Устройство коммутации

Устройство коммутации

Реферат

Данное изобретение относится к автоматике и телемеханике и может быть использовано в аппаратуре дискретного управления с повышенной надежностью, имеющей ограниченный доступ для контроля, например для автоматических космических аппаратов.

Известен способ выполнения резервированных релейных ячеек для поэлементного контроля путем разделения общей шины питания на отдельные шины с последующим их соединением после проверки на разъеме питания специальными заглушками. (Принципы построения релейно-коммутационной аппаратуры. Аналитический обзор. ГОНТИ №16, 1973 г., стр.56, 57).

Недостатком данного способа является невозможность определения состояния (неисправности) реле в ячейках в процессе эксплуатации.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство, содержащее шины питания «-» и «+», однотипные резервированные релейные ячейки, состоящие из четырех реле и четырех разделительных диодов, контакты реле соединены по схеме «2 из 4-х» в контактные группы, первые выводы которых соединены с шиной питания «-», вторые выводы являются выходами устройства, первую, вторую, третью дополнительные шины питания «+», которые объединяются с помощью заглушки на разъеме с шиной питания «+» после проверки устройства, первые выводы обмоток реле в ячейках через разделительные диоды объединены и являются входом ячеек, вторые выводы обмоток первого и второго реле каждой ячейки подключены к первой дополнительной шине питания «+», второй вывод обмотки третьего реле каждой ячейки подключен ко второй дополнительной шине питания «+», второй вывод обмотки четвертого реле каждой ячейки подключен к третьей дополнительной шине питания «+» (Блок управления приводами антенн (БУПА). Техническое описание 17Ф15.2216-0 ТО, НПО ПМ, г.Железногорск), которое выбрано в качестве прототипа.

Недостатком данного устройства является низкая контролепригодность в части поэлементного контроля при наземных проверках в составе космического аппарата и в процессе эксплуатации, а именно невозможно определять состояние реле (неисправности) в ячейках из-за отсутствия доступа к реле и возможности отключения первой, второй, третьей шин питания, а также контролировать коммутируемый контактами ячеек фактический ток в нагрузке. Отсутствует возможность изменять (снижать) степень резервирования ячеек.

Целью изобретения является устранение указанных недостатков.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее однотипные резервированные релейные ячейки, состоящие из четырех реле и четырех разделительных диодов, контакты реле соединены по схеме «2 из 4-х» в контактные группы, первые выводы которых соединены с шиной питания «-», вторые выводы являются выходами устройства, шины питания «+» и «-», первую, вторую, третью коммутируемые (отключаемые) шины питания «+», первые выводы обмоток реле в ячейках через разделительные диоды объединены и являются входом ячеек, введены четвертая коммутируемая шина питания «+», блок переключателей, содержащий первый, второй третий, четвертый дистанционные переключатели (поляризованные реле) для отключения коммутируемых шин питания «+», пять датчиков тока, контроллер, вторые выводы обмоток каждой ячейки подключены к соответствующей первой, второй, третьей, четвертой коммутируемой шине питания «+». Датчики тока установлены на коммутируемые шины питания «+» и шину питания «-», а коммутируемые шины питания «+» через нормально замкнутые контакты соответствующих дистанционных переключателей блока переключателей соединены с общей шиной питания «+». Выходы датчиков тока соединены с информационными входами контроллера, у которого вход «общий» через вторые нормально замкнутые контакты дистанционных переключателей соединены с сигнальными входами контроллера.

На фигуре 1 представлена функциональная схема устройства коммутации.

Устройство содержит n однотипных резервированных релейных ячеек 1₁-1_n, состоящих из реле K₁-K₄ и диодов V₁-V₄, контакты реле K₁-K₄ соединены по схеме «2 из 4-х» в контактные группы; шину питания «-» 3, шину питания «+» 4, блок переключателей 5; первый 7, второй 8, третий 9, четвертый 10, пятый 6 датчик тока (ДТ); первую 11, вторую 12, третью 13, четвертую 14 коммутируемые шины питания «+»; первый КР1, второй КР2, третий КР3, четвертый КР4 дистанционный переключатель с двумя нормально замкнутыми контактами, контроллер 21.

Катоды первого V₁, второго V₂, третьего V₃, четвертого V₄ диода каждой ячейки объединены и являются входом 2₁-2_n ячеек, первые выводы обмоток реле K₁-K₄ в ячейках соединены с анодами соответствующих диодов V₁-V₄, а вторые выводы обмоток реле K₁-K₄ каждой ячейки подключены соответственно к первой 11, второй 12, третьей 13, четвертой 14 коммутируемой шине питания «+». Первые выводы контактной группы реле K₁-K₄ каждой ячейки 1₁-1_n объединены и подключены к шине питания «-» 3 через датчик тока 6, а вторые выводы являются выходами 20₁-20_n устройства для подключения нагрузки.

