Устройство для выявления, сигнализации и предотвращения аварийных ситуаций

 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для выявления, сигнализации и предотвращения аварийных ситуаций в химической, нефтехимической и других отраслях промышленности. Технический результат состоит в повышении информативности и качества диагностики аварийных ситуаций, расширении области применения устройства за счет использования математической модели объекта для анализа материального и теплового балансов при прогнозировании аварийных ситуаций, обеспечении возможностей противоаварийного управления. Сущность изобретения заключается в том, что в устройство для выявления, сигнализации и предотвращения аварийных ситуаций, содержащее блок ввода входных параметров, соединенный с блоком сравнения с аварийными границами, и блок сигнализации, дополнительно введены блок ввода выходных параметров, соединенный со входом второго блока сравнения с аварийными границами, блок математического моделирования и прогнозирования, предназначенный для прогнозирования траектории изменения параметров во времени, соединенный со входом третьего блока сравнения с аварийными границами, блок обработки и принятия решения, предназначенный для дифференциальной диагностики аварийных ситуаций и формирования последовательности информационных сигналов, и блок управления, предназначенный для формирования сигналов противоаварийного управления объектом, при этом выходы блоков сравнения с аварийными границами связаны с соответствующими входами упомянутого блока обработки и принятия решения, первый выход которого соединен со входом блока сигнализации, а второй его выход - со входом упомянутого блока управления. 1 ил.

Предлагаемое изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, а именно к системам оценки текущего состояния, выявления и сигнализации возникновения аварийных ситуаций, а также противоаварийных защиты и управления в сложных технологических системах, и может быть использовано для выявления, сигнализации и предотвращения аварийных ситуаций в химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей, теплоэнергетической и других отраслях промышленности, где возникновение аварийных ситуаций сопровождается значительными экономическими потерями.

Известно устройство для выявления аварийных ситуаций по а. с. 963029, кл. G 08 В 21/00, авторы: Е. К. Бабец и др. с приоритетом от 12.02.81. Устройство содержит датчик, блок синхронизации, соединенный с первым блоком памяти, выход которого соединен с одним входом первого блока сравнения, первый выход которого соединен с одним входом первого ключевого элемента, блок дифференцирования, арифметический блок, второй и третий блоки памяти, второй блок сравнения, второй ключевой элемент и блок прогнозирования. Первый и второй выходы блока дифференцирования соединены с другим входом первого блока сравнения и первым входом блока прогнозирования. При этом выход блока синхронизации соединен со входами второго и третьего блоков памяти, первый и второй выходы второго блока памяти соединены соответственно с первым входом второго блока сравнения и вторым входом первого ключевого элемента, выход которого соединен со вторым входом блока прогнозирования, первый выход арифметического блока соединен с третьим входом блока прогнозирования, а второй выход арифметического блока соединен со вторым входом второго блока сравнения, первый выход которого и выход третьего блока памяти соединены соответственно с первым и вторым входами второго ключевого элемента, а его выход связан с четвертым входом блока прогнозирования.

Недостатком данного устройства является невозможность осуществления дифференциальной диагностики аварийных ситуаций в сложных технологических системах, характеризующихся множеством контролируемых параметров со сложными причинно-следственными связями, большими транспортными и емкостными запаздываниями, а также наличием неконтролируемых возмущений. Отсутствие дифференциальной диагностики аварийных ситуаций не позволяет эффективно локализовать аварию и обеспечить выработку последовательности противоаварийных управляющих воздействий.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является устройство для выявления и классификации аварийных ситуаций по а. с. 991464, кл. G 08 В 21/00, авторы: Е. К. Бабец и др. с приоритетом от 23.04.81. Устройство содержит блок синхронизации, соединенный с датчиком и первым, вторым и третьим блоками памяти, выход первого блока памяти соединен с одним входом первого блока сравнения, первый выход которого соединен с одним входом первого ключевого элемента, ко второму входу которого подсоединен выход второго блока памяти. При этом выход датчика соединен со входами блока дифференцирования и первого арифметического блока, выход которого соединен со входом второго блока сравнения и первым входом блока формирования сигналов предупреждения, а второй выход первого блока сравнения и выход третьего блока памяти связаны соответственно с первым и вторым входами второго ключевого элемента. Выход блока формирования сигналов предупреждения соединен со входом третьего блока сравнения, выход которого связан с третьим входом второго ключевого элемента.

В этом устройстве сигнал от датчика поступает на блок дифференцирования и первый арифметический блок, где производятся преобразование и нормализация входного сигнала. Нормализованный сигнал параметра подается на входы первого и второго блоков сравнения, где он сравнивается с заданием и допустимыми пределами параметра. Результат сравнения передается на блок формирования сигналов предупреждения, где производится прогнозирование величины параметра и вычисление скорости изменения параметра. Вычисленное значение скорости параметра подается на третий блок сравнения, где выполняется сравнение с допустимыми пределами скорости. После этого результаты сравнения и прогнозирования подаются на входы ключевого элемента.

Однако данное устройство не может применяться для осуществления противоаварийного управления в технологических системах со сложными алгоритмами защиты, так как его использование не позволяет осуществлять дифференциальную диагностику аварийных ситуаций с использованием анализа материального и теплового балансов сложных технологических систем, характеризующихся дрейфом своих свойств во времени.

Технический результат: повышение информативности и качества диагностики аварийных ситуаций, расширение области применения устройства за счет использования математической модели объекта для анализа материального и теплового балансов при прогнозировании аварийных ситуаций, обеспечение возможностей противоаварийного управления.

Блоки описанного устройства объединены по функциональному назначению следующим образом: блок синхронизации и первый блок памяти объединены в блок ввода параметра; первый и второй блоки сравнения объединены в блок сравнения с аварийными границами; блок дифференцирования, первый арифметический блок и второй блок памяти объединены в блок прогнозирования, а блок формирования сигналов предупреждения, третий блок памяти и ключевой элемент объединены в блок сигнализации.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройство, содержащее блок ввода параметра, соединенный с блоком сравнения с аварийными границами, блок прогнозирования, соединенный с блоком ввода параметра, и блок сигнализации, соединенный с блоками прогнозирования и сравнения с аварийными границами, введены второй блок ввода параметра, второй и третий блоки сравнения с аварийными границами, блок математического моделирования и прогнозирования, блок обработки и принятия решения и блок управления, при этом выходы первого и второго блоков ввода параметра соединены со входами блоков сравнения с аварийными границами и со входами блока математического моделирования и прогнозирования, выход которого соединен со входом третьего блока сравнения с аварийными границами, выходы блоков сравнения с аварийными границами связаны с соответствующими входами блока обработки и принятия решения, первый выход которого соединен со входом блока сигнализации, а второй его выход связан со входом блока управления.

Предлагаемое устройство иллюстрируется чертежом, на котором представлена структурная схема устройства.

Устройство содержит первый 1 и второй 2 блоки ввода параметров, блок математического моделирования и прогнозирования 3, первый 4, второй 5 и третий 6 блоки сравнения, блок обработки и принятия решения 7, блок сигнализации 8 и блок управления 9. При этом выход первого блока ввода параметров 1 соединен с первым входом второго блока сравнения 5 и с первым входом блока математического моделирования и прогнозирования 3, а выход второго блока ввода параметров 2 соединен с первым входом первого блока сравнения 4 и со вторым входом блока математического моделирования и прогнозирования 3. Выход блока математического моделирования и прогнозирования 3 связан с первым входом третьего блока сравнения 6. Выходы блоков сравнения 4, 5 и 6 соединены с соответствующими входами блока обработки и принятия решения 7, первый выход которого соединен со входом блока сигнализации 8, а второй со входом блока управления 9.

В блок ввода параметра 1 по входу 10 вводятся текущие значения выходных технологических параметров .

В блок ввода параметра 2 по входу 11 вводятся текущие значения входных технологических параметров .

В блок сравнения 4 по входу 12 вводятся предельные значения входных технологических параметров .

В блок сравнения 5 по входу 13 вводятся предельные значения выходных технологических параметров .

В блок сравнения 6 по входу 14 вводятся предельные значения выходных технологических параметров .

Из блока управления 9 по выходу 15 передаются сигналы противоаварийного управления .

Величины, вводимые по входам 12 - 14, не являются постоянными; они зависят от технического и технологического состояний объекта и могут динамически изменяться в процессе его эксплуатации.

Блоки ввода параметра 1 и 2 служат для первичного преобразования, фильтрации и нормализации сигналов от датчиков контролируемых параметров.

Блок математического моделирования и прогнозирования 3 служит для прогнозирования траектории изменения параметров во времени, исходя из текущего состояния объекта и его входных параметров.

Блок сравнения 4 предназначен для сравнения текущих значений входных параметров с их допустимыми значениями и формирования результата сравнения.

