устройство для контроля состояния объектов

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЯ ОБЪЕКТОВ, содержащее матрицу датчиков, выполненных на переключающих контактах, объединенных в n столбцов по m в каждом столбце, одноименные выводы неподвижных контактов столбцов объединены соответствующими вертикальными шинами, к выводам подвижных контактов датчиков подключены катоды одноименных диодов, аноды которых объединены построчно, анод одного из диодов каждой строки подключен к соответствующему выходу блока усилителей, выводы неподвижных контактов одного из датчиков каждого из n столбцов соединены с входами одноименного столбца блока анализа сигналов, первый и второй выходы которого соединены с первым и вторым входами соответствующего блока индикации столбцов матрицы, образующей блок обработки информации, третьи входы блоков индикации построчно подключены к соответствующим выходам первой группы выходов распределителя импульсов, выходы второй группы которого соединены с входами блока усилителей, а вход подключен к выходу генератора импульсов, отличающееся тем, что в него введены n дополнительных диодов, блок коммутации шин и блок управления питанием, причем n дополнительных диодов катодами соединены с n вертикальными шинами матрицы датчиков, а аноды объединены и являются первым выходом устройства, который соединен с входом блока управления питанием, первый выход которого является вторым выходом устройства, а второй выход соединен с входом блока коммутации шин, выходы которого соединены соответственно с выходами блока усилителей.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок коммутации шин содержит реле, обмотка которого одним выводом соединена с входом блока, другой вывод обмотки заземлен, первые выводы группы размыкающих контактов реле соединены с выходами блока, а вторые выводы заземлены.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок управления питанием содержит переключатель режима работы, формирователь импульса, триггер, блок питания, таймер и реле, вывод подвижного контакта переключателя заземлен, вывод одного неподвижного контакта переключателя соединен с первыми входами установки и сброса триггера, вывод другого неподвижного контакта переключателя соединен с вторым входом установки триггера и первым входом формирователя импульса, третий вход установки триггера соединен с входом блока и вторым входом формирователя импульса, второй вход сброса триггера соединен с выходом таймера, вход которого соединен с выходом формирователя импульса, обмотка реле соединена с выходом триггера, выводы первого замыкающего контакта реле соединены соответственно с источником информации питающей сети и с входом блока питания, выводы второго замыкающего контакта реле - соответственно с вторым выходом блока и источником служебного напряжения, выход блока питания соединен с первым выходом блока управления питанием.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технике автоматического контроля.

Известно устройство для контроля состояния объектов [1] содержащее двухпозиционные датчики, разделительные диоды, распределитель, регистрирующие элементы и индикаторы. Датчики и диоды объединены по матричной схеме.

Недостатками такого устройства являются возможность фиксации только двух состояний датчиков "включено" и "выключено", а также значительное энергопотребление устройства.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для контроля состояния объектов [2] содержащее диоды, n групп из m датчиков в каждой группе, первый вывод каждого датчика соединен с анодом диода, вторые выводы датчиков соединены в каждой из n групп, n блоков анализа сигналов, первые выходы которых соединены с первой группой входов блока обработки информации, вторая группа входов которого соединена с первой группой выходов распределителя, а каждый датчик выполнен в виде переключающего контакта, генератор и блок усилителей, средний вывод переключающего контакта датчика является первым его выводом, а второй и третий выводы соединены с первым входом каждого из n блоков анализа сигналов, а второй выход одного из датчиков в каждой из n групп с вторым входом каждого из n блоков анализа сигналов, вторые выходы которых соединены с третьей группой входов блока обработки информации, катоды одноименных диодов всех групп объединены и соединены с соответствующими выходами блока усилителей, входы которого соединены с второй группой выходов распределителя импульсов, вход которого соединен с выходом генератора.

Недостатком данного устройства является его большое энергопотребление.

В большинстве случаев эксплуатация матричных сетей, реализованных на датчиках с переключающими контактами, нормальное состояние сети соответствует несработавшим датчикам, а их срабатывание достаточно редко. Поэтому представляется нецелесообразным постоянно держать включенным устройство со столь широкими функциональными возможностями определения адресов сработавших датчиков и неисправностей монтажа. Если бы можно было вырабатывать интегральный сигнал о срабатывании датчиков (хотя бы одного) в сети, то большую часть оборудования в устройстве можно было бы выключить на время, когда в сети нет сработавших датчиков.