Первый 7, второй 8, третий 9, четвертый 10 датчики тока установлены соответственно на первую 11, вторую 12, третью 13, четвертую 14 коммутируемые шины питания «+», которые через первый нормально замкнутый контакт соответственно первого КР1.2, второго КР2.2, третьего КР3.2, четвертого КР4.2 дистанционных переключателей блока переключателей 5 соединены с общей шиной питания «+» 4. Выходы датчиков 6-10 тока соединены с информационными входами контроллера 21, сигнальные входы которого соответственно через вторые нормально замкнутые контакты первого КР1.3, второго КР2.3, третьего КР3.3, четвертого КР4.3 дистанционных переключателей блока переключателей 5 соединены с общим сигнальным входом контроллера 21, выход которого является информационным выходом 22 устройства. Первые входы включающих обмоток дистанционных переключателей КР1.1-КР4.1 блока переключателей 5 являются входами 15-18 управления резервированием устройства, а первые входы отключающих обмоток дистанционных переключателей КР1.1-КР4.1 объединены и являются входом 19 отключения управления резервированием устройства, вторые входы включающих и отключающих обмоток дистанционных переключателей КР1.1-КР4.1 соединены с шиной питания «+» 4.

На функциональной схеме устройства коммутации диоды, шунтирующие обмотки реле и дистанционных переключателей условно не показаны.

Устройство работает следующим образом. С помощью дистанционных переключателей КР1-КР4 блока переключателей 5 можно отключать любую коммутируемую шину или сочетание коммутируемых шин от общей шины питания

«+» 4, тем самым реле, подключенные к этим шинам в каждой ячейке, не будут участвовать в работе, таким образом можно проверять работоспособность ячеек, имитируя отказ любого реле, как при изготовлении, так и при эксплуатации. Датчики тока 7-10 фиксируют ток в первой 11, второй 12, третьей 13, четвертой 14 шинах питания «+», датчик тока 6 фиксирует ток в шине «-» (ток потребления нагрузкой), а контроллер 21 последовательно обрабатывает показания датчиков тока и, анализируя полученную информацию от датчиков тока и от контактов дистанционных переключателей КР1.3-КР4.3 о включенных шинах, выдает информацию о работоспособности реле в ячейках и о токе в нагрузке на внешний интерфейс (например, на телеметрическую станцию). В исходном состоянии, когда нет управляющих сигналов на входах 2₁-2_n ячеек, показания датчиков тока 6-10 будут нулевыми.

При подаче сигнала, например, на вход 2₁ первой ячейки 1₁ и при подключенных коммутируемых шинах питания «+» отсутствие показания первого датчика 7 тока будет говорить об обрыве обмотки первого реле K₁ или разделительного диода V₁, отсутствие показания второго датчика 8 тока будет говорить об обрыве обмотки второго реле К₂ или разделительного диода V₂ и т.д. Аналогичные действия будут происходить при подаче входного сигнала на вход любой ячейки.

Пятый датчик тока 6, установленный на тину питания «-» 3, фиксирует ток, коммутируемый контактами любой ячейки или суммарный ток нагрузок включенных ячеек. Таким образом, процессор 21 может отслеживать факт замыкания контактов релейных ячеек 1₁-1_n, а также контролировать наличие нагрузки (отсутствие) или величину тока в нагрузке.

Поэлементный контроль резервированных ячеек осуществляется следующим образом. На первый 15 управляющий вход устройства подается импульсный сигнал, срабатывает дистанционный переключатель КР_1.1, который своим контактом КР_1.2 отключает первую 11 коммутируемую шину «+» и контактом КР_1.3 размыкает контакт на входе контроллера 21, что является информацией для контроллера об отключении первой коммутируемой шины «+», эту информацию контроллер 21 передает на информационный выход 22 устройства.

