Устройства включения исполнительных реле

Условно УСО можно разделить на две части: устройства вывода управляющей информации и устройства ввода контрольной информации о состоянии исполнительных объектов. В зависимости от используемой элементной базы УСО можно разделить на релейные и электронные (бесконтактные).

Наиболее часто безопасные УСО выполняют в виде функциональных преобразователей с несимметричным отказом, у которых при появлении неисправности искажаются передаточные функции. Возникающие в этом случае выходные сигналы неисправного УСО не должны приводить к ложному включению исполнительного объекта. Широко применяют функциональные преобразователи с использованием специальных реле I класса надежности, контакты которых коммутируют рабочие цепи исполнительного объекта. Такие УСО называют устройствами включения исполнительных реле (УВИР).

Преимуществами такого решения является то, что реле имеют высокую устойчивость к электромагнитным помехам и перенапряжениям, являются элементами идеальной гальванической развязки с несимметричным отказом. Недостатки реле состоят в ограниченном ресурсе и потребности в профилактическом обслуживании релейно-контактных схем, а также специфичности производства релейных приборов.

Рассмотрим основные принципы построения безопасных устройств включения исполнительных реле. Наиболее распространена схема УВИР, представленная на рисунке 4.1. Безопасное поведение этой схемы при отказах обеспечивается за счет двойного преобразования входных импульсных сигналов – дифференцирования с помощью трансформатора и интегрирования с помощью диода и конденсатора. При нарушении любого из этих двух законов преобразования сигналов на выходе схемы либо отсутствует напряжение, либо оно меньше напряжения выключения, поэтому реле ИР отпустит свой якорь.

Для включения реле, т. е. для достижения напряжения срабатывания, необходимо поступление на вход схемы серии импульсов. Кратковременные случайные сбои в работе СЖАТ не приводят к ложному выключению или включению ИР из-за инерционности заряда и разряда конденсатора. Во включенном состоянии реле находится до тех пор, пока поступают импульсные сигналы.

Недостатком УВИР с трансформаторной гальванической развязкой является то, что импульсные трансформаторы – нетехнологичные элементы. Поэтому в последнее время разрабатываются УВИР с конденсаторной гальванической развязкой (рисунок 4.2).

Рисунок 4.1 – УВИР с трансформаторной Рисунок 4.2 – УВИР с конденсаторной гальванической развязкой гальванической развязкой

Рассмотренные УВИР имеют один вход и могут использоваться в микроэлектронных системах, достоверность выходных сигналов которых контролируется специальными средствами. В дублированных системах могут использоваться УВИР, принцип работы которых основан на преобразовании импульсных сигналов малой амплитуды в рабочее напряжение ИР с помощью выпрямителей с умножением напряжения (рисунок 4.3).

Рисунок 4.3 – УВИР на основе выпрямителя с умножением напряжения

В схеме УВИР (см. рисунок 4.3) входные сигналы в виде последовательности импульсов поступают на прямой и инверсный входы двухполюсного ключа (ДПК). При парафазности сигналов, поступающих от разных вычислительных каналов, на входе выпрямителя с умножением напряжения (ВУН) появляется переменное напряжение прямоугольной формы с амплитудой, меньшей напряжения отпускания реле ИР. ВУН выпрямляет и умножает исходное напряжение до уровня, необходимого для срабатывания ИР при поступлении нескольких импульсов.

Повреждение любого элемента УВИР ведет к прекращению умножения напряжения или снижению выходного напряжения ВУН, что исключает возможность ложного включения реле ИР. Кроме того, УВИР контролирует правильность работы двух каналов (парафазность выходных сигналов), выполняя роль выходных компараторов.

В микроэлектронных системах, выполненных по мажоритарной структуре «2 из 3», можно использовать УВИР, представленное на рисунке 4.4. При синхронном поступлении импульсных сигналов на входы 1, 2, 3 происходит заряд конденсаторов C₁, C₂, C₃ в течение времени действия входных импульсов. Во время паузы они разряжаются на светодиоды оптопар VO₁ и VO₂ через резисторы R₁, R₂. При этом напряжение, воздействующее на них, равно сумме напряжений на конденсаторе и источнике питания. В результате этого фототранзисторы оптопар переключаются и формируют импульсы, поступающие на вход преобразователя полярности (элементы C₄, C₅, VD₆, VD₇). Поляризованное реле ИР притягивает якорь.

Рисунок 4.4 – Мажоритарное УВИР

При отсутствии импульсов на двух входах из трех на светодиоды воздействует только напряжение заряда конденсаторов приблизительно в два раза меньшей величины, чем в случае синхронного поступления импульсных сигналов на все входы. В результате оптроны не переключаются, и ИР отпустит свой якорь. В данной схеме для обеспечения ее безопасного функционирования используются функции дифференцирования, удвоения напряжения и гальванической развязки.