Устройство для регулирования водопотребления

 

Изобретение относится к области информационно-измерительной и вычислительной техники и может быть использовано для построения автоматизированных систем учета водопотребления. Технический результат - автоматизированное регулирование содержания водопроводных сетей, качества воды и ее расхода. Устройство содержит генератор тактовых импульсов, счетчик импульсов, датчики давления воды в водопроводе, ее прозрачности, солености и расхода, кольцевой регистр сдвига, аналого-цифровые преобразователи, дешифраторы, блок умножения, элементы задержки, регистр оперативной памяти, группы элементов И, элемент ИЛИ, формирователь импульсов, интегратор и индикатор. 10 ил.

Устройство для регулирования водопотребления относится к информационно-измерительной и вычислительной технике и может быть использовано для построения автоматизированных (автоматических) систем учета водопотребления.

Известно устройство для измерения расхода жидких и сыпучих сред (см. Патент РФ 2042926, М. кл. G 01 F 1/58, б. 24, 1995 г.), содержащее генератор импульсов, дифференцирующий усилитель, первый вход которого соединен с первым входом генератора, датчик расхода, вход которого соединен с выходом усилителя, повторитель, вход которого соединен с первым выходом датчика расхода, а выход - со вторым входом усилителя, измеритель отношения, первый вход которого соединен со вторым входом генератора, и дешифратор, вход которого соединен со вторым выходом датчика расхода и информационными выходами устройства, а выход - со вторым входом измерителя отношения, третий вход которого соединен с выходом повторителя.

Недостатки устройства - ограниченность функциональных возможностей, что обусловлено невозможностью получения интегрированных оценок по ряду критериев, в частности, по стабильности давления в водопроводной сети и ее качества, по причине отсутствия в его схемотехническом решении соответствующих датчиков и вычислