Устройство для централизованного контроля параметров

 

СОЮЭ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3440122/18-24 (22) 18.05.82 (46 ) 07.12.83. Вюл. М .45 (72) E М.Антонюк, А.Ф.Родимов, P.È.Ðîäèìîâà и A.È.Ñìàæåâñêèé (71) Ленинградский ордена Ленина электротехнический институт им.В.И.ульянова (Ленина) (53) 621.396(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 450955, кл. G 01 D 5/00, 1973.

2. Цапенко И.П. Измерительные информационные системы. М., "Энергия", 1974, с. 248-250 (прототип). (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЦЕНТРАЛИЗОВАННОГО КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ, содержащее блок задания номинальных значений параметров, первый коммутатор, выход которого подключен к первым входам первого и второго блоков сравнения, вторые входы которых соединены с соответствующими выходами блока задания допустимых отклонений параметров, управляющие входы первого коммутатора подключены к выходам первого дешифратора, входами соединенного с пряйыми разрядныии выходами первого счетчика, инверсные разрядные выходы которого подключе-. ны к первым информационным входам блока индикации, вторыми информационными входами соединенного с информационными выходами аналого-цифрового преобразователя, третьим и четвертым информационными входами— с выходами пЕрвого и второго блоков сравнения соответственно, а пятым информационным входом - с выходом первого элемента ИЛИ, входом установки в единичное состояние триггера, единичным выходом подключенного к первому входу первого элемента И и к входу установки в нулевое состояние второго счетчика, выход переполнения которого соединен с пер,Вым входом первого элемента ИЛИ, а

„„SU„„105954 A

ЗСЮ 6 05 В 23 02 0 06 I 15 46 счетный вход — с первым выходом генератора импульсов, вторым выходом соединенного с вторым входом первого элемента И, выход которого подключен к счетным входам первого и третьего счетчиков, прямые разрядные выходы третьего счетчика через . второй дешифратор подключены к управляющим входам второго коммутатора, и в каждом канале последовательно соединеннь е датчик параметра, блок унификации и вычитакщий блок, ко второму входу которого подключен соответствующий выход блока задания номинальных значений параметров, а выходы вычитающих блоков всех каналов соединены с информационными входазы первого коммутатора, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения эффективности контроля, в него введены второй элемент С

:ИЛИ, элемент НЕ, второй, третий и четвертый элементы И, третий коммутатор и последовательно соединенные блок выделения абсолютного значения сигнала и амплитудный дискриминатор, выход которого покдлючен к входу установки в нулевое состояние () первого счетчика, а управляющий . вход - к выходу второго элемента И, к входу установки в нулевое состоя- С© ние триггера и к первым входам третьего и четвертого элементов И, выходы которых подключены соответ- 0Ь ственно к второму входу первого эле а Д мента ИЛИ и управляющему входу аналого-цифрового преобразователя„ информационным входом подключенного к выходу третьего коммутатора, информационные входы которого соединены с выходами блоков унификации, а управляющие входы — с выходами первого дешифратора, вход блока „выделения абсолютного значения сигнала подключен к выходу второго коммутатора, первый вход второго элемента И соединен с одним из вы-.

1059547

50 ходов второго дешифратора, а второй вход — с первым выходом генератора импульсов,| входы второго элемента ИЛИ соединены с выходами первого и второго блоков сравнения, 1

Изобретение относится к измерительным информационным системам и может использоваться в машинах цент рализованного контроля и регулиро» вания.

Известна измерительная информа» ционная система со сжатием данных, содержащая датчики, выходы которых через блоки преобразования соединены с.входами первого коммутатора, выход которого через последовательно соединенные цифровой преобразователь и блоК обработки подключен к входу блока индикации, второй коммутатор, блок сжатия, входы которого подключены к выходам блоков преобразования, а выходы - через второй коммутатор к входу цифрового преобразователя, дешифратор, триггер, генератор, блок установки, две схемы совпадения и два счетчика (1) .

Недостатком данного устройства является невозможность обслуживания наихудшего (самого активного параметра)в первую очередь, что не позволяет обеспечить достаточно эффективные контроль и регулирование °

Наиболее близким к предлагаемому является устройство централизованно"

ro контроля и регулирования технологических процессов, содержащее в каждом канале последовательно соединенные датчики, блоки унификации и вычитающие блоки, а также блбк задания номинальных значений (находится в центральном запоминающем устройстве ЦЗУ), выходы которого соединены с вторыми входами вычитающих блоков, выходы которых соединены с входами первого коммутатора, выход которого соединен с первым входом двухполярного блока . сравнения (возможна реализация в виде двух блоков сравнения для каж-. дой полярности отдельно), второй вход которого через преобразователь полярности соединен с преобразователем двоичного кода в ступенчатоизменяющееся напряжение, второй вы ход которого подключен к цифровому индикатору, второй вход которого соединен с выходом блока сравнения, Второй выход преобразователя полярности подключен к входу блока вывторой вход четвертого элемента И подключен к выходу второго элемента

И и ко входу элемента НЕ, выход которого соединен с вторым входом третьего элемента И.

2 дачи результатов контроля, другие выходы блока сравнения через второй коммутатор подключены к входам регуляторов, центральное устройст5 во разверток, соединенное с таймером и с преобразователем двоичного кода в напряжение.

Управление работой устройства.прототипа осуществляется из центра

1ф завода (ЦЗ), в который входит таймер, блоки индикации и регистрации, объединенные в центральную контрольно-измерительную машину. Таймер является основным управляющим элемен 5 том и может состоять из генератора, блока запуска (триггер с элементом И) и счетчика таймера с элементом ИЛИ. В устройстве осуществляет, ся контроль разности между параметрами объекта и их номинальными значениями, причем задание допустимых отклонений осуществляется в цифровой форме (2) .

Недостатком известного устройства является жесткая (последовательная) программа опроса каналов, что приводит к недостаточной эффективности контроля и регулирования. Это объясняется тем, что выбор частоты проведения операций дискретного контроля и регулирования и, в конечном итоге, частоты опроса каналов с целью обеспечения заданной достоверности контроля и качества регули рования осуществляется с учетом

35 экстремальных динамических свойств самого активного параметра, что приводит к избыточному числу операций контроля (при снижении активности) и возможности значительного превышения параметром допустимого значения из-за ожидания своей очереди обслуживания (при повышении активности) .

45 Цель изобретения - повышение эффективности контроля путем сокращения числа операций контроля и обеспечения обслуживания наиболее активных параметров в первую очередь.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для центра*1лизованного контроля параметров, 1059547

20 содержащее ° блок задания номинальных значений параметров, первый коммутатор, выход которого подключен к первым входам первого и второго блоков сравнения, вторые входы которых соединены с соответствующими выходами блока задания допустимых отклонений параметров, управляющие входы первого коммутатора подключены к выходам первого дешифратора, входами соединенного с прямыми разрядными выходами первого счетчика, инверсные разрядные выходы которого подключены к первым информационным входам блока индикации, вторыми информационными входами соединенного с информационными выходами аналого-цифрового преобразователя, ретьим и четвертыми информационными входами — .с выходами первого и второго блоков сравнения соответственно, а пятым информационным входомс выходом первого элемента ИЛИ, входом установки в единичное состояние триггера, единичным выходом подклвченного к первому входу первого элемента И и к входу установки в нулевое состояние второго счетчика, выход переполнения которого соединен с первым входом первого элемента ИЛИ, а счетный вход — с первым выходом генератора импульсов, вторым выходом соединенного с вторым входом первого элемента И, выход которого подключен к счетным входам первого и третьего счетчиков, прямые разрядные выходы третьего счетчика через второй дешифратор подключены к управляющим входам второго коммутатора, и в каждом канале последовательно соединенные датчик параметра, блок унификации и вычитающий блок, к второму входу которого подключен соответствующий выход блока задания номинальных значений параметров, а выходы вычитающих блоков всех каналов соединены с информационными входами первого коммутато,ра, введены второй элемент ИЛИ, элемент НЕ, второй, третий и четвертый элементы И, третий коммутатор и последовательно соединенные блок выделения абсолютного значения сигнала и амплитудный дискриминатор, выход которого подключен. к входу установки.в нулевое состояние первого счетчика, а управляющий вход — к выходу второго элемента И, к входу установки в нулевое состояние триггера и к первым входам третьего и четвертого элементов И, выходы которых подключены соответственно к второму входу первого элемента ИЛИ и управляющему входу аналого-цифрово

ro преобразователя, информационным входом подключенного к выходу треть

его коммутатора, информационные входы которого соединены с выходами

I блоков унификации, а управляющие ° входы - с выходами первого дешифратора, вход блока вьщеления абсолютного значения сигнала подключен к выходу второго коммутатора, первый вход второго элемента И соединен с одним из выходов второго дешифратора, а второй вход — с первым выходом генератора импульсов, входы второго элемента ИЛИ соединены с выходами первого и второго блоков сравнения, второй вход четвертого элемента И подключен к выходу второго элемента И к входу элемента НЕ, выход которого соединен с вторым входом третьего элемента И.

На фиг. 1 представлена схема устройства для централизованного контроля параметров; на фиг. 2 — схема возможной реализации блока вьщеления абсолютного значения сигнала; на фиг. 3 - схема амплитудного дискриминатора.

Устройство (фиг. 1) содержит датчик 1 параметров, блоки 2 унификации, вычитающие блоки 3, блок 4 задания номинальных значений параметров, первый коммутатор 5, блок 6 выделения абсолютного значения сигнала, амплитудный дискриминатор 7, второй коммутатор 8, первый блок 9 сравнения, второй блок 10 сравнения, блок.11 задания допустимых отклонений параметров, первый элемент

ИЛИ 12, элемент НЕ 13, аналого-цифровой преобразователь 14 (AIgI), блок 15 индикации, генератор 16 им"., пульсов, триггер 17, первый элемент

И 18, второй 19, третий 20 и четвертый 21 элементы И, второй элемент

ИЛИ 22, первый 23 и второй 24 счетчики, первый дешифратор 25, третий счетчик 26, второй дешифратор 27, третий коммутатор 28, регистр 29, преобразователи 30 и 31 двоичного кода в двоично-десятичный код, дешифраторы 32 и 33, цифровые индикаторы 34 и узел 35 усилителей индикации блока 15 и блоки 36 и 37 коммутации.

Датчики 1 предназначены для преобразования технологических параметров в электрический сигнал, Блок

2 служит для нормализации выходных сигналов датчиков 1. Блок 3 предназначен для получения отклонения текущего значения параметра от н9мннального. Блок 4 служит для формирования и выдачи номинальных значений параметров. Блок 6 предназначен для преобразования двухполярных сигналов разности текущих и номинальных значений параметров в однополярный сигнал.

Блок 6 может быть построен по схеме, изображенной. на фиг. 2 и содержащей резисторы 38-45, операцион1059547 ные усилители 46 и 47 и диоды 48 и 49.

Амплитудный дискриминатор. 7 слух<ит для выработки сигнала при превышении текуцего значения входного напряжения над предыдущими.

Дискриминатор 7 (фиг. 3) может содержать ключ 50, конденсатор 51, диод 52, резистор 53, операционный . усилитель 54 и формирователь 55, например ждущий мультивибратор.

Конденсатор 51 выполняет функции запоминающего устройства, где хранится предыдуцее максимальное значение разности между контролируемым параметром и номинальным его значением. При превышении входным .напря15 жением, поступающим от блока б, напряжения, запомненного конденсатором

51, на выходе усилителя 54 появляется сигнал, по которому ждущий муль- 20 тивибратор 55 формирует импульс, по"1" при выходе контролируемого параметра из допустимой эоны, а элемент

НЕ 13 — для выработки сигнала "Норма", соответствующего нахождению контролируемого параметра в допусти- 50 мой зоне. At@i 14 служит для преобразования текущего значения выбранного параметра, вышедшего иэ допустимой зоны, в двоичный код. Блок 15 предназначен для отображения значения выбранного параметра на циф-ровых индикаторах и индикации направления выхода параметра из эоны допустимых значений — "больше" или

