротивление входит в цепь резисторов R4, R5, R6, шунтируемых цепью R7 (или любого R из подмножества R7, R8, R9, R10, R11, R12, R13, R14, R15 делителя 7) и R16.

Сигналы с нормализаторов 11 и 13 в виде напряжений постоянного тока поступают на преобразователь 5, где преобразуются в двоичные коды. Коды преобразователя 5 передаются через шины 18 в блок 15, где по программе производится вычисление измеренного сопротивления R16. Если значение вычисленного R16 не отличается от R_этн более, чем на 5%, то по программе в блоке 15 следует переход на измерение сопротивления в имитаторе 10 R17 = R_этв. При этом размыкается контакт реле КР14 и замыкаются контакты реле КР15.

Формула, по которой вычисляется номинал резистора 16:

где
U_мн2 - величина выходного сигнала нормализатора 13 (напряжение с нормализатора 13);
I_мн3 - величина выходного сигнала нормализатора 11 (ток с нормализатора 11);
R_к - величина сопротивления из делителя 7 (элемент множества R7, R8, R9, R10, R11, R12, R13, R14, R15);
100 - величина напряжения источника 2.

Измерение сопротивления имитатора 10 с номиналом R_этв организуется с помощью нормализаторов 4, 13 и коммутируемых шунтов-резисторов PK из множества R7, R8, R9, R10, R11, R12, R13, R14, R15 делителя 7.

Коммутация шунтов производится по программе блока 15 с помощью распределителя 14. Выходные сигналы с нормализатора 4 - МН1 (контроль напряжения на шунте Pk) и нормализатора 13 - МН2 (контроль напряжения на проверяемой цепи) поступают на преобразователь 5, преобразуются в двоичные коды, которые подаются в блок 15 через шину 18, где по программе производится вычисление измеренного значения R17 (сопротивление имитатора 10).

Формула, по которой вычисляется номинал резистора R17:

где
U_мн1 - величина выходного сигнала нормализатора 4 (напряжение на шунте Rк);
U_мн2 - величина выходного сигнала нормализатора 13 (напряжение проверяемой цепи);
R_K - величина шунта из делителя 7 (элемент множества R7, R8, R9, R10, R11, R12, R13, R14, R15);
100 - величина напряжения источника 2.

При этом контакты реле КР13 реле 13 замкнуты, а один из КР4 ^oC КР12 замкнут при всех остальных разомкнутых.

Если измеренное R17 не отличается более, чем на 5% от заданного, то проверка функционирования считается выполненной. После проверки функционирования по программе блока 15 выполняются следующие операции:
- формирование и передача в систему сообщения об исправности устройства контроля параметров;
- приведение в исходное состояние всех реле распределителя 14 (размыкание всех реле).

Методика проверки сопротивления изоляции контролируемых цепей имеет следующие особенности, не отличаясь по принципам от методики проверки величины сопротивлений резисторов имитаторов:
1) величина подключаемых к схеме измерения сопротивлений изоляции может колебаться от 0 ("короткое замыкание"), до величины не менее 40 МОм, что требует ступенчатого повышения напряжения, подаваемого на измеряемое сопротивление изоляции, с тем, чтобы не вывести из строя нормализаторы 4, 11, 13;
2) помимо измеряемого сопротивления изоляции R_из к цепи измерения параллельно подключается паразитное сопротивление R_пар, которое образуется вследствие утечки параллельно подключенных разомкнутых контактов реле R19 ^oC R19 + N (R разомкнутого контакта реле - не менее 200 МОм).

В этом случае измеряемое сопротивление R_из фактически будет определяться как суммарное сопротивление R_Σ :

Для устранения влияния P_пар измерение производится в два этапа:
1) на первом этапе производится измерение R_пар на "холостом ходу", т.е. без включения в измерительную цепь проверяемого сопротивления и запоминания значения R_пар в памяти 88 (фиг. 10) блока 15:
2) на втором этапе производится подключение к измерительной цепи проверяемого сопротивления изоляции и вычисление R_Σ согласно (3), а затем производится по программе блока 15 вычисление R_из по формуле

Заявляемое устройство может быть реализовано в следующем виде.

