RU53048U1 - DEVICE FOR CONTROL OF THE STATE OF DISCRETE SIGNAL SOURCES - Google Patents

Abstract

Решение относится к области автоматического управления технологическим оборудованием и информационно-измерительной технике. Предложено в устройство для контроля состояния дискретных источников сигналов ввести источник импульсов, выход которого подключен к одному из выводов контактного датчика, другой вывод которого подключен к линии связи, к другому концу которой подключен делитель из двух последовательно включенных резисторов, к выходу которого подключен вход диодного амплитудного детектора с фильтром, выход которого подключен к входу контрольного устройства для формирования команд управления. Изобретение обеспечивает:The solution relates to the field of automatic control of technological equipment and information-measuring equipment. It is proposed to introduce a pulse source into the device for monitoring the state of discrete signal sources, the output of which is connected to one of the outputs of the contact sensor, the other output of which is connected to the communication line, the divider of two series-connected resistors connected to the output of which is connected to the diode amplitude input a detector with a filter, the output of which is connected to the input of the control device for generating control commands. The invention provides:

- повышение надежности работы контактных датчиков (за счет увеличенных значений напряжения и тока) и, тем самым, достоверности определения их состояния;- improving the reliability of contact sensors (due to increased values of voltage and current) and, thereby, the reliability of determining their condition;

- исключается расход энергии на дополнительных нагрузочных резисторах и необходимость установки плат с этими резисторами;- excludes energy consumption on additional load resistors and the need to install boards with these resistors;

- уменьшаются габариты элементов входных цепей каналов модулей;- reduced dimensions of the elements of the input circuits of the channels of the modules;

- уменьшаются габариты и расход энергии в импульсных блоках питания по сравнению с обычными источниками питания.- reduced dimensions and energy consumption in switching power supplies compared to conventional power supplies.

- появляется возможность выпускать только один тип дискретных входных модулей.- it becomes possible to produce only one type of discrete input modules.

Description

Изобретение относится к области автоматического управления технологическим оборудованием и информационно-измерительной технике и, в частности, способам формирования и передачи электрических сигналов в импульсной форме и может быть использовано для контроля состояния дискретных источников сигналов (например, датчиков, кнопок, переключателей) в системах управления комплексами технологического оборудования, например, автоматическими линиями, и информационно-измерительных системах.The invention relates to the field of automatic control of technological equipment and information-measuring equipment and, in particular, to methods for generating and transmitting electrical signals in pulsed form and can be used to monitor the status of discrete signal sources (for example, sensors, buttons, switches) in complex control systems technological equipment, for example, automatic lines, and information-measuring systems.

В указанных областях техники имеется необходимость получения информации о ходе контролируемого технологического процесса с помощью дискретных контактных датчиков, замкнутое или разомкнутое состояния которых определяется технологическим процессом.In these areas of technology there is a need to obtain information about the progress of a controlled process using discrete contact sensors, the closed or open state of which is determined by the process.

В настоящее время системы управления часто выполняют на основе программируемых логических контроллеров (ПЛК). Для сопряжения с объектом управления входы ПЛК должны иметь определенные энергетические характеристики по величине и роду тока и напряжения. Номенклатура датчиков и средств управления, используемых в качестве источников входных сигналов для ПЛК, достаточно широка как по роду, так и по уровню тока и напряжения. Использование низкого напряжения=24В для контактных датчиков не всегда обеспечивает их надежную работу. Это связано с несогласованностью параметров элементов электрооборудования с входным параметром модуля. В некоторых моделях ПЛК это шунтирующее сопротивление предусмотрено в самом модуле. Это касается не только контактных, но и бесконтактных источников сигнала, например бесконтактных путевых выключателей. [Крыленко В.В. и др. Управление Currently, control systems are often based on programmable logic controllers (PLCs). To interface with the control object, the PLC inputs must have certain energy characteristics in terms of magnitude and type of current and voltage. The range of sensors and controls used as input sources for the PLC is quite wide both in terms of genus and level of current and voltage. The use of low voltage = 24V for contact sensors does not always ensure their reliable operation. This is due to inconsistency of the parameters of the elements of electrical equipment with the input parameter of the module. In some PLC models, this shunt resistance is provided in the module itself. This applies not only to contact, but also non-contact signal sources, for example proximity switches. [Krylenko V.V. et al. Management

автоматическими линиями с помощью ЭВМ. - М.: Машиностроение, 1983. с.14, 38,134].automatic lines using computers. - M .: Mechanical Engineering, 1983. p.14, 38,134].

