2. Микроэлектронная система телемеханики мст-95

2.1. Передающий полукомплект телесигнализации системы мст-95

Передающий полукомплект ТС КП, структурная схема которого приведена на рис. 2, содержит конструктивные элементы: модуль ТС КП, модули оптронного ввода информации МО, частотный передатчик ЧПер, группы контактов-датчиков импульсов S1,S2,…, пауз S31,…, датчиков телеизмерения VT1,… Каждый из четырех модулей МО позволяет подключать до 32 контактов-датчиков.

Рис.2 Структурная схема передающего устройства ТС КП

Модули МО являются гальванической развязкой, предотвращающей проникновение помех из кабельных линий датчиков ТС при переключении мощных силовых аппаратов.

Модуль ТС КП, непрерывно циклически опрашивая через оптронные вводы контакты-датчики положения контролируемых объектов и телеизмерения, выдает через передатчик ЧПер в линию связи тактовые серии из 63 импульсов и пауз, модулированных по длительности в соответствии с положением контактов ТС и данными ТИ. Каждая серия ТС заканчивается сверхдлинным фазирующим импульсом СФИ. Общий вид импульсной серии показан на рис.3. Расположенный в модуле ТС КП распределитель при переключениях осуществляет проверку положений датчиков. Опрос производится на импульсах и на паузах. При замкнутом контакте ТС или логическом ноле двоичного разряда ТИ распределитель выдает сигнал во внутреннюю схему ТС КП, которая останавливает распределитель на время, равное продолжительности пяти коротких импульсов. Одновременно на то же время удлиняется импульс (пауза) тактовой серии, поступающий через ЧПер в линию связи. Таким образом, в передающем комплекте осуществляется широтно-импульсная кодовая модуляция. Удлиненный элемент импульсной серии принято считать «1», а короткий – «0».

Рис. 3. Импульсная серия (формат кадра) ТС в системе МСТ-Ч

Каждый из четырех модулей оптронов МО содержит 16 транзисторных оптронов U1—U16, которые используются для ввода информации ТС и ТИ. Выходы всех оптронов (эмиттер-коллектор) независимы. В каждый момент времени опрашивается входная цепь одного оптрона, связанного с определенной позицией распределителя. Состояние этого входа оптрона определяет, кодировать (удлинять) или нет текущий импульс (паузу) передаваемой серии (см. рис.7).

Функциональная схема комплекта ТС-КП. На рис.4 приведена функциональная схема передающего комплекта. Рисунок выполнен с учетом документации завода изготовителя [1]. На элементах функциональной схемы указаны позиционные обозначения и маркировка выводов микросхем согласно принципиальной схеме. Марки отдельных цепей назначены для удобства анализа работы схемы. На схеме выделены три функциональных блока, схема каждого из них приведена на отдельных рисунках:

- блок управления кодированием БУК (рис.6)

- блок формирования импульсной серии БФИС (рис.7);

- блок кодирования и защиты БКЗ (рис.8);

Функциональные схемы выполнены с учетом требований ГОСТа на условные графические обозначения [3]. Схема передатчика в данном конспекте не рассматривается. При разработке функциональных схем учтено, что в системе МСТ, в основном, использованы интегральные микросхемы серии К561. Эта серия представляет собой логические и цифровые схемы, построенные на базе комплементарных полевых транзисторов со структурой металл – окисел - полупроводник. В принципиальных схемах системы МСТ наиболее широко используются логические элементы, триггеры и счетчики. Передаточная характеристика базового инвертора, временная диаграмма переключений и таблица переключений D-триггера, а также таблица управления двоичным счетчиком приведены на рис.7. На этом рисунке символом L обозначен низкий уровень сигнала, символом H – высокий. Любое возможное состояние входа обозначено - .

Рассмотрим схему на рис.4. Выход 4 генератора тактовых импульсов DD1 подключен к триггеру-делителю ТД (DD2.1). На выходах 1 и 2 триггера-делителя ТД формируется тактовая серия равных по длительности импульсов и пауз: на выходе 1 паузы (+П), на выходе 2 импульсы (+И).

Распределитель модуля включает два счетчика – DD6 и DD7. Выходы счетчиков и выходы оптронов модуля МО образуют матрицу кодирования А1, размерностью 8 x 8. Эта матрица на рис. 5а) представлена в виде строк выходов счетчика DD6 (младшего восьмеричного разряда) с весами 1–8 и

Рис.4. Передающий комплект ТС-КП системы МСТ-Ч

столбцов счетчика DD7 (старшего восьмеричного разряда) с весами 0, 8, …, 56. В диагоналях матрицы включены выходные цепи оптронов.

Фрагмент принципиальной схемы матрицы кодирования для позиций распределителя 7, 8, 15 и 16 показан на рис. 5 б). Транзисторные ключи VT3, VT2, VT17 и VT16 образуют входы матрицы, к которым подключены выходы оптронов U7, U8, U15 и U16. Номер позиции распределителя равен сумме «весов» входов А и В. Из рисунка видно, что каждая строка через диагональ со столбцами образует логическую схему «И». Эмиттеры ключей VT17 и VT16 объединены и подключены к входу инвертора VT18, который обеспечивает удлинение (кодирование) соответствующего импульса или паузы.

Рис.5. Матрица кодирования ТС и ТИ в полукомплекте ТС-КП системы МСТ-Ч

Всего предусмотрено до 61 оптрона, каждый из которого обслуживает по два контакта (один на импульсе, другой на паузе), что позволяет обеспечить кодирование до 122 двухпозиционных сигналов (см. рис. 4). Это могут быть только ТС либо часть сигналов занимается ТИ (по четыре на каждый десятичный разряд) и тогда число возможных сигналов ТС уменьшается.

Коммутатор подключения импульсов и пауз выполнен на элементах DD1.3, VT23 и DD1.4, VT 24. Выходы коммутатора образуют цепи «паузы» ВП и «импульсы» ВИ к которым подключены общие провода групп контактов-датчиков S1, S2, …, VT1,… (см. рис.2).

Транзисторный ключ VT19 (рис.4) образует выход модуля ТС КП и через контакт С12 разъема сигнал поступает на модулятор передатчика. Светодиод HL2 «Мод», расположенный на лицевой панели модуля ТС КП позволяет визуально контролировать его работу. Транзистор VT1 управляет светодиодом HL1 «П6З», расположенным на лицевой панели модуля и загорающимся при проходе распределителем 63 позиции. Триггеры DD10.1 и DD10.2 обеспечивают фиксацию и передачу сигнала «Сбой ТУ», который поступает от устройства ТУ-КП на контакт С11 разъема. Через DD11.1, DD11.2 сигнал проходит на вход «ИЛИ» транзистора VT18.

Работа передающего комплекта ТС-КП в холостой серии. При работе ГТИ с триггера-делителя DD2.1 импульсы и паузы поступают на инверторы DD4.1, DD4.2 и DD5.1, DD5.2. Входы 1 и 5 DD4 объединены и через линию задержки R3_С2 подключены к выходам датчика времени ДВ, выполненного на счетчике DD3. Рабочим выходом является вывод -DD3:7. В позиции 3 ДВ выдает единицу, которая подается на вход СЕ (вывод 13) и производит остановку счетчика.

Процесс формирования серии при отсутствии закодированных (длинных) импульсов и пауз происходит в следующем порядке. В установившемся режиме счетчик DD3 остановлен сигналом 1 с его же выхода 7. При этом на входах 1 и 5 инвертора DD4 постоянно присутствует сигнал 1, поданный через линию задержки R3_С2. На входы 2 и 6 инвертора DD4 поочередно поступают импульсы и паузы с триггера-делителя DD2.1. На импульсах сигнал 1 будет на обоих входах инвертора DD4.1, на паузах — на входах инвертора DD4.2. Следовательно, на импульсах на выходе 3 DD4.1 будет сигнал 0, переключающий триггер-защелку DD4.3, DD4.4 в положение, при котором на выходе 10 DD4.3 появляется сигнал 1, а на паузах сигнал 1 будет на выходе 11 DD4.4, т.к. на выходе 4 DD4.2 появляется сигнал 0.

Таким образом, триггер-защелка при остановленном датчике времени ДВ повторяет на своих выходах импульсную последовательность, имеющуюся на выходах триггера-делителя DD2.1. С выходов триггера-защелки сигналы поступают на входы 9 инвертора DD1.3_VT23 и 13 инвертора DD1.4_VT24, а на входы 8 и 12 подается сигнал 1 с выхода 3 инвертора DD8.1. Таким образом, на импульсах сигнал 0 появляется в цепи ВИ, а на паузах — в цепи ВП.

С выхода 11 триггера-защелки DD4.3_DD4.4 сигнал поступает на вход 12 инвертора DD5.4. Инвертор DD5.4 переключается и на VT19 воспроизводится последовательность импульсов и пауз, поступающая через контакт С12 разъема на модулятор передатчика.

