Устройство для определения заиленности водосборника

 

Сущность изобретения: выявление изменения соотношения объемов нижней и верхней частей водосборника по средним временам их заполнения. Устройство содер-жит датчики уровня (t.2,3). блок определения фаз цикла заполнения (4), счетчики

ÄÄ5U „„1784841 А1

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (и) G 01 F 17/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) т

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1,., 2 (21) 4868209/24 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ (22) 21.09.90 . " . ЗАИЛЕННОСТИ ВОДОСБОРНИКА (46) 30.12.92. Бюл. N. 48 . ".;: . (57) Сущность изобретения: выявление из(71) Киевский: политехнический институт менения соотношений объемов нижней и им.50-летия Великой Октябрьской социали- - верхней частей водосборника по средним

:стической революции . " временам их заполнения. Устройство содер(72) С.fl. Øåâ÷óê;--А. В.Русаловский "й . жит датчики уровня (1,2,3), блок определеH.Ï.Màòâèåíêo . . ния фаз цикла заполнения (4), счетчики (56) Патент Великобритании М 1323723, (5,6,7). Генератор импульсов (6), усредняю. кл. 6 01 Е 17/00, 1973. :;,::: " щие фильтры (9,10),.задатчики (11,13), блок

Авторское свидетельство СССР . вычисления показателя заиливания (12), М 1004988, кл. 6 05 0 9/12, 1981.. -блок индикации (14). 1-4 — 5-9-12-14, 2-4, 3-4, &-5, 8-.6, 11-9 (10,7); 13 — 12, 4-7 — 14. 4 ил.

1784841

Изобретение относится к области устройств для управления и регулирования уровня жидкости с использованием электрических средств и может быть использовано для определения степени заиленности и 5 фактической емкости шахтных и карьерных водосборников при открытой и подземной добыче полезных ископаемых., Известны системы и устройства контроля технологических параметров и управле- 10 ния насосными установками, содержащие датчики различных параметров процесса, подключенные через программный, логический и решающий блоки к системе управления приводом насоса (а.с. СССР N 813353. 15 кл, G 05 В 11/00, Б.И. N 10, 1981; заявки

Японии N. 57-4665, кл. G 05 0 9/12, Из-за руб, N.5,,1983), Недостатками Этих устройств является отсутствие- возможности автоматического оперативного и точного 20 определения заиленности водосборника с последующей индикацией информации.

Возможно только эпизодическое приблизительйое определение эаиловки расчетным путем через промежуточные параметры, 25 контролируемые данными устройствами.

Значенйя этих параметров совокупно зависят не только от заиловки, но и от изменений подачи насоса, величины водопритока, что не дает возможности однозначно и точно 30 определить степень заиловки водосборника, Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является устройство для управления перекачкой жйдкости 35 (а,с. СССР N 1004988, кл. G 05 D 9/12, Б.И.

М 10, 1983), обладающее функцией контроля степени заиливания водосборника. Устройство содержит блок определения степени заиливания водосборника, кото- 40 рый состоит из двух ультразвуковых датчиКоВ уровня и вычислителя (вычитателя), определяющего степень заиливания и выдающего соответствующую информацию на блок индикации, Первый датчик уровня из- 45

"меряет уровень жидкости над слоем ила, второй датчик настроен так, что измеряет уровень жидкости от строительного дна водосборника, Разйость между этими уровнями пропорциональна степени заиливания 50 водссборника. Устройство содержит также генератор импульсов, логический блок, счетчики импульсов и др. элементы, обеспечивающие управление перекачкой жидкости. Данное устройство обладает 55 недостаточной точностью, что объясняется следующим, С помощью уровнемеров и вычитателя измеряется уровень илоотложения только в месте установки уровнемеров, Между тем шахтные и карьерные водосборники имеют значительные размеры, в каждом месте илоотложения в водосборнике различные, Оценить величину обьема или с помощью измерения толщины илоотложения только в одной точке водосборника можно только приблизительно. Таким образом, сигнал, вырабатываемый как разность двух уровней, не может с достаточной точностью характеризовать фактическую степень заиливания водосборника.

Цель изобретения — повышение точности работы устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройсТво определения заиленности soдосборника, содержащее первый и второй датчики уровня, генератор импульсов, выход которого соединен со счетными входами первого и второго счетчиков, и блок вычисления показателя заиливания выход которого подключен к информационному входу блока индикации, дополнительно введены третий датчик уровня, блок определения фаз цикла заполнения, третий счетчик, задатчик числа циклов, задатчик отношения объемов и два усредняющих фильтра. При этом выходы первого, второго и третьего датчиков уровня соединены с соответствующими информационными входами блока определения фаз цикла заполнения, выход фаз заполнения верхнего объема которого соединен с разрешающим входом первого счетчика, а выход фазы заполнения нижнего объема с разрешающим входом второго счетчика. Выходы первого и второго счетчиков соединены с входами задания усредняемого времени соответствен но первого и второго усредняющих фильтров, входы задания показателя усреднения которых соединены с выходом эадатчика числа циклов и с установочным входом третьего счетчика, Счетный вход третьего счетчика с выходом фазы откачки блока определения фаз цикла заполнения, а его выход обнуления подключен к входу отметки заданной точности вычисления блока индикации. Выходы задатчика отношения объемов и усредняющих фильтров соединены с соответствующими информационными входами блока вычисления показателя заиливания, выход которого соединен с информационным входом блока индикации.

Предлагаемая структура устройства для определения заиленности водосборника позволяет получить качественно отличный от прототипа принцип определения заиливания водосборника и повысить точность работы устройства, что может быть пояснено следующим образом.

В изобретении используются три датчика уровня жидкости: первый — датчик ниж1784841 него уровня — устанавливается в приемном входам блока вычисления показателя заиликолодце водосборника на уровне строитель- вания 12, третий вход которого подключены ного дна водосборника. Второй — датчик к выходу задатчика отношения объемов 13, верхнего. уровня — устанавливается для ин- а выход — к информационному входу блока дикации заполнения всей емкости. Третий — 5 индикации 14. Вход отметки заданной точдатчикпромежуточногоуровня — устанавли- ности вычисления блока индикации 14 соевеется между первым и вторым датчйками динен с выходом обнуления третьего так, чтобы было известно соотношение объ- счетчика 7. емов частей водосборника: U = Чрг/Vp1, где -Устройство работает следующим обрэVð1 — объем части водосборника между 10 зом. При откачке воды из водосборника в уровнями установки третьего и второго дат- момент, когда уровень воды в приемном кочиков, а Чр2 — между уровнями установки лодце водосборника 15 (фиг.2) станет ниже первого и третьего датчиков. При этом в уровня установки датчика 1, насосная устапроцессе эксплуатации водосборника в ре- новка 16 отключается и начинается процесс зультате эаиливания изменяется объем 15 заполнения водосборника, Сначала срабатолько нижней части водосборника Чр2, а тываетдатчикнижнегоуровня1,затем, ког-4 объем верхней его части Чр1 остается неиз- да заполнится часть объема водосборникэ менным. Контролируя времена заполнения Vpg — датчик 3 промежуточного уровня, заобеих частей водосборника, предлагаемое тем, когда заполнится верхняя часть объема устройство таким образом позволяет опре- 20 водосборника Чр — датчик 2 — верхнего делять степень заиливания водосборника уровня. После этого насосная установка 16, на основе объемных соотношений, а не на оборудованная устройством эвтомэтичеоснове соотношений уровней, как зто реа- ского управления, включается и откачивает лизовано в прототипе, что приводит к повы- . воду. шению точности работы устройства, 25 Блок определения фаз цикла заполнеособенно при неравномерных водоприто- ния 4 формирует уровень логической единиках.. цы по выходу фазы. заполнения объема в .

На фиг.1 приведена блок-схема устрой- период времени, когда заполняется часть . ства для определения заиленности водо- емкости Vp> водосборника, то есть между сборника; на фиг.2 .— схема установки 30 моментомзамыканиядатчика3и моментом электродных датчиков уровней в водосбор- замыкания датчика 2 (диаграмма "Выход 1", нике; на фиг,3 — схема блока определения фиг.3). По выходе фазы заполнения объема . фаз цикла заполнения и диаграмма его ра- блока определения фазы цикла заполнения боты; на фиг.4 — алгоритм работы усредня- 4 формируется логическая единица в период ющих фильтров. 35 времени, когда заполняется часть емкости

Устройство для определения заиленно- водосборника Чрг, то есть между моментами сти водосборника (фиг.1) содержит три дат- замыкания датчика 1 и замыкания датчика 3 чика уровня: первый — нижнего уровня (НУ) (диаграмма "Выход 2", фиг.3). По выходу фа1, второй — верхнего уровня (BY) 2, третий — зы откачки блока определения фазы цикла промежуточногоуровня(ПУ)3. Выходы этих 40 заполнения формируется уровень логичедатчиков подключены к соответствующим ской единицы в период времени между разинформационным входам блока определе- мыканиемдатчика2 и рэзмыканиемдэтчика .ния фаз цикла заполнения 4, который имеет 1, то есть в период откачки всей емкости три выхода: выход фазы заполнения нижне-: водосборника Чр +Чр, что является признагообъема соединен с разрешающим входом 45 ком полного цикла работы насосной устапервого счетчика 5, выход фазы заполнения . новки в автоматическом режиме. верхнего объема — с разрешающим входом В исходном начальном состоянии счетвторого счетчика 6, а выход фазы.— со счет- чики 5,6 и 7 находятся s нулевом состоянии. ным входом третьего счетчика 7. Счетные. При заполнении части емкости Чр1с выхода входы первого 5 и второго 6 счетчиков им- 50 фазы заполнения верхнего объема блока оппульсов соединены с выходом генератора ределения фазы цикла заполнения 4 на разимпульсов 8, а их выходы — соответственно t: .. решающий вход счетчика 5 подается входами Задания усредняемого времени уровень логической 1 и счетчик считает импервого 9 и второго 10 усредняющих филь- пульсы, поступающие на его счетный вход с тров, входы задания показателя усреднения 55 генератора 8. Таким образом, по окончании которых, а также установочный вход трвть- .: периода заполнения части емкости Чр -перего счетчика 7 подключены к выходу.ээдат- . вый счетчик 5 будрт хранить число импульчика числа циклов 11. Выходы усредняющих сов, подсчитанных за период заполнения фильтров 9 и 10 подключены соответствен- Vpf, которое пропорционально времени зано к первому и второму информационным полнения t> верхней части емкости водо1784841 сборника, Аналогично, второй счетчик 6 по окончании заполнения части емкости Vp2 будет хранить число импульсов, пропорциональное времени заполнения т2 нижней части водасбарника Vp2. 5

После каждого цикла заполнения водосборника полученные числа с выхода счетчиков 5 и 6 поступают на усредняющие фильтры 9 и 10, которые определяют усредненные значения времен заполнения емко- 10 стей Чр1 и Vp2 соответственно за тРебУемые п циклов. Число и, необходимое для усред-. нения, задается с помощью задатчика 11 числа циклов. Алгоритм работы усредняющих фильтров 9 и 10 представлен на фиг.4. 15

Если фактическое число циклов заполнения водосбарника с момента начала работы устройства для .определения заиленнасти водасборника меньше требуе-" мого, задаваемого задатчикам числа циклов 20

11, то считается, чта-точность определения степени заиленности водосборника нйже установленной. Поэтому для сигнализации . состояния, когда фактическое число циклов заполнения водасбарника меньше устанав- 25 ленного на задатчике числа циклов 11 используется третий счетчик 7, на счетный вход которого поступают импульсы с выхода фазы откачки блока 4,, а на его предварительный установочный вход — число и с за-.30 датчика числа циклов 11. Если количество фактически подсчитанных циклов работы водоотливной установки достигнет числа и, то счетчик 7, работающий в режиме инверсного счета с предварительной установкой 35 числа п, досчитает да "Нуля" и Hà его выходе обнуления появится уровень логической единицы, который поступает на вход блока индикации 14„где индицируется и при этом свидетельствует, что определенный к дан- 40 ному моменту уровень заиливания водосборника вычислен с требуемой, наперед заданной с помощью установленного на эадатчике числа циклов 11 числа п, точностью.

На выходе первого усредняющего филь- 45 тра 9 формируется параметр t>, характеризующий среднее время заполнения емкости

Vp1 в соответствии с алгоритмом (фиг.4), а на выходе фильтра 10 — параметр t2, характеризующий .среднее время заполнения части 50 емкости водасбаРника Vp2 в соответствии с таким же алгоритмам (фиг.4). Задатчик отношения объемов определяет двоичное число

v = Vp2/Vp1 которое должно быть согласова. но с фактическим уровнем установки датчи- 55 ка 3 в водосборнике. При этом блок вычисления показателя заиливания 12 определяет фактическую степень заиливания водосборника а по формуле

a= — (v — =) 100% (1)

1 т2

1+и

Данный результат выдается на индикацию в блок индикации 14.

Конкретная реализация блоков и узлов изобретения может быть представлена следующим образом, Датчики уровня 1,2 3 — электродныедатчики уровня, представляющие собой электрод, имеющий определенный потенциал, который изменяется до нуля, если электрод, соприкасается с жидкостью, Блок определения фаз цикла заполнейия 4 представлен на фиг.3. Счетчики 5; 6 и 7 — микросхема

К561ИЕ11, имеющая счетный вход, входы сброса, прямого и инверсного счета, параллельный вход предварительной установки двоичного кода, параллельный четырехзарядный выход и выход переноса.

Генератор импульсов 8 аналогичен генератору прототипа, В качестве усредняющих фильтров 9, 10 и блока вычисления показателя эаиливания 12 может быть при-. менена однокристалльная Микро-ЭВМ, например, типа К1820ВЕ1, Задатчики числа циклов 11 и отношения обьемав 13 — переключатели с кодовым выходом. Блок индикации 14 аналогичен блоку прототипа, только вместо аналоговой индикации степени заиливания применяется цифровая индикация. Индикация логического уровня с выхода счетчика 7 осуществляется, например, светодиодом.

Наличие сигнала логической единицы с выхода счетчика 7 свидетельствует, чта результат (1) определен с требуемой точностью (например, 5%), а отсутствие такого сигнала с выхода счетчика 7 — о там, чта результат (1) не гарантирует требуемую точность on ределения заиленности. Это можно доказать следующим образом. Пусть имеется неравномерный нестационарный водоприток в водосборник q. Неравномерность его определяется различными факторами (погодой, технологией работ и т.п.), Нестационарность имеет сезонный характер. На периоде стационарности вадопритак имеет математическое ожидание M(q) = О.

Для незаиленного водосбарника (а = О) времена заполнения частей емкости водосборника составят. р, — Чр2, С1 t2 — 0

При заиливании водосборника, имея в виду, что при этом уменьшается только емкость Vp2:

1784841

Отношение времени заполнения обеих частей водосборника равно: .

t2 а — 100 (1+ ) (3) 20

Данное число устанавливается задатчиком числа циклов 11 (фиг.1}. Если фактическое число циклов работы устройства меньше и, то погрешность определения степени закаленности водосборника может быть большей, чем требуемая в данном примере 5 .