Блок сравнения 5 служит для сравнения текущих значений выходных параметров с их допустимыми значениями и формирования результата сравнения.

Блок сравнения 6 предназначен для сравнения прогнозируемых значений выходных параметров с их допустимыми значениями и определения возможности возникновения аварийной ситуации, а также времени ее возможного наступления t^pr.

Блок обработки и принятия решения 7 служит для обработки результатов сравнения и прогнозирования в соответствии с заданным алгоритмом на основе логических операций.

Блок сигнализации 8 служит для индикации текущего и прогнозируемого состояний объекта.

Блок управления 9 служит для формирования сигналов противоаварийного управления объектом .

Аварийной ситуацией следует считать отклонение контролируемых параметров и от их допустимых значений и соответственно. Признаками аварийной ситуации является превышение и , а также .

Математическая модель контролируемого объекта представляется системой дифференциальных уравнений: Y_i ^pr=S_i(Y_j, j=1, m, X_k, k=1, n), i=1, m, где m - число выходных параметров объекта; n - число входных параметров объекта.

Прогнозирование траектории изменения параметров заключается в решении системы дифференциальных уравнений на интервале времени (0, t^max). По найденному решению системы дифференциальных уравнений определяется время t^pr выхода параметров из области - время возникновения аварийной ситуации.

Устройство работает следующим образом.

Сигналы, соответствующие величине контролируемых параметров, поступают от датчиков на входы блоков ввода параметров 1 и 2, где производятся первичное преобразование, фильтрация и нормализация сигналов контролируемых параметров. С выхода блока 1 текущие значения выходных контролируемых параметров объекта подаются на блок 3 математического моделирования и прогнозирования в качестве начальных условий для решения системы дифференциальных уравнений. С выхода блока 2 текущие значения входных контролируемых параметров объектов подаются на блок 3 в качестве входных переменных модели. С выходом блока 3 передаются значения, являющиеся решением системы дифференциальных уравнений.

Текущие значения входных параметров объекта с блока ввода параметра 2 и допустимые значения входных параметров объекта 12 подаются на блок сравнения 4. На выходе этого блока формируется результат сравнения, который подается на вход блока обработки и принятия решения 7.

Текущие значения выходных параметров объекта с блока ввода параметра 1 и допустимые значения выходных параметров объекта 13 подаются на блок сравнения 5. На выходе этого блока формируется результат сравнения, который подается на вход блока обработки и принятия решения 7.

Прогнозируемые значения выходных параметров объекта с блока математического моделирования и прогнозирования 3 и допустимые значения выходных параметров объекта 14 подаются на блок сравнения 6. На его выходе формируется результат сравнения, который подается на вход блока обработки и принятия решения 7.

В блоке обработки и принятия решения 7 в соответствии с заданными алгоритмами противоаварийной защиты по результатам сравнения производится дифференциальная диагностика аварийных ситуаций, а также формируется последовательность информационных сигналов для передачи в блоки 8 и 9.

Сигнал с блока 7 поступает на блок сигнализации 8, где индицируются текущее и прогнозируемое состояния объекта.

Сигнал с блока 7 подается на блок управления 9, где и формируются сигналы противоаварийного управления технологическим объектом 15.

Применение предлагаемого устройства на предприятиях нефтехимической промышленности, например в технологических системах дегидрирования этилбензола в производстве стирола, позволит увеличить время безаварийной работы оборудования на 10-15% и снизить потери продукции на 2-3%.

Экономическая эффективность от применения устройства на предприятиях нефтехимической промышленности составит 500-600 тыс. руб. в год.

Формула изобретения

Устройство для выявления, сигнализации и предотвращения аварийных ситуаций, содержащее блок ввода входных параметров, соединенный с блоком сравнения с аварийными границами, и блок сигнализации, отличающееся тем, что в него введены блок ввода выходных параметров, соединенный со входом второго блока сравнения с аварийными границами, блок математического моделирования и прогнозирования, предназначенный для прогнозирования траектории изменения параметров во времени, соединенный со входом третьего блока сравнения с аварийными границами, блок обработки и принятия решения, предназначенный для дифференциальной диагностики аварийных ситуаций и формирования последовательности информационных сигналов, и блок управления, предназначенный для формирования сигналов противоаварийного управления объектом, при этом выходы блоков сравнения с аварийными границами связаны с соответствующими входами упомянутого блока обработки и принятия решения, первый выход которого соединен со входом блока сигнализации, а второй его выход - со входом упомянутого блока управления.

РИСУНКИ

Рисунок 1