Распределитель 14 управляющих сигналов (фиг. 2) может быть представлен как набор узлов, реализованных следующим образом: регистр 22 базового адреса - на микросхемах типа 533АП5, 533ИР30, регистры 23, 24 состояния контактов на микросхемах типа 533ТЛ2, 533ЛА13, буфер 25 адреса - на микросхемах типа К555ИП6, 533АП3, селектор 26 адреса модуля - на микросхеме типа 1533СП1, дешифратор 27 адреса - на 1533ИД7, регистр 28 управляющего слова - на 533ИР23, дешифратор 29 номера столбца - на 1533ИД7, усилители 30, 35 - на транзисторах типа 2ТС622А, 1НТ251 (2 шт.), матрица 31, реле - 16 реле типа РТК 32, буфер 32 управляющих сигналов - на микросхеме типа 1533ТР2, буфер 33 данных - на микросхеме 533АП, дешифратор 34 номера строки - на микросхеме типа 1533ИД7, приемо-передатчик 36 данных - на микросхеме типа К555ИП6 (2 шт.), регистр 37 состояния и управления - на 1533ТР2, 533ЛА13 (2 шт.), схема 38 управления формирователем - на микросхеме 533ЛА4 (2 шт.), формирователь 39 - на микросхеме типа 533АГ3.

Управляемые делители напряжения 7 и 8 (фиг. 3 и 4) содержат элементы 42-1, 42-2, 42-3, 42-4, 45-1 ^oC 45-9 - резисторы R1...R15, 46-1, 46-2 - конденсаторы C1 и C2.

Ключи 3 и 6 реализованы на контактах нормально разомкнутых реле.

Неуправляемый делитель 12 (фиг. 5) содержит элементы 49-1, 49-2 - резисторы.

Коммутатор 1 контактный (фиг. 6) реализован на контактах реле и релейной матрице, тип реле РПС 32А, паспорт РС4 520224.

Устройство содержит аналого-цифровой преобразователь 5 (фиг. 7), в котором узлы могут быть реализованы следующим образом: приемо-передатчик данных 56 - на двух микросхемах типа К555ИП6, приемник адреса 57 - на половине микросхемы типа 533АП3, приемо-передатчик 58 двенадцатиразрядного кода - на 580ВВ55, опознаватель 59 адреса модуля - на 1533СП1, регистр 60 адреса входного сигнала - на двух микросхемах типа 533ТМ8, дешифратор 61 команд - на двух микросхемах типа 1533ИД4, формирователь 63 сигнала ХАСК - на микросхемах типа 533ТМ8, 1533ЛМ2, формирователь 62 адреса входного сигнала - на микросхеме типа 1533ЛМ2, формирователь 65 сигналов управления АЦП и ЦАП - на микросхемах 1533ЛА3, 1533ТМ2, 533ИЕ5, коммутатор 64 входных сигналов - на восьми микросхемах типа 530КН6, первый и второй АЦП 67-1, 67-2 - на двух комплектах микросхем типа 133ИР17, 544УД1А, 1108ПА1А, 521СА3, 140УД6А, входные фильтры 66 - сорок два комплекта электронных компонент: конденсатор и резистор, стабилитрон 2С101А, ЦАП - 70 на микросхемах типа 572ПА2А, 544УД1А, 140УД6А, формирователь 68 кода АЦП - на микросхемах типа 1533КП11 (3 шт.), 1533ЛМ1, индикаторы 69 - на светодиодах типа 3Л341Е.

Измерительные преобразователи 4, 11 первый и третий (фиг. 8) и второй преобразователь 13 (фиг. 9) состоят из следующего набора узлов, имеющих реализацию: узел контроля 73 - на реле типа РЭС60 и резисторах, предусилитель 74 - на микросхемах К140УД13, К140УД7, стабилитронах 2С108А и Д818Е, резисторах, узел 77 гальванической развязки на микросхеме 190КТ2, трансформатор, включенный по схеме, описанной в литературе [4] ил. 16.14а, стр. 506, выходной усилитель 75 - на микросхемах типа КР140УД7, стабилитронах 2С108А, Д818Е (2 шт.) и резисторах, стабилизатор 76 тока (напряжения) - на микросхеме К140УД7, транзисторе 2П302Б, стабилитронах 2С108А и Д818Е, преобразователь 78 напряжения - тире на транзисторе 2Т690, диоде 2Д906А, входной усилитель 81 - на операционном усилителе К140УД7, узел 82 встроенного контроля.