Рис.6. Блок управления кодированием в полукомплекте ТС-КП системы МСТ-Ч

С выхода 10 триггера-защелки DD4 сигналы поступают также на входы S и С триггера DD2.2. В начале каждого импульса по S-входу и в начале каждой паузы по С-входу триггер DD2.2 возбуждается, а по линии задержки R7_С4 автоматически сбрасывается через 0,5 мкс. В момент сброса с выхода 12 триггера через формирователь С6_R13 подается короткий импульс на вход 9 повторителя DD9.3_DD9_4. Однако на его входе 8 сохраняется 0, и поэтому сигнал дальше не распространяется.

На 63-й позиции распределителя с выхода 4 инвертора DD8.2 на вход 2 инвертора DD9.1 поступит сигнал 1, в результате чего на вход 6 инвертора DD9.2 поступит сигнал 0, а на вход 8 повторителя DD9.3_DD9.4 — сигнал 1. Теперь импульс, поступивший на вход 9 повторителя DD9.3_DD9.4 пройдет на его выход 11 и по R-входу сбросит счетчик DD3. На входах 1 инвертора DD4.1 и 5 инвертора DD4.2 появится сигнал 0 и триггер-защелка прекращает переключаться, сохраняя сигнал 0 на выходе 11 DD4.3_DD4.4. На обоих входах инвертора DD5.4 также сохраняется сигнал 0, с выхода VT19 сигнал 0 поступает на контакт С12 разъема и далее на модулятор передатчика ЧПер.

Так как триггер-защелка не переключается, на С-входе счетчика DD6 постоянно присутствует сигнал 1, то распределитель останавливается в 63-й позиции. С выхода 10 триггера-защелки на вход 6 инвертора DD5.2 подается сигнал 1 и импульсы с вывода 1 DD2.1 триггера-делителя через инверторы DD5.2 и DD5.3 поступают на вход 14 счетчика DD3, который переключается. При поступлении третьего импульса на выходе 7 счетчика DD3 появляется сигнал 1, дальнейший счет блокируется по его входу 13. На входы 1 инвертора DD4.1 и 5 инвертора DD4.2 подается сигнал 1 и триггер-защелка начинает переключаться вновь. Это приведет к появлению сигнала 0 на выходе 10 инвертора DD5.3, т.е. третий импульс с выхода 10 инвертора DD5.3 окажется очень коротким. Для его удлинения используется цепь R3_С2, задерживающая переключение триггера-защелки после появления сигнала 1 на выходе 7 счетчика DD3. Реальная длительность третьего импульса на выходе 10 инвертора DD5.3 составляет около 60 мкс. Таким образом, время, в течение которого триггер-защелка остановлен, равно пяти элементам тактовой серии.

Временная диаграмма, иллюстрирующая процесс кодирования длинного импульса приведена на рис.7. В результате переключения триггера-защелки с его выхода 11 на вход 12 инвертора DD5.4 подается сигнал 1, на входе 13 инвертора DD5.4 еще сохраняется сигнал 0, то сигнал 0 с выхода VT19 поступает на модулятор передатчика ЧПер. Частота работы передатчика не изменяется, хотя в модуле ТС КП формируется 63-я пауза. В момент переключения триггера-защелки на С-вход триггера DD2.2 поступает импульс, а так как на D-входе в это время имеется сигнал 0, то триггер DD2.2 не возбуждается.

Рис.7. Блок формирования импульсной серии в полукомплекте ТС-КП системы МСТ-Ч

Импульс сброса счетчика DD3 не формируется, т.е. связь входа триггера DD2.2 с выходом 3 инвертора DD9.1 исключает удлинение 63-й паузы.

С приходом 64-го импульса триггер-защелка вновь переключается. На вход 12 инвертора DD5.4 подается 0, а сигнал 1 с выхода 10 триггера-защелки DD4.3_DD.4 переключает счетчик DD6 и переводит распределитель в 64-ю позицию, а также возбуждает триггер DD2.2 по 5-входу.

При переходе распределителя в 64-ю позицию на выходе 4 инвертора DD8.2 появляется 0, но на входе 2 DD9.1 еще сохраняется сигнал 1, обеспеченный линией задержки R9_С5. Задержка R9_С5, больше, задержки R7_С4, поэтому при сбросе триггера DD2.2 на входе 2 инвертора DD9.1 сохраняется сигнал 1. Благодаря этому импульс на выходе 12 триггера DD2.2 вновь сбрасывает счетчик DD3, точно так, как на 63-м импульсе. Триггер-защелка останавливается на время, равное пяти элементам тактовой серии. Все процессы повторяются до очередного переключения триггера-защелки. Однако теперь на вход 13 инвертора DD5.4 поступает сигнал 1 с выхода 3 инвертора DD9.1. В результате на выходе VT19 появляется сигнал 1, поступающий на модулятор передатчика. В линию связи передается 63-я пауза.

Кодирование информации. Процесс кодирования импульсов и пауз протекает аналогично тому, как происходило удлинение 63-го импульса. Информация о состоянии датчиков ТС и ТИ вводится через модули оптронов МО. Выходы оптронов включены между входами А и В матриц распределителя.

Если замкнут контакт-датчик на входе опрашиваемого оптрона, то на выходе элемента А1 формируется 1, а на выходе VT18 – 0, на вход 5 инвертора DD9.2 поступает сигнал 0. На входе 8 повторителя DD9.3_DD9.4 появляется сигнал 1. Одновременно 0 поступает на вход 1 инвертора DD9.1, с его выхода 3 на триггер DD2.2 подается сигнал 1. При сбросе триггера DD2.2 с помощью линии задержки R7_С4 на его выходе 12 формируется импульс, который по линии задержки С6_R13, поступает на вход 9 повторителя DD9.3_DD9.4. Так как на его входе 8 также присутствует сигнал 1, то на выводе 11 повторителя DD9.3_DD9.4 получаем кратковременное значение 1. Последнее приводит к сбросу счетчика DD3 и остановке триггера-защелки в положении «импульс» или «пауза». На выходе «мод» устройства на протяжении пяти тактовых элементов поддерживается 0 или 1, т.е. формируется длинный импульс или пауза.

Для передачи сигнала «Сбой ТУ» на ДП служат триггеры DD10 и инверторы DD11. Этот сигнал вводится из блока ТУ КП через контакт С11 разъема модуля ТС КП и возбуждает по S-входу триггер DD10.1. С его выхода 1 на D-вход триггера DD10.2 поступает сигнал 1. На 62-й позиции распределителя, которая служит для передачи сигнала «Сбой ТУ», с выхода 11 DD8.4 на С-вход триггера DD10.2 поступает сигнал 1, который возбуждает этот триггер. В результате на выходе 4 повторителя DD11.1_DD11.2 появляется сигнал 1, который через инвертор VT18 обеспечивает процесс кодирования 62-го импульса серии. Поскольку по данному логическому пути не контролируется наличие импульса или паузы, то будет удлинена и 62 пауза.

При переходе распределителя в 63-ю позицию на вход 9 повторителя DD11.3 поступит 1, следовательно, состояние С-входа триггера DD10.1 изменится с 0 на 1. Если к этому моменту сигнал «Сбой ТУ» на S-входе исчез, то триггер сбросится. Сброс триггера DD10.2 произойдет на 62-й позиции следующей серии при условии, что сигнал «Сбой ТУ» не появился вновь. Если сигнал «Сбой ТУ» не исчезает, сброса триггера не происходит.

В схеме модуля ТС КП предусмотрены меры защиты от неправильности кодирования. Так, пробой инвертора VT18 приводит к тому, что кодируются все импульсы и паузы. Однако благодаря связи инвертора VT18 с входом 1 инвертора DD9.1 на выходе 3 инвертора DD9.1 постоянно будет присутствовать сигнал 1. Значит, 63 пауза также будет удлиняться, вместо сверхдлинного импульса будет сформировано два длинных импульса, разделенных длинной паузой. Это обнаруживается приемным полукомплектом на ДП, который блокирует вывод на щит принятой информации и включает сигнал «Сбой»

Для обнаружения пробоя инверторов DD1.3_VT23 и DD1.24_VT24 коммутатора объединенные входы 8 и 12 коммутатора соединены с выходом 3 инвертора DD8.1, где на 63-й позиции распределителя устанавливается сигнал 0. На этой позиции в обеих цепях ВП и ВИ устанавливается 1

Рис.8. Блок кодирования и защиты полукомплекта ТС-КП системы МСТ-Ч

и кодирования не происходит. Если же будет пробит один из инверторов коммутатора, образование сверхдлинного импульса также окажется невозможным из-за удлинения паузы. Естественно, для обеспечения изложенного контроля 63-я пауза в матрице кодирования должна предполагать постоянное соединения на входе соответствующего оптрона (на рис.7 не показано).