Кроме того, часто необходимо обеспечить непрерывность контроля сети сброса сигналов (даже при работе оборудования, содержащего датчики, с перерывами), чтобы исключить проверки работоспособности датчиков перед каждым включением оборудования с датчиками, а также устройства контроля. В этих случаях заманчивым является сокращение энергопотребления в нерабочие периоды эксплуатации устройства. Целесообразным представляется также передача сети и устройства под централизованный контроль. Для этого необходимо вырабатывать интегральный (желательно бестоковый) сигнал о срабатывании датчиков.

Техническим результатом изобретения является уменьшение энергопотребления устройства, а также получение возможности дистанционного контроля сети сбора сигналов, т.е. выработки интегрального сигнала срабатывания датчиков.

Для этого в устройство для контроля состояния объектов, содержащее матрицу датчиков, выполненных на переключающих контактах, объединенных в n столбцов по m в каждом столбце, одноименные выводы неподвижных контактов столбцов датчиков объединены соответствующими вертикальными шинами, к выводам первичных контактов датчиков подключены катоды одноименных диодов, аноды которых объединены построчно, анод одного из диодов каждой строки подключен к соответствующему выходу блока усилителей, выводы неподвижных контактов одного из датчиков каждого из n столбцов соединены с входами одноименного столбцу блока анализа сигналов, первый и второй выходы которого соединены с первым и вторым входами соответствующего блока индикации столбцов матрицы, образующей блок обработки информации, третьи входы блоков индикации построчно подключены к соответствующим выходам первой группы выходов распределителя импульсов, выходы второй группы которого соединены с входами блока усилителей, а вход подключен к выходу генератора импульсов, введены n дополнительных диодов, блок коммутации шин и блок управления питанием, причем n дополнительных диодов катодами соединены с вертикальными шинами матрицы датчиков, а аноды объединены и являются первым выходом устройства, который соединен с входом блока управления питанием, первый выход которого является вторым выходом устройства, а второй выход соединен с входом блока коммутации шин, выходы которого соединены соответственно с выходами блока усилителей.

Блок коммутации шин может содержать реле, обмотка которого одним выводом соединена с входом блока, а другой вывод обмотки заземлен, первые выводы группы размыкающих контактов реле соединены с выходами блока, а вторые выводы заземлены.

Блок управления питанием может содержать переключатель режима работы, формирователь импульса, триггер, блок питания, таймер и реле, вывод подвижного контакта переключателя заземлен, вывод одного неподвижного контакта переключателя соединен с первыми входами установки и сброса триггера, вывод другого неподвижного контакта переключателя соединен с вторым входом установки триггера и первым входом формирователя импульса, третий вход установки триггера соединен с входом блока и вторым входом формирователя импульса, второй вход сброса триггера соединен с выходом таймера, вход которого соединен с выходом формирователя импульса, обмотка реле соединена с выходом триггера, выводы первого замыкающего контакта реле соединены соответственно с источником напряжения питающей сети и с входом блока питания, выводы второго замыкающего контакта реле соединены соответственно с вторым выходом блока и источником случайного напряжения, выход блока питания соединен с первым выходом блока управления питанием.

На фиг.1 приведена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 функциональная схема блока анализа сигналов; на фиг.3 функциональная схема блока индикации сигналов; на фиг.4 функциональная схема распределителя импульса; на фиг.5 электрическая схема блока коммутации шин; на фиг.6 функциональная схема блока управления питанием; на фиг.7 функциональная схема триггера.

Устройство для контроля состояния объектов содержит датчики 1 и диоды 2, входящие в матрицу 3 датчиков, дополнительные диоды 4, блоки 5 анализа сигналов, блоки 6 индикации сигналов, входящие в состав блока 7 обработки информации, блок 8 усилителей, блок 9 коммутации шин, генератор 10, распределитель 11 импульсов, блок 12 управления питанием, выход 13 интегрального сигнала и выход 14 управления питанием.

Блок 5 анализа сигналов содержит дешифратор 15, элемент НЕ 16 и элемент ИЛИ 17.

Блок 6 индикации содержит элементы 18 индикации, триггеры 19 и 20, клавишу 21 сброса и блокировки.

Распределитель 11 импульсов содержит счетчики 22 и 23 и элементы 4И 24.

Блок 9 коммутации шин содержит реле 25 (обмотка) с группой контактов 26.

Блок 12 управления питанием содержит переключатель 27 режима работы, формирователь 28 импульса, триггер 29, блок 30 питания, таймер 31, реле 32 с контактами 33.

Триггер 29 содержит логические схемы 2И-НЕ 34, 2И-2ИЛИ-НЕ 35 и элемент НЕ 36.

На входах триггера 29 реализованы следующие логические функции:

на входе S1 для сигналов одного единичного, другого нулевого уровней реализована логическая функция И, S1 совместно с входом S2 объединены по схеме ИЛИ;

на входе R реализуется логическая схема И для сигналов единичного уровня.

Знаком Uсл обозначено служебное напряжение электропитания, U сети напряжение первичной питающей сети. С выхода 14 вторичное напряжение электропитания поступает на блоки 5, 6, 7, 8, 10 и 11 устройства. Для узлов 1-4 отдельное питание не требуется, блоки 9 и 12 питаются от служебного напряжения.

В соответствии с фиг.1 датчики 1 объединены по матричной схеме (матрица 3 датчиков), условно состоящей из m строк и n столбцов. Назначение диодов 2 (по числу датчиков 1) развязать горизонтальные и вертикальные шины матрицы 3 при одновременном срабатывании нескольких датчиков 1.

Аналогично матрице 3 датчиков 1 блоки 6 собраны в такую же матрицу 7 (число блоков 6 и датчиков 1, число строк m и столбцов n в обеих матрицах должны быть равны). Иными словами, в блоке 7 каждый блок 6 поставлен в соответствие определенному датчику 1. Каждый блок 6 содержит два триггера (триггер 19 фиксирует срабатывание связанного с ним датчика 1, триггер 20 дополнительно указывает неисправность монтажа, выявленную при опросе этого же датчика 1). Индикация соответствующего триггера 19 или 20 производится индикаторными элементами 18. С помощью клавиши 21 при ее кратковременном нажатии производится сброс триггеров 19 и 20, а при длительном нажатии осуществляется блокировка занесения в эти триггеры информации. Последнее необходимо для блокировки индикации при проведении регламентных или ремонтных работ на устройстве, содержащем датчик.

Один вход блока 6 соединен построчно с соответствующей горизонтальной шиной, на которую поступает стробирующий сигнал из распределителя 11. Два других выхода блока 6 подключены к вертикальным шинам по столбцам и через блоки 5 анализа сигналов к вертикальным шинам матрицы 3 датчика 1.

Устройство для контроля состояния объектов работает в одном из двух режимов: местного (детального) контроля либо дистанционного (интегрального) контроля.

Условно примем, что в исходном состоянии датчики 1 находятся в изображенном на фиг.1 состоянии, на узлы блока 12 подано служебное напряжение. Реле 25 блока 9 коммутации шин обесточено и контактами 26 блокирует выходы блока 8 усилителей.

Режим местного контроля.

Для перевода устройства в режим местного (детального) контроля переключатель 27 блока 12 управления питанием должен быть установлен в положение МЕСТН. При этом единичный уровень сигнала будет подан на вход S2, а нулевой уровень на один из входов соответственно S1 и R триггера 29. Срабатывает триггер 29, реле 32 и в блоке 9 реле 25. Реле 32 через контакты 33 подает на вход блока питания 3 напряжения сети и в блок 9 служебное напряжение для включения реле 25. Напряжение вторичного питания появляется на шине 14 и на всех блоках устройства. Реле 25 при включении контактами 26 разблокирует выходы блока 8. С выходов блока 8 усилителей подаются на горизонтальные шины матрицы 3 датчиков импульсы последовательного опроса, вырабатываемые распределителем 11. Количество выходов импульсов опроса равно числу горизонтальных шин, а сами импульсы сдвинуты во времени. Импульсы опроса формируются на выходе второго счетчика 23, пересчитывающего импульсы, поступающие от генератора 10 после пересчета первого счетчика 22.

С выходов вертикальных шин матрицы 3 датчиков попарно снимаются сигналы, которые подаются на входы соответствующих блоков анализа сигналов.

Сигналы, поступающие с вертикальных шин матрицы 3, идентифицируются следующим образом:

код 01 срабатывание датчиков отсутствует;

код 10 датчик 1 сработал;

код 11 монтажный обрыв шины или снята ответная часть разъема в опрашиваемом датчике;

код 00 одна из шин или обе "заземлены", либо имеет место взаимное короткое замыкание шин.

Эти коды дешифрируются дешифратором 15, входящим в блок 5 анализа сигналов. Сигналы о нарушении (не код 01) формируются на выходе элемента НЕ 16 блока 5 и вызывают срабатывание соответствующего триггера 19. Коды 00 и 11 дополнительно фиксируются как неисправность соединений датчиков 1, формируется сигнал на выходе элемента 17 ИЛИ, вызывая срабатывание соответствующего триггера 20. Триггер 19 срабатывает в первом (условно) цикле опроса датчиков по сигналу стробирования, вырабатываемому на выходе элемента 4И 24 распределителя 11. Триггер 20 срабатывает во втором (следующем) цикле опроса при условии взведения в первом цикле опроса триггера 19. Тем самым устраняется возможность ложного срабатывания триггера 20 из-за дребезга контактов датчика 1 при их переключении в момент действия соответствующего стробирующего импульса.

Примем условно, что в матрице 3 датчиков 1 с одного из них с адреса 1-1 (первая цифра номер строки, вторая номер столбца) снята ответная часть разъема вывода сигналов, другой (2-2) датчик сработал, в 3-3 снята ответная часть разъема, 4-3 и 4-4 датчики сработали. Тогда при опросе горизонтальных шин матрицы 3 датчиков в матрице 7 в блоках 6 устройства в первом цикле опроса будут взведены триггеры 19 блоков 1-1, 2-2, 3-3, 4-3 и 4-4, указывающие на нарушения в соответствующих датчиках 1, а во втором цикле опроса триггеры 20 блоков 1-1 и 3-3, указывающие на неисправности в монтаже датчиков.

При коротком замыкании шины матрицы 3 датчиков будут срабатывать триггеры 19 и 20 всех блоков 6, поставленных в соответствие всем датчикам 1, подключенным к неисправной шине.

Режим дистанционного контроля и переход из местного в дистанционный режим.

Перевод устройства в режим дистанционного контроля осуществляется установкой переключателя 27 (блок 12) в положение ДИСТ. Сигнал с нижнего (по схеме) контакта переключателя 27 (нулевого уровня) поступает на вход S2 и второй вход формирователя, а сигнал единичного уровня с верхнего контакта на входы S1 и R2 триггера 29. При этом сигналом с формирователя 2 через таймер 31 триггер 29 сбрасывается, если нет сигнала от диодов 4. Далее возможны два случая: сработавший датчик в сети имеется либо сработавшего датчика в сети нет.

Если в матрице 3 есть сработавший датчик, появляется сигнал нулевого уровня на выходе 13 (для сигнализации на другой дистанционный пульт ) и на установочном входе S1 триггера 29 (блок 12). При этом либо подтверждается единичное состояние триггера 29, либо триггер 29 взводится, если он был в сброшенном состоянии. Время, установленное на таймере 31, выбрано таким образом, чтобы триггер 29 не сбрасывался в одном цикле опроса по входу R. Через контакты 33 включенного реле 30 подается служебное напряжение на реле 25 и напряжение основного электропитания на все остальные блоки устройства. Реле 25 своими контактами не блокирует выходы блока 8 усилителей. Выполняется алгоритм опроса и определения адреса сработавшего или сработавших датчиков (как это описано выше в местном режиме контроля).

Если в сети сработавших датчиков нет (датчик вернулся в исходное состояние) и на шине 13 сигнал единичного уровня, то по переходу сигнала из единичного в нулевой с переключателями 27 формирователь 28 вырабатывает импульс, который запускает таймер 31 и по истечении заданного интервала времени сигналом с выхода таймера 31 триггер 29 сбрасывается по входу.

При этом реле 32 отпускает, обесточиваются блок 30 питания и реле 25, через контакты 26 реле 25 выдается нулевой потенциал на горизонтальные шины матрицы 3 датчика. Устройство функционирует при минимальном энергопотреблении, контролируя по интегральному сигналу состояние сети датчиков.

При срабатывании датчиков в сети нулевой уровень сигнала с выхода контактов 26 реле 25 через этот датчик (диод 2) появляется на выходе диодов 4, срабатывает триггер 29, включается общее электропитание и запускается алгоритм определения адреса сработавшего датчика (как это описано выше).

Переход из дистанционного в местный режим контроля.

Переключатель 27 устанавливается в положение МЕСТН. По сигналу единичного уровня на входе S2 взводится триггер 29. Алгоритм включения питания и работы устройства описан выше.