Последовательно, начиная с первой 1 ячейки, на вход ячеек подается импульсный сигнал, в случае исправности обмоток реле и диодов второй 8, третий 9, четвертый 10 датчики тока измеряют ток, протекающий в соответствующей коммутируемой шине, определяемый сопротивлением обмотки, первый 7 датчик тока фиксирует отсутствие тока, пятый 6 датчик при срабатывании реле K₂-K₄ измеряет ток, определяемый нагрузкой на выходе 201 устройства (или имитатором нагрузки, при автономных проверках при изготовлении). Контроллер 21 последовательно обрабатывает показания датчиков 6-10 тока, затем выдает информацию через информационный выход 22 устройства на телеметрическую станцию (или на контрольно-испытательную аппаратуру при автономных проверках при изготовлении, которая сравнивает требуемые и фактические показания). Затем устанавливают в исходное состояние первый дистанционный переключатель КР_1.1 путем подачи импульсного сигнала на вход 19 устройства (отключающие обмотки дистанционных переключателей). Аналогично проверяют ячейки при отключенной второй 12, третьей 13, четвертой 14 коммутируемых шинах питания «+».

При эксплуатации устройства с помощью блока переключателей 5 можно, отключив первую 11 и вторую 12 коммутируемую шину или третью 13 и четвертую 14 коммутируемую шину, изменить (снизить) степень резервирования релейных 1₁-1_n ячеек, что позволяет увеличить ресурс устройства по числу срабатывания релейных ячеек.

При подаче сигнала на вход любой ячейки и при подключенных коммутируемых шинах 11-14 питания «+» наличие показаний датчиков 7-10 тока в течение времени большем или меньшем, чем проектная длительность входного сигнала контроллер 21 выдаст информацию о неисправности источника входного сигнала.

В лабораторном образце в качестве датчиков тока использован интегральный датчик тока CSA-1V на эффекте Холла с аналоговым выходом, устанавливаемый на печатные проводники шин питания, контроллер выполнен на ИМС 1886 ВЕ1 со встроенным АЦП, дистанционные переключатели для коммутации шин питания выполнены на РПС45-1. Реле в ячейках могут быть любыми, а развязывающие диоды должны выбираться исходя из тока протекающего через обмотку (например, 2Д104А).

Дистанционные переключатели для коммутации шин питания «+» для повышения надежности устройства могут быть резервированы (на схеме условно не показаны) и выбираются из условия максимального тока протекающего через обмотку реле в ячейках и от количества одновременно включаемых ячеек.

Резервированные релейные ячейки могут быть выполнены и по другой схеме резервирования, например по мажоритарной схеме (контакты которых соединены по схеме «2 из 3-х»), в этом случае необходимо исключить четвертую коммутируемую шину, датчик тока установленный на ней и дистанционный переключатель, отключающий четвертую коммутируемую шину.

В ячейках устройства коммутации вместо реле могут быть использованы транзисторные оптроны, например 249КП5Р, причем светодиод оптрона с последовательно включенным токозадающим резистором включается вместо обмотки реле в соответствующей полярности, а транзисторы вместо контактов реле. При этом алгоритм проверки останется прежним.

Данное решение справедливо и для резервированных ячеек выполненных на дистанционных переключателях.

Устройство коммутации, содержащее шины питания «-» и «+», n однотипных резервированных релейных ячеек, состоящих из четырех реле и четырех разделительных диодов, катоды которых объединены и являются входом ячеек, первые выводы обмоток реле в ячейках соединены с анодами соответствующих разделительных диодов, контакты реле соединены по схеме «2 из 4-х» в контактные группы, первые выводы которых соединены с шиной питания «-», вторые выводы являются выходами устройства, первую, вторую, третью коммутируемые шины питания «+», отличающееся тем, что введены четвертая коммутируемая шина питания «+», блок переключателей, содержащий первый, второй, третий, четвертый дистанционные переключатели с двумя нормально замкнутыми контактами, первый, второй, третий, четвертый, пятый датчики тока, контроллер, вторые выводы обмоток в каждой ячейке подключены соответственно к первой, второй, третьей, четвертой коммутируемой шине питания «+», первый, второй, третий, четвертый датчики тока установлены соответственно на первую, вторую, третью, четвертую коммутируемую шины питания «+», которые через первый нормально замкнутый контакт соответствующих первого, второго, третьего, четвертого дистанционных переключателей блока переключателей соединены с общей шиной питания «+» и со вторыми входами включающих и отключающих обмоток дистанционных переключателей, первые входы включающих обмоток которых являются входами управления резервированием устройства, а первые входы отключающих обмоток объединены и являются входом отключения управления резервированием устройства, пятый датчик тока установлен на шину питания «-», выходы датчиков тока соединены с информационными входами контроллера, первый, второй, третий, четвертый сигнальные входы которого через вторые нормально замкнутые контакты соответственно первого, второго, третьего, четвертого дистанционного переключателя блока переключателей соединены с общим сигнальным входом, а выход контроллера является информационным выходом устройства.