Блок 15 обработки результатов (фиг. 10) содержит узел 85 контроллера, реализованный на микросхемах М1821ВМ85А, 1533ИР22 (2 шт.), 533АП6, 533ЛЛ1 (2 шт. ), 533ЛП8; узел 86 сторожевых таймеров - на микросхемах 1533ЛН, 1533ЛЕ1, 1533ТМ2, 533АГ3, узел 87 формирования начального сброса - на микросхемах 533ТЛ2, 533ЛЛ1, 1533ЛЕ1, 1533ЛН1, содержит также конденсатор и резистор, узел 88 памяти - на микросхемах 573РФ4Б (6 шт.), КР537РУ16А (2 шт.); узел 89 формирования общей локальной шины устройства - на микросхеме 533ЛА13, 533ТЛ2 (2 шт.), 1533ЛИ1, 1533ЛН1, 1533ЛЕ1, 1533ТМ2, 1533ЛА3, 1533ИП6; узел 90 прерываний - на микросхеме 580ВН59.

Блок 17 связи с системой (фиг. 11) состоит из узла 93 прерываний, реализованном, например, на микросхеме КР580ВН59, узла 94 согласования с магистралью - на микросхемах 1533ЛР11, 1533ТМ2, 533ИР22 (2 шт.), 533ТМ8, 533ЛА13, 1533ЛП5, 133ИП2 (2 шт.); узла 95 буферной оперативной памяти - на КР537РУ10; арбитра 96 доступа к памяти - на 533АП3; узла 97 двухпортовой памяти - микросхемах КР1802ИР1 (2 шт.); однокристальной ЭВМ 98 - на К1816ВЕ31, постоянной памяти 99 - на К573РФ2; буфера 100 адреса - на 533АП5; узла 101 приемо-передатчика и гальванической развязки - на трансформаторе типа ТИМ-145В, микросхемы типа 533ИЕ7, 1533ТМ2.

Задатчик 16 уставок реализован на группе переключателей типа микротумблер.

Измерительный источник 2 напряжения имеет номинал выходного напряжения 100 (+3, -3) В.

Все данные о микросхемах - в [3].

Общая локальная шина 18 и ее подмножество - шина 52 - представлены в таблице.

Предлагаемое техническое решение позволяет повысить эффективность систем автоматизации производства за счет быстрой проверки сопротивления изоляции электрических цепей исполнительных механизмов. Структура устройства позволяет иметь в системе их несколько, последовательно затем опрашивая их по шине 20 (фиг. 1).

Устройство повышает функциональную надежность системы автоматизации производства тем, что не только определяет, находятся ли сопротивления изоляции электрических цепей исполнительных механизмов в пределах допустимых значений, но и вычисляет достаточно точно их (сопротивлений) величины, позволив прогнозировать время исправной работы системы.

Устройство реализовано в большой степени на узлах и блоках общего назначения, каковыми являются распределитель управляющих сигналов, блок обработки результатов, блок связи с системой, аналого-цифровой преобразователь. Они составляют 80 % устройства. Это повышает коэффициент унификации системы, в которую входит данное устройство.

Источники информации
1. А.С. СССР N 783724, кл. G 01 R 31/02, 1980.

2. А.С. СССР N 962864, кл. G 05 B 23/02 1982 (прототип).

3. Цифровые и аналоговые интегральные микросхемы: Справочник /С.В.Якубовский, Л. И.Ниссельсон, В.И.Кулешова и др.; Под ред. С.В.Якубовского. - М.: Радио и связь, 1989.

4. Микропроцессоры и микро-ЭВМ в системах автоматического управления: Справочник /С.Т.Хвощ, Н.Н.Варяинский, Е.А.Попов: Под общ. ред. С.Т.Хвоща, - Л.: Машиностроение, Ленинградское отделение, 1987.

5. Руководство по архитектуре IBM PC AT /Ж.К.Роленкова, А.В.Заболоцкий, М.Л.Мархасин и др.; Под общ. ред. М.Л.Мархасина - Мн.: ООО "Консул", 1992.

