Входная ячейка переменного тока для цепей сбора данных

1 Настоящее изобретение главным образом относится к входной ячейке переменного тока,предназначенной для цепей сбора данных, в частности для применения в железнодорожном транспорте. В настоящее время входные ячейки переменного тока, предназначенной для цепей сбора данных, главным образом состоят из механических надежных реле, которые соединяются вместе простым кабелем. Настоящее изобретение относится к ячейке для входных элементов переменного тока,предназначенную для цепей сбора данных, в частности на железнодорожном транспорте,которая, по крайней мере, также ведет себя в смысле надежности, как и ячейка - прототип,имея в то же время присущие ей преимущества,заключающиеся в компактности, более легком обслуживании и установке, а также большей долговечности. Более конкретно, настоящее изобретение имеет целью создать ячейку, в которой неправильное считывание всегда дает ошибку, ведущую в сторону безопасности. Настоящее изобретение также имеет целью обнаружение многократных срабатываний, которые могут произойти в различных составляющих элементах ячейки. Кроме того, настоящее изобретение имеет целью минимизацию влияния изменения характеристик используемых компонентов, возникающих под действием внешнего фактора, такого, например, как повышение температуры. Настоящее изобретение относится к входной ячейке переменного тока, предназначенной для цепей сбора данных, включающей в себя, по крайней мере, одно устройство для детектирования напряжения, большего чем опорное, для положительной полуволны входного напряжения, и устройство для детектирования напряжения, большего чем опорное, для отрицательной полуволны входного напряжения. Каждое из этих детектирующих устройств включает диод Зенера, оптоэлектронный ключ,включающий излучающий светодиод, диод и резистор, причем эти элементы установлены последовательно. В соответствии с первой предпочтительной реализацией настоящего изобретения элементы, составляющие каждое из двух детектирующих устройств, указанных выше, установлены в одну ветвь, причем две ветви установлены параллельно. В этом случае элементы, составляющие детектирующее устройство для отрицательной полуволны, установлены в направлении, которое является противоположным направлению элементов, составляющих детектирующее устройство для положительной полуволны. В соответствии с другой реализацией два детектирующие устройства установлены последовательно в одной ветви. В этом случае эле 000206 2 менты, составляющие детектирующее устройство для отрицательной полуволны, установлены в направлении, которое является противоположным направлению элементов, составляющих детектирующее устройство для положительной полуволны. Особенно выгодно то, что резистор установлен параллельно каждому из оптоэлектронных ключей, предоставляя возможность ограничения влияния токов утечки диодов Зенера. Настоящее изобретение более подробно описано с помощью следующих чертежей. На фиг. 1 и 2 представлены схемы, которые показывают основные элементы, составляющие устройство в соответствии с настоящим изобретением; на фиг. 3 - реализация устройства в соответствии с настоящим изобретением,осуществленная с применением принципов,описанных на фиг. 1 - 2. Для того, чтобы понять принципы, лежащие в основе конструкции устройства в соответствии с настоящим изобретением, сделаем,главным образом, ссылки на фиг. 1 и 2, которые включают основные характерные элементы. Устройство в соответствии с настоящим изобретением, обычно упоминаемое как входная ячейка переменного тока для цепей сбора данных, в сущности, как показано на фиг. 1,состоит из двух ветвей, указанных как ветви А и В, которые включают соответственно устройство для детектирования напряжения, большего чем опорное, для положительной полуволны входного напряжения (ветвь А) и устройство для детектирования напряжения большего, чем опорное, для отрицательной полуволны входного напряжения (ветвь В). В общем, задание порогового значения напряжения выполняется путем измерения времени, для которого в течение одной полуволны входное напряжение превышает опорное напряжение. Если это время превышает заранее заданный временной предел, тогда входное напряжение считается достаточным, в противном случае считается, что на входе нет достаточного напряжения. Ветви А и В включают одни и те же элементы, но установленные в противоположном направлении. Ветвь А, которая образует детектирующее устройство для положительной полуволны, включает диод Зенера DZ1, оптоэлектронный ключ U1, диод D2 и резистор R1, причем