В качестве аналога на фиг. приложения показано типовое подключение контактных датчиков к входам модуля SM323, с использованием соответствующих линий связи. R_ш - шунтирующий резистор, R1 и R2 -резисторы согласующей цепочки. Модуль SM323 предназначен для преобразования входных дискретных сигналов контроллера в его внутренние логические сигналы. (SIMATIC. Комплексная автоматизация производства. Каталог ST 70. 2003, с 3-98, 3-99). Количество входов одного модуля - 8 или 16, входное напряжение = 24В, типовое значение входного тока высокого уровня 7.0 мА.As an analogue to FIG. The application shows a typical connection of contact sensors to the inputs of the SM323 module using the appropriate communication lines. R _W - shunt resistor, R1 and R2 are the resistors of the matching circuit. The SM323 module is designed to convert the input discrete signals of the controller into its internal logic signals. (SIMATIC. Complex automation of production. Catalog ST 70. 2003, from 3-98, 3-99). The number of inputs of one module is 8 or 16, the input voltage = 24V, the typical value of the input high-level current is 7.0 mA.

Несогласованность параметров элементов электрооборудования с входным параметром модуля проявляется в том, что входной ток модуля составляет 7.0 мА, тогда как контакты датчика нормально могут работать с значительно большими токами. При использовании электроаппаратов с негерметичными контактами (кнопки типа КЕ или переключатели типа ПЕ) "пробивание" током окисной пленки при напряжении 24В обеспечивается при силе тока 0,2-0,5 А. [Крыленко В.В. и др. Управление автоматическими линиями с помощью ЭВМ. - М.: Машиностроение, 1983. с.140]The inconsistency of the parameters of the elements of electrical equipment with the input parameter of the module is manifested in the fact that the input current of the module is 7.0 mA, while the sensor contacts can normally work with significantly higher currents. When using electric devices with leaking contacts (KE type buttons or PE type switches), punching with an oxide film current at a voltage of 24 V is provided at a current strength of 0.2-0.5 A. [Krylenko V.V. and others. Management of automatic lines using computers. - M.: Mechanical Engineering, 1983. p.140]

Кроме того, работа таких датчиков часто происходит в тяжелых условиях, что связано с открытой коммутацией тока, подверженностью вредному воздействию окружающей среды (пыль, влага, грязь) и др., что характерно для путевых, блокировочных и конечных выключателей, от которых зависит не только правильное функционирование оборудования, но и безопасность обслуживающего персонала.In addition, the operation of such sensors often occurs in severe conditions, which is associated with open current switching, exposure to harmful environmental influences (dust, moisture, dirt), etc., which is typical for trip, blocking and limit switches, on which not only depends proper functioning of the equipment, but also the safety of staff.

Для увеличения тока, протекающего через контакты датчиков, параллельно каждому входу ПЛК подключают дополнительные шунтирующие резисторы R_ш (см. фиг. приложения). Это приводит к большому количеству плат с резисторами, усложнению монтажа и бесполезной потере энергии, рассеиваемой на этих резисторах.To increase the current flowing through the contacts of the sensors, additional shunt resistors R _{w are} connected in parallel with each input of the PLC (see. Fig. Applications). This leads to a large number of circuit boards with resistors, complicating the installation and useless loss of energy dissipated on these resistors.

Для повышения достоверности оценки состояния контактных датчиков, применяются различные способы их контроля.To increase the reliability of assessing the state of contact sensors, various methods of monitoring them are used.