Формула изобретения

1. Устройство контроля параметров, содержащее распределитель управляющих сигналов, первый измерительный преобразователь, блок обработки результатов, задатчик уставок, коммутатор, аналого-цифровой преобразователь, выход измерительного преобразователя соединен с первым входом аналого-цифрового преобразователя, первая группа выходов распределителя управляющих сигналов подключена к входу управления коммутатора, восьмая группа выходов распределителя управляющих сигналов соединена с входом управления аналого-цифрового преобразователя, входы коммутатора являются входами устройства, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит измерительный источник питания постоянного напряжения, второй и третий измерительные преобразователи, первый и второй имитаторы, первый и второй ключи, первый и второй управляемые делители напряжения, неуправляемый делитель напряжения, блок связи, общую локальную шину устройства, к которой подключены входами-выходами распределитель управляющих сигналов, блок обработки результатов, блок связи, аналого-цифровой преобразователь, выход коммутатора соединен с входом первого ключа, выход которого, объединенный с выходами первого и второго имитаторов, подключен к входу третьего измерительного преобразователя, к входу управления первого ключа подключен третий выход распределителя управляющих сигналов, первый выход третьего измерительного преобразователя соединен с входом второго ключа и с входом второго управляемого делителя напряжения, управляющие входы первого и второго имитаторов подключены соответственно к второму и четвертому выходам распределителя управляющих сигналов, входы первого и второго имитаторов, отрицательный полюс измерительного источника питания и первый вход неуправляемого делителя соединены с общим проводом устройства, управляющие входы второго управляемого делителя подключены к пятой группе выходов распределителя управляющих сигналов, управляющий вход второго ключа соединен с шестым выходом распределителя управляющих сигналов, выход второго ключа соединен с входом первого измерительного преобразователя, объединенный первый выход первого измерительного преобразователя, выход неуправляемого делителя и выход второго управляемого делителя подключен к входу первого управляемого делителя, вход управления которого соединен с седьмым выходом распределителя управляющих сигналов, выход первого управляемого делителя соединен с положительным полюсом измерительного источника питания, выход третьего измерительного преобразователя подключен к третьему входу аналого-цифрового преобразователя, второй выход неуправляемого делителя соединен с входом второго измерительного преобразователя, первый выход которого подключен к второму входу неуправляемого делителя напряжения, второй выход второго измерительного преобразователя соединен с вторым входом аналого-цифрового преобразователя, выход задатчика уставок подключен к входу блока обработки результатов, второй вход-выход блока связи является входом-выходом устройства.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что распределитель управляющих сигналов содержит задатчик адреса, регистр базового адреса, первый и второй регистры состояния контактов, буфер адреса, селектор адреса модуля, дешифратор адреса, регистр управляющего слова, буфер управляющих сигналов, буфер данных, дешифратор номера столбца, дешифратор номера строки, усилители, матрицу реле, приемо-передатчик данных, регистр состояния и управления, узел управления формирователем, формирователь, внутреннюю шину данных, с которой соединены входами регистр базового адреса, первый и второй регистры состояния контактов, выходом - буфер данных, входами-выходами - приемо-передатчик данных и регистр состояния и управления, буфер адреса входами-выходами подключен к группе разрядов адреса локальной шины устройства, первый выход буфера адреса соединен с первым входом селектора адреса модуля, второй выход буфера адреса подключен к входу дешифратора адреса, выход задатчика адреса соединен с вторым входом селектора адреса модуля и с первым входом регистра базового адреса, второй вход которого подключен к первому выходу дешифратора адреса, второй и третий выходы которого соединены с первыми входами соответственно первого и второго регистров состояния контактов, первый выход матрицы реле подключен к вторым входам первого и второго регистров состояния контактов, выход селектора адреса модуля соединен с первым входом буфера управляющих сигналов и с вторым входом дешифратора адреса, четвертый выход дешифратора адреса подключен к второму входу регистра управляющего слова, к второму входу узла управления формирователем и к первому входу буфера данных, пятый выход дешифратора адреса соединен с первым входом регистра состояния и управления, первый выход буфера управляющих сигналов подключен к третьему входу регистра управляющего слова и к первому входу узла управления формирователем, второй выход буфера управляющих сигналов соединен с первым входом приемо-передатчика данных и с вторым входом буфера данных, выход регистра управляющего слова подключен к первому входу дешифратора номера столбца, к первому входу дешифратора номера строки и к третьим входам буфера данных и схемы управления формирователем, первый выход регистра состояния и управления соединен с четвертым входом узла управления формирователем, первый и второй выходы которого подключены соответственно к первому входу формирователя и к второму входу регистра состояния и управления, выход формирователя соединен с вторыми входами дешифраторов номера столбца и номера строки, выходы дешифраторов номера столбца и номера строки подключены соответственно к первой и второй группе усилителей, выходы которых соединены с первым и вторым входами матрицы реле, а также с первой группой выходов управляющих сигналов распределителя, выходы матрицы реле являются выходами второй-восьмой групп выходов управляющих сигналов распределителя, входы второй-четвертый и третий выход буфера управляющих сигналов, первые входы-выходы приемо-передатчика данных являются входами-выходами распределителя управляющих сигналов со стороны общей локальной шины устройства, внутренняя локальная шина соединена с выходом регистра базового адреса, с выходами первого и второго регистров состояния контактов, с выходом буфера данных, с входом буфера данных, с первыми и вторыми входами-выходами соответственно регистра состояния и управления и приемо-передатчика данных.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14, Рисунок 15