эти элементы установлены последовательно; в то время, как ветвь В, которая образует детектирующее устройство для отрицательной полуволны, включает диод Зенера DZ2, оптоэлектронный ключ U2, диод D4 и резистор R3,также установленные последовательно, но в противоположном направлении. В соответствии с предпочтительной реализацией, представленной на фиг. 2, возможна установка в одной ветви всех элементов, представленных в ветвях А и В на фиг. 1, причем два 3 ряда элементов - диод Зенера DZ1, оптоэлектронный ключ U1 и диод Зенера DZ2, оптоэлектронный ключ U2 - устанавливаются в противоположных направлениях. Главный недостаток этой конфигурации,представленной на фиг. 2, заключается в том,что диоды Зенера DZ1 и DZ2 могут иметь чрезвычайно большой ток утечки, который возрастает при росте температуры. Выгодно то, что для решения этой проблемы, резистор R7 или R13 устанавливают параллельно светодиодам оптоэлектронных ключейU1 и U2. Также возможно параллельно U1 и U2 установить другой элемент, имеющий то же назначение. Однако резистор кажется элементом с наиболее надежной и простейшей конструкцией. Это устройство имеет существенное преимущество, заключающееся в получении возможности задания порога по току. Другое преимущество этой конфигурации заключается в экономии объема и повышении надежности. Фиг. 3 описывает практический пример устройства в соответствии с настоящим изобретением, использующего принципы, изложенные на фиг. 2. Устройство, приведенное на фиг. 3, является входной ячейкой переменного тока (110 В,50 Гц), в сущности включающей 3 функциональных блока, установленных в каскадном включении. Первый блок (блок I) по существу предоставляет возможность ограничить повышенные напряжения. Второй блок (блок II) обеспечивает потребление энергии на входе. Третий блок (блок III) выполняет задание для ячейки порогового значения по напряжению, а также развязку по постоянному току между входной и выходной линиями обработки. Блок I состоит из варистора VR1, резистора R5, диодов и разрядников с целью защиты ячейки от повышенных напряжений, в то время,как блок II, который обеспечивает минимальное установленное потребление (реактивная мощность), состоит из 4-х полюсного конденсатора С 4, соединяющего входные вводы ячейки с блоком III, который обеспечивает задание порога по напряжению. Варистор VR1 отсекает скачки напряжения, возникающие во время разрядов, вызванных перепадами, в то время как резистор R5 ограничивает амплитуду бросков тока в 4-х полюсном конденсаторе С 4 во время разрядов, а также dV/dt. 4-х полюсный конденсатор С 4 должен быть сконструирован таким образом, чтобы обеспечить минимальное потребление для заданного входного напряжения частотой 50 Гц. 4 Устройство для детектирования напряжения, превышающего опорное, для положительной полуволны входного напряжения (это устройство расположено на ветви А) в сущности состоит из элементов, представленных фиг. 1 и 2: диод Зенера DZ1, оптоэлектронный ключ U1,диод D2 и резистор R1, в то время, как устройство для детектирования напряжения, превышающего опорное, для отрицательной полуволны входного напряжения (это устройство расположено на ветви В) в сущности состоит из тех же элементов, что представлены фиг. 1 и 2: диод Зенера DZ2, оптоэлектронный ключ U2, диодD4 и резистор R3. Кроме этого, в каждой из ветвей А или В присутствует предохранитель F1 или F2. Основной критерий выбора для двух оптоэлектронных ключей U1 и U2 заключается в работе с наименьшими возможными токами светодиодов для того, чтобы сделать возможным рассеяние минимальной мощности в последовательно соединенных резисторах R1 и R3. Это также делает возможной минимизацию внесения характеристики излучающего светодиода в значение порога напряжения. Длительность проводимости оптоэлектронных ключей U1 и U2 измеряется за счет того, что 32 раза при постоянных интервалах в 20 мс (что соответствует частоте 50 Гц) выделяют дискретные значения электрического уровня, подаваемого на выходные линии обработки, и подсчитывают число выборок, для которых имеет место состояние логического "0". Излучающий светодиод в U1 излучает в течение промежутка времени, когда входное напряжение превышает пороговое напряжение ветви А. Излучение этого светодиода оптоэлектронного ключа U1 вызывает замыкание на землю резисторов R2, R9 и R10, установленных на оптоэлектронный ключ U1 в качестве "нагрузки", что приводит к выключению Q1 и считыванию "0" логического уровня на входе мультиплексора, опрашиваемого линией обработки А(эмиттер Q1). Излучающий светодиод из U2 излучает в течение промежутка времени, когда входное напряжение превышает пороговое напряжение ветви В. Излучение этого светодиода оптоэлектронного ключа U2 вызывает замыкание на землю резисторов R4, R11 и R12, установленных на оптоэлектронный ключ U2 в качестве "нагрузки", что приводит к считыванию "0" логического уровня на входе мультиплексора, опрашиваемого линией обработки В (коллектор выходного транзистора в U2). Существуют два критерия надежности,обеспечиваемых для входных цепей переменного тока напряжением 110 В: порог детектирования не должен падать ниже предела для синусоидального напряжения частотой 50 Гц; 5 мощность, потребляемая при синусоидальном напряжении частотой 50 Гц для входа в логическом состоянии 1, не может падать ниже значения второго предела. Следует заметить, что кроме 4-х полюсного конденсатора компоненты, используемые для изготовления входной ячейки переменного тока не имеют другой внутренней гарантии надежности. По этой причине необходимо, чтобы надежность основывалась на использовании избыточности и проверке согласованности данных,подаваемых в линии обработки. В частности, линия обработки А анализирует напряжение на эмиттере Q1, в то время как линия В подсоединена к коллектору выходного транзистора оптоэлектронного ключа U2. В конце каждого цикла опроса А и В с целью взаимного подтверждения производят обмен их собственного значения на число выборок, взятых тогда, когда U1 и U2 были проводящими. Полезные сигналы на выходе ячейки, естественно, присутствуют на выводах выходных оптоэлектронных ключей с высоким уровнем выходного импеданса для электрического состояния "1" и с низким уровнем импеданса для электрического состояния "0". В этом случае одна мера предосторожности состоит в использовании только для линии обработки А буферного каскада с транзистором, инвертирующим уровень выходного импеданса таким образом,что в это время существует низкий уровень импеданса для электрического состояния "1" и высокий уровень импеданса для электрического состояния "0". Эта характеристика создает риск выдачи логической функции "ИЛИ" (касается состояния входов) для двух линий обработки в случае дефектов, состоящих в возникновении короткозамкнутой цепи между выходными сигналами различных ячеек. Этот буферный каскад состоит из транзистора Q1 и резистора R6, которые помещены в линию обработки А. За счет создаваемой таким образом асимметрии между двумя линиями в случае возникновения многочисленных цепей с паразитной проводимостью, возможно воздействующих на одни и те же ячейки для двух линий обработки,эквивалент передаваемой функции "ИЛИ" (на 6 электрическом уровне) создается на ячейках линии А, в то время как эквивалент передаваемого "И" (на электрическом уровне) создается на ячейках линии В. Это приводит к расхождению между линиями обработки, обнаруживаемому как только состояния двух ячеек, на которые воздействуют цепи с паразитной проводимостью, становятся разными. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Входная ячейка переменного тока для цепей сбора данных, в частности для применения на железнодорожном транспорте, характеризующаяся тем, что она включает, по крайней мере, две линии (А и В) идентичных элементов,расположенных в противоположном направлении на двух линиях, причем линии расположены параллельно, каждая линия включает, по крайней мере, один диод Зенера (DZ1 или DZ2),оптоэлектронный ключ (U1 или U2), включающий светодиод, диод (D2 или D4) и резистор(R1 или R3), причем каждый из этих элементов установлен последовательно, а элементы первой линии установлены в направлении, которое является противоположным направлению элементов второй линии. 2. Входная ячейка переменного тока для цепей сбора данных, в частности для применения на железнодорожном транспорте, характеризующаяся тем, что она включает, по крайней мере, две линии (А и В) идентичных элементов,расположенных в противоположном направлении на двух линиях, причем линии расположены последовательно, каждая линия включает, по крайней мере, один диод Зенера (DZ1 или DZ2),оптоэлектронный ключ (U1 или U2), включающий светодиод, диод (D2 или D4) и резистор(R1 или R3), причем каждый из этих элементов установлен последовательно. 3. Ячейка по любому из пп.1 или 2, отличающаяся тем, что в каждом из оптоэлектронных ключей (U1 или U2) параллельно светодиоду установлен резистор (R7 или R13). 4. Ячейка по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что только на одной из линий (А) она включает в себя буферный каскад с транзистором (Q1 и R6), инвертирующий уровень выходных импедансов.