В качестве прототипа может быть принято устройство (пат. РФ №2012062, G 08 C 19/16, 1994 г.), содержащее двухпроводную линию связи, на одном конце которой подключены последовательно выпрямительный диод и контакт датчика, на другом - соединенный с проводами линии связи источник переменного напряжения, блок контроля и формирования команд и исполнительный элемент, с целью упрощения устройства и повышения функциональной надежности, в него введены формирователь длительности импульсов, элемент гальванической развязки, элемент индикации, элемент сопряжения, выход исполнительного элемента является выходом устройства и объединен с одним выводом элемента индикации, второй вывод которого и вход исполнительного элемента подключены через элемент сопряжения с выходом блока контроля и формирования команд, входы которого соединены через элемент гальванической развязки с соответствующими выводами формирователя длительности импульсов, вход которого и вход элемента гальванической развязки подключены к соответствующим проводам линии связи.As a prototype, a device can be adopted (Pat. RF No. 2012062, G 08 C 19/16, 1994) containing a two-wire communication line, at one end of which a rectifying diode and a sensor contact are connected in series, and at the other end connected to the wires of the line In order to simplify the device and increase functional reliability, a pulse shaper, a galvanic isolation element, an indication element, a pairing element ia, the output of the actuating element is the output of the device and is combined with one output of the indication element, the second output of which and the input of the actuating element are connected through the interface element to the output of the control and command unit, the inputs of which are connected through the galvanic isolation element with the corresponding conclusions of the pulse shaper, input which and the input of the galvanic isolation element are connected to the corresponding wires of the communication line.

К недостаткам прототипа следует отнести сложность, использование для контроля датчиков сетевого (т.е. низкой частоты) выпрямленного однополупериодного напряжения, необходимость формирования для каждого состояния датчика импульсов различной длительности, использование микроЭВМ для окончательного распознавания состояния датчиков, и, главное, не устраняется указанная выше несогласованность электрических параметров контакта датчика и входа блока контроля и формирования командная сложность согласующего устройства.The disadvantages of the prototype include complexity, the use of a rectified half-wave voltage for monitoring the sensors of the network (i.e., low frequency), the need to generate pulses of various durations for each sensor state, the use of a microcomputer for the final recognition of the state of the sensors, and, most importantly, the above inconsistency of the electrical parameters of the sensor contact and the input of the control unit and the formation of the command complexity of the matching device.

Эти недостатки устраняются предлагаемым решением.These shortcomings are eliminated by the proposed solution.

Решаемая задача - совершенствование известного устройства.The task at hand is the improvement of the known device.

Технический результат заключается в согласовании режимов работы по току и напряжению входных цепей контролирующего устройства (например, программируемого контроллера) и контактных источников сигналов (датчиков), упрощении согласующего устройства и повышении достоверности определения состояния контактного источника сигнала.The technical result consists in matching the operating modes for the current and voltage of the input circuits of the monitoring device (for example, a programmable controller) and contact signal sources (sensors), simplifying the matching device and increasing the reliability of determining the state of the contact signal source.

Это достигается тем, что в устройство - контроля состояния дискретных источников сигналов, содержащее линию связи, на одном конце которой подключен контакт датчика, на другом - соединенный с линией связи через формирователь вход контрольного устройства, введен источник импульсов, выход которого подключен к одному из выводов контактного датчика, другой вывод которого подключен к линии связи, к другому концу которой подключен делитель из двух последовательно включенных резисторов, к выходу которого подключен вход диодного амплитудного детектора с фильтром, выход которого подключен к входу контрольного устройства для формирования команд управления.This is achieved by the fact that in the device - monitoring the state of discrete signal sources, containing a communication line, at one end of which a sensor contact is connected, at the other end - an input of the control device connected to the communication line through a former, a pulse source is introduced, the output of which is connected to one of the terminals a contact sensor, the other output of which is connected to a communication line, to the other end of which a divider of two series-connected resistors is connected, the output of which is connected to the input of a diode amplitude a tector with a filter, the output of which is connected to the input of the control device for generating control commands.

На фиг.1 показана принципиальная схема устройств; на фиг.2 представлен вид импульсов, которые подают на датчик; на фиг.3 показан процесс формирования входного напряжения из импульсной последовательности.Figure 1 shows a schematic diagram of devices; figure 2 presents a view of the pulses that are fed to the sensor; figure 3 shows the process of forming the input voltage from the pulse sequence.