"меньше". Блок 15 содержит регистр

29, предназначенный для записи, 55

60 хранения и выдачи кода значения выбраиного параметра и представляющий собой регистр с параллельной устаНовкой и съемом информации, преобступающий на сброс счетчика 23. В . конце цикла опроса каналов по сигналу элемента И 19 замыкается ключ

50, тем самым сбрасывается память . 25 дискриминатора 7. Коммутатор 8 предназначен для последовательного переключения каналов. На.коммутатор 8 поступают напряжения, представляющие собой разности текущих и номиналь- 30 ных значений параметров. Число ключей в коммутаторе 8 равно числу каналов. Блоки 9 и 10 предназначены для выработки сигналов "1" при достижении текущей положительной (блок

9) и отрицательной (блок 10) разности значения допустимого отклонения соответствуюцего знака, т.е. вырабатываются логические сйгналы, "боль-: ше" и "меньше". Блок 11 предназначен .для формирования и выдачи зна.чений допустимых отклонений параметров от номинальных значений и представляет собой два источника напряжений разной полярности. Элемент

ИЛИ 22 служит для выработки сигнала 45 раэователи 30 и 31 двоичного кода значений выбранного параметра и но- мера канала соответственно в двоична-десятичный код, дешифраторы 32 и 33 двоична-десятичного кода в де.сятичний позиционный код, необходимый для управления цифровыми индикаторами 34, блок 35 индикации отклонений выбранного параметра иэ зоны допустимых значений (" больше" или "меньше" и содержащий усилители с лампами накаливания, подсвечивающими соответствующие транспоранты). Генератор 16 предназначен для формирования импульсов, обеспечивающих синхронную работу устройства. Генератор 16 представляет собой автоколебательный мультивибратор с двумя выходами. Триггер 17 служит для управления работой счетчиков 23 и 26, разрешая или запрещая прохождение на них импульсов от генератора 16 через элемент И 18, выполняющий функцию вентиля. Элемент,И 19 выполняет функцию вентиля, сбрасывая память дискриминатора

7 по управляющему сигналу с последней шины дешифратора 27 и импульсам с второго выхода генератора 16 (которые противополох<ны по фазе импульсам с первого. выхода генератора 16) . Элемент И 20 служит для формирования через элемент ИЛИ 12 сигнала, устанавливающего триггер

17 в состояние, разрешающее прохождение импульсов от генератора 16 чЕрез элемент И 18 (обеспечение следующего цикла опроса) . Элемент

И 21 предназначен для формирования сигнала запуска Aigl 14, в случае, если хотя бы один из контролируемых параметров вышел из зоны допустимых значений. Счетчик 23 предназначен для подсчета числа импульсов, поступающих от генератора 16, по которым осуцествляется переключение каналов в коммутаторах 5 и 28, Сброс счетчика 23 в исходное состояние осуществляется по сигналам с дискриминатора 7. Счетчик 23 пред-. ставляет собой двоичный счетчик, с прямых выходов разрядов которого код поступает на дешифратор 25, а с инверсных - на блок 15. Дешифратор 25 предназначен для преобразования двоичного кода в единичный позиционный код, управляющий переключением каналов в коммутаторах 5 и

28.

Коммутатор 28 предназначен для переключения каналов и на его вход поступают напряжения, пропорциональные значениям параметров. Число ключей в коммутаторе 28 равно числу каналов. Коммутатор 28 переключа ет каналы в обратном порядке, т.е. к первому ключу подключается пос1059547 ледний контролируемый канал„ к последнему ключу — первый, Счетчик 24 предназначен для формирования сигнала, запускаюцего устройство через элемент ИЛИ 12 при включении питания, и в случае, если выбранный параметр, вышедший из зоны допуска, не поддается регулированию. На вход счетчика 24 поступают импульсы от генератора 16 и емкость счетчика должна быть достаточной для формирования временного интервала, представляющего собой сумму времени оп.роса всех каналов и максимального времени регулирования, Счетчик 26 предназначен для подсчета числа импульсов, поступающих от генератора

16, по которым осуществляется переключение каналов в коммутаторе 8.

Счетчик 26 представляет собой двоичный счетчик. Дешифратор 27 предназначен для преобразования двоичного кода в единичный позиционный код.

Устройство работает следующим образом.

Напряжение с выхода датчика 1 поступает на вход блока 2 унификации, с выхода которого унифицированный сигнал поступает на вход вычитающего блока 3, где происходит вычисление разности напряжений, поступающих от блока 2 и блока 4 задания номинальных значений параметров.

Раэностные сигналы|поступают на первый коммутатор 5 и на второй коммутатор 8, а сигналы от блока 2 поступают на третий коммутатор 28.

При включении устройства в работу, если триггер 17 находится в состоянии "1", через элемент И 18 на первый счетчик 23, третий счетчик 26 и коммутатор 8 поступают импульсы от гинератора 16, по.которым через дешифраторы 25 и 27 производится переключение каналов. Если триггер находится в состоянии

"0", то через некоторый промежуток времени, определяемый начальным состоянием второго счетчика 23, с

его выхода появится сигнал, уста- навливающий триггер 17 в.состояние

".1". Зо время первого цикла опроса каналов (переходного процесса) возможна неправильная выдача результаIToB oHT oIIII, Ho IIpH этом устройство автоматически подготавливается к работе.

Триггер 17 в состоянии "1" разремает прохождение импульсов от генератора 16 импульсов через элемент ,И 18 на счетчики 23 и 26.

Коммутатор 8 последовательно опрашивает блоки 3, начиная с первого.

Если напряжение с последуюцего блока 3 оказывается больше предыдущих (по модулю), то на выходе амплитудного дискриминатора 7 появляется сигнал, сбрасываюций счетчик 23. оммутаторы 5 и 28 при. этом устанав-ливаются в начальное положение. При дальнейшем поступлении импульсов с генератора 16 по окончании опроса всех блоков 3 коммутатор 8 устанавливается в последнее положение, а коммутаторы 5 и 28 — в положение

N — II, 1де М вЂ” Номер блока 3, имеющего наибольшее (по модулю) напря-

1Р жение на выходе; и — число каналов.

Для правильной работы устройства необходимо, чтобы блоки 3 и 2 с ноГ ером R были подключены к ключам коммутаторов 5 и 28.с номером N-R+1, 15 т.е. первый вычитаюций блок и первый блок унификации подключаются к последним ключам коммутаторов 5 и

28, вторые блоки 3 и 2 - к предпоследним ключам коммутаторов 5 и 28

2р (с номером Б — 1) и т.д. Последний вычитающий блок и последний блок унификации подключаются к первым ключам коммутаторов 5 и 28. Таким образом, канал с наибольшим (по мо25 -дулю) в каждом цикле опРоса значением находится между параметром и номинальным значением.

При опросе последнего канала с соответствующего выхода дешифратора 27 снимается потенциал, разрешающий прохождение импульсов с генератора 16 импульсов через элемент

И 19. Импульсы, поступающие на элемент И 19, противоположны по фазе импульсам, поступающим на элемент

И 18, благодаря чему сигнал на выходе элемента И 19 задерживается на время отработки последнего канала.

По сигналу с элемента И 19 сбрасывается память дискриминатора 7, 4Р триггер 17 устанавливается в состояние "0", запрецая поступление им- . пульсов с генератора 16 на счетчики

23 и 26.