Применение изобретение позволит по- высить точность определения заиливания водосборников, что приводит к оптимизации работ по очистке водосборников и бо. лее достоверной оценке фактической текущей регулировочной емкости водосбор35 ников и, следовательно, к более точному энергосберегающему управлению водоот. ливными установками за счет оптимального совмещения периодов максимальной загрузки энергосистемы с периодом заполне40 ния водосборников, Экономический эффект составляет в среднем 6800 руб. на одно устройство. . Формула изобретения

Устройство для определения заиленности водосборника, содержащее первый и второй датчики уровня, генератор импуль-. сов, выход которого соединен со счетными входами первого и второго счетчиков, и блок вычисления показателя заиливания, выход которого подключен к информационному входу блока индикации, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения точности, в него введены третий датчик уровня, блок определения фаэ цикла заполнения, третий счетчик, задатчик числа циклов, задатчик от5 ношения обьемов и два усредняющих филь-, тра, при этом выходы первого, второго и третьего датчиков уровня соединены с соответствующими информационными входами .блока определения фаз цикла заполнения, получим из (4): а

Ч рг „(Ч р1 + Ч рг )

Гг

Q а

V рг 100 (V p1 + V рг )

t1 (2) Это отношение не зависит от водопритока q и его матожидания Q, что является преймуществом реализованного в устройстве метода определения заиленности водосборника.

Обозначив р = Vp2/Vp1, из (2) получим: откуда следует соотношение (1).

Определяемые в процессе функционирования устройства параметры t1 и 12 не являются математическими ожиданиями, а представляют собой средние значения времени заполнениЯ емкостей Vp1 и Чрг по измерениям. Поэтому сами эти параметры являются случайными и имеют матожидания M(t1) и М(г) и дисперсии о 1 /n u ог /n, где сг1 и юг — дисперсии случайных величин t1 = Чр1/Ц и t2 - Vp2/q.

Погрешности оценок времени ц и t2 обозначим ä1 = М(т1) - т1(; дг -1М(12) -Ъ .

Тогда ошибка в определении показателя заиливания водосборника равна: О М(Ы 100 Г,, И.,>

1ОО,(, о м(,) -В, Ошибки д 1 и д г пропорциональны среднеквадратичным отклонениям (71 и

d2. Заменим эти ошибки на не меньшее значение д — ошибку определения времени заполнения всей емкости водосборника.

С учетом того, что в соответствии с (3) — v — — (1+р)

М тг д

M t1 100

Ошибка д определяется дисперсией (г времени заполнения всей емкости водосборника. Например, для доверительной вероятности р - 0,05 и при п циклов измерения времени заполнения водосборника: д 2(7

Для этой доверительной вероятности из (5) можно определить необходимое число циклов п, при котором ошибка определения степени заиленности водосборника не превысит 57 (Ь = 5):

2д 100 — а

Я т;1< b + =

2 (100 — а +1) 5

1784841

/НУ/ выход

Знход г

Фнпод 3

Фиг. 3 выход фазы заполнения нижнего объема которого соединен с разреШающим входом первого счетчика, а выход фазы заполнения верхнего объема — с разрешающим входом второго счетчика; выходы первого и второго счетчиков соединены с входами задания усредняемого времени соответственно первого и второго усредняющего фйльтров, вход задания показателя усреднения которых соединен с выходом задатчика числа циклов и с установочным входом третьего счетчика, датчик >

° /НУ/

Щ чик 3

/ПУ/ датчик г

/@ / счетный вход которого соединен с выходом фазы откачки блока определения фаз цикла заполнения, а выход обнуления третьего счетчика соединен с входом отметки задан5 ной точности вычисления блока индикации, выходы задатчика отношейия объемов и усредняющих фильтров соединены с соответствующими информационными входами блока вычисления показателя заиливания, 10 выход которого соединен с информационным входом блока индикации.

1784841

Составитель А.Русаловский

Техред М.Моргентал Корректор Л /1ивринй

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина. 101

Заказ 4358 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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