Принципиальная схема устройства, (фиг.1.) содержит источник 1 импульсов; контактные датчики 2 (SQ1 - SQ N). Выход источника 1 импульсов подключен к одному из выводов контактного датчика 2, другой вывод которого подключен к линии связи 3. Принципиальная схема включает также формирователь 4, канал контрольного устройства 5. Контактные датчики 2 (SQ1 - SQ N) подключены к общей шине 6, подключенной через транзисторный ключ 7 к источнику питания постоянного тока и генератору импульсов 8 и через резисторы R1 и R2- 9, 10, диод VD 11 и конденсатор С 12 через входное сопротивление R_вх 13 к первому каналу контрольного устройства 5.Schematic diagram of the device, (Fig.1.) Contains a source of 1 pulses; contact sensors 2 (SQ1 - SQ N). The output of the pulse source 1 is connected to one of the terminals of the contact sensor 2, the other output of which is connected to the communication line 3. The circuit diagram also includes a driver 4, a channel of the control device 5. Contact sensors 2 (SQ1 - SQ N) are connected to a common bus 6 connected through a transistor switch 7 to a DC power source and a pulse generator 8 and through resistors R1 and R2- 9, 10, a diode VD 11 and a capacitor C 12 through an input resistance R _I 13 to the first channel of the control device 5.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Импульсы от источника 1 (фиг.1) поступают на контактный датчик 2, состояние которого определяется ходом контролируемого технологического процесса. В качестве датчика также может быть любой дискретный командоаппарат (например, кнопка или переключатель), с помощью которого задаются команды от оператора для управляющего устройства.The pulses from the source 1 (figure 1) are supplied to the contact sensor 2, the state of which is determined by the course of the controlled technological process. The sensor can also be any discrete command device (for example, a button or switch), with which commands from the operator for the control device are set.

Если контакт датчика замкнут (или состояние бесконтактного дискретного датчика соответствует логической единице), импульсы от источника 1 поступают через линию связи 3 на формирователь 4. Суммарное сопротивление резисторов R1 9 и R2 10 будет определять ток через контакт датчика 2 в момент действия импульса от источника 1. Тем самым обеспечивается необходимый режим работы контакта по току. Амплитуда импульсов источника 1 выбирается из условия надежной работы контакта датчика. Для приведения амплитуды импульсов к требуемому уровню (по условию работы входа устройства 5) используют делитель на резисторах R1 и R2, 9, 10.If the sensor contact is closed (or the state of the contactless discrete sensor corresponds to a logical unit), the pulses from source 1 are fed through the communication line 3 to the shaper 4. The total resistance of the resistors R1 9 and R2 10 will determine the current through the contact of the sensor 2 at the time of the pulse from the source 1 . This ensures the necessary mode of operation of the current contact. The amplitude of the pulses of the source 1 is selected from the conditions of reliable operation of the sensor contact. To bring the amplitude of the pulses to the required level (according to the condition of the input of the device 5), use a divider on resistors R1 and R2, 9, 10.

Импульсы с резистора R2 10 формирователя 4 поступают на вход диодного амплитудного детектора с фильтром (диод 11, конденсатор 12, входное сопротивление 13), служащего для выделения огибающей 14 (фиг.3) импульсной последовательности 15, которая поступает на формирователь 4 при замкнутом состоянии датчика 2 (позиция 16 на фиг.3) и образуется из импульсной последовательности 17, которая формируется источником 1 импульсов. Выбором высокой частоты следования импульсов (10-100 кГц) обеспечивается малая постоянная времени фильтра и малая величина задержки формируемой огибающей по отношению к импульсной последовательности.The pulses from the resistor R2 10 of the shaper 4 are fed to the input of a diode amplitude detector with a filter (diode 11, capacitor 12, input resistance 13), which serves to isolate the envelope 14 (Fig. 3) of the pulse sequence 15, which arrives at the shaper 4 when the sensor is closed 2 (position 16 in FIG. 3) and is formed from a pulse sequence 17, which is formed by the pulse source 1. The choice of a high pulse repetition rate (10-100 kHz) provides a small filter time constant and a small amount of delay of the generated envelope with respect to the pulse sequence.