45 От вычитающего блока 3 выбранного канала через коммутатор 5 наибольшая (по модулю) разность поступает на входы блоков сравнения 9 и

10, один из которых сравнивает положительные сигналы, а другой — отрицательные. Эта разность сравнивается с сигналом с блока 11 задания допустимых отклонений параметров, и если она больше допустимого значения, то на выходах блока 9 и 10 появляется сигнал "1". Этот сигнал через элемент ИЛИ 22 подготавливает элемент И 21 и через элемент НЕ 13 закрывает элемент И 20. При этом сигнал с элемента И 19 проходит че60 рез элемент И 21 на запуск АЦП 14, на вход которого поступает напряжение, соответствующее значению пара-. метра выбранного канала. Если ни один иэ контролируемых параметров не вымел из зоны допустимых значе1059547

10 ний, то на выходе блоков 9 и 10 будет "0", запрещающий через элемент

ИЛИ 22 прохождение импульсов с элемента И 19 через элемент И 21 и разрешающий его прохождение через элемент И 20. Таким образом, в случае отсутствия ныхода параметра иэ зо ны допустимых значений сигнал с выхода элемента И 20 через элемент

ИЛИ 12 устанавливает триггер 17 в состояние "1", обеспечивая следующий цикл опроса каналов.

В случае выхода параметра из зоны допустимых значений сигналы "1" с выходов блока 9 или 10 подаются на блок 35 для индикации результатов контроля ("больше", "меньше") и на регуляторы для регулирования.

Код значения выбранного параМетра с выхода АЦП 14 по сигналу "Конец преобразования".записывается в регистр 29. От счетчика 23 на пре образователь 31 двоичного кода в двоична-десятичный поступает код адреса выбранного канала, причем со счетчика 23 снимается инверсный код.

Коды значений выбранного параметра и адреса канала через преобразователи 30 и 31 и дешифраторы 32 и 33 поступают на цифровые индикаторы 34.

На выход устройства подается ад" рес канала, подлежащего регулирова« нию, благодаря чему, может быть под ключен соответствующий регулятор. .fIo окончании процесса регулирования выбранного параметра на выходах блоков 9 и 10 появляется сигнал "0" ("норма"), подготавливающий через элементы ЙЛИ 22 и НЕ 13 элемент И 20

Импульс с выхода элемента И 19 через элементы И 20 и ИЛИ 12 устанавливает триггер 17 в состояние "1", сбрасывает счетчик 24 и регистр 29.

Устройство начинает новый цикл on роса.

Если выбранный параметр не поддается регулированию, то через заданное нремя от начала цикла опроса каналов (определяемое суммой времени опроса каналов и максимально допустимого времени регулирования) на выходе счетчика 24 появляется

При заданной погрешности контроля средняя частота выдачи результа- тов контроля в базовом объекте примерно в 25 раэ выше, чем в предлагаемом устройстве, а это означает, что базовый объект сможет проконтролировать лишь 20 параметров из

480 возможных, а предлагаемое устройство обслужит все каналы за одно и то же время.

Тогда экономический эффект от использования предлагаемого изобретения примерно составит 600х(480

20) = 27б000 руб. сигнал переполнение счетчика, подготанливающий через элемент ИЛИ 12 устройство к новому циклу опроса °

Таким образом, контролю, индикации (регистрации) и регулированию в первую очередь подвергаются параметры, которые обладают наибольшим (по модулю) отклонением текущего значения параметра от номинального, т.е. наиболее активные, что повы10 шает эффективность контроля и регулирования, т.е. осуществляется адаптивный контроль. Конкретный выигрыш зависит от закона распределения входных сигналов„количества ка15 налов и требуемой точности ° При адаптивном контроле количество операций контроля при .нормальном рас-пределении входных сигналов и вероятности P = 0,997 по сравнению с

20 равномерным дискретным контролем уменьшится в 25 раз, т.е. средняя частота выдачи результатов контроля может быть уменьшена в 25 раз при сохранении той же погрешности. По25 вышение же средней часто .щ до прежнего уровня приведет к пропорциональному уменьшению погрешности an" нроксимацни (погрешности контроля).

Принедем данные по технико-эконоЗ0 мической эффективности предлагаемого устройства для централизованного контроля параметров по сравнению с базовым объектом. За базовый объект принята информационно-вычислительная машина HB-500, так как .фна решает задачи, аналогичные зада}чам предлагаемого устройства.

so iл

1059547

Составитель А.Смажевскии

Техред В.Далекорей Корректор H.Ìócêà

Редактор Н.Стащишина

Заказ 9840/52 Тираж 874 Подписное

ВНИИПИ.Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул, Проектная, 4