Выбор параметров элементов при реализации способа можно пояснить следующим примером.The choice of parameters of elements in the implementation of the method can be illustrated by the following example.

Если положить, что ток через контакт датчика в импульсе будет равен , (где U_u - амплитуда импульсов) то средний ток с учетом If we assume that the current through the sensor contact in the pulse is equal to , (where U _u is the pulse amplitude) then the average current, taking into account

скважности (фиг.2, где Т - период следования импульсов, t_U - длительность импульса) будет равен . Выбором скважности Q (при t_u≪T) можно получить небольшой средний ток. Так при I_u=200 мА и скважности Q=20, средний ток составит i_ср=10 мА, что соответствует уровню токов входных модулей ПЛК, Амплитуда импульса U_u может приниматься порядка 100-110 В, что обеспечивает надежный пробой окисной пленки контактов датчика и малое влияние его переходного сопротивления.duty cycle (Fig.2, where T is the pulse repetition period, t _U is the pulse duration) will be equal to . By choosing the duty cycle Q (at t _u ≪T), a small average current can be obtained. So at I _u = 200 mA and a duty cycle of Q = 20, the average current will be i _av = 10 mA, which corresponds to the current level of the PLC input modules, the pulse amplitude U _u can be taken on the order of 100-110 V, which ensures reliable breakdown of the oxide film of the sensor contacts and the small effect of its transient resistance.

Поскольку средняя рассеиваемая мощность на резисторахSince the average power dissipation on the resistors

Т формирователя 4 невелика (с учетом большой скважности импульсов ), а габариты конденсатора фильтра также небольшие (из-за высокой частоты следования импульсов), такие формирователи легко встраиваются в каждый канал контрольного устройства (например, входного модуля программируемого контроллера) вместо ранее используемых цепей аналогичного назначения (см. приложение).T shaper 4 is small (taking into account the large duty cycle of pulses ), and the dimensions of the filter capacitor are also small (due to the high pulse repetition rate), such formers are easily integrated into each channel of the control device (for example, the input module of a programmable controller) instead of previously used circuits of a similar purpose (see the appendix).

Изобретение обеспечивает:The invention provides:

- повышение надежности работы контактных датчиков (за счет увеличенных значений напряжения и тока) и, тем самым, достоверности определения их состояния;- improving the reliability of contact sensors (due to increased values of voltage and current) and, thereby, the reliability of determining their condition;

- исключается расход энергии на дополнительных нагрузочных резисторах и необходимость установки плат с этими резисторами;- excludes energy consumption on additional load resistors and the need to install boards with these resistors;

- уменьшаются габариты элементов входных цепей каналов модулей;- reduced dimensions of the elements of the input circuits of the channels of the modules;

- уменьшаются габариты и расход энергии в импульсных блоках питания по сравнению с обычными источниками питания.- reduced dimensions and energy consumption in switching power supplies compared to conventional power supplies.

- появляется возможность выпускать только один тип дискретных входных модулей.- it becomes possible to produce only one type of discrete input modules.

Claims (1)

Устройство контроля состояния дискретных источников сигналов, содержащее линию связи, на одном конце которой подключен контакт датчика, на другом - вход контрольного устройства, отличающиеся тем, что в него введен источник импульсов, выход которого подключен к одному из выводов контактного датчика, другой вывод которого подключен к линии связи, к другому концу которой подключен делитель из двух последовательно включенных резисторов, к выходу которого подключен вход диодного амплитудного детектора с фильтром, выход которого подключен к входу контрольного устройства для формирования команд управления.

A device for monitoring the state of discrete signal sources, containing a communication line, at one end of which a sensor contact is connected, at the other - an input of a control device, characterized in that a pulse source is inserted into it, the output of which is connected to one of the terminals of the contact sensor, the other output of which is connected to a communication line, to the other end of which a divider of two series-connected resistors is connected, the output of which is connected to the input of a diode amplitude detector with a filter, the output of which is connected to the input of the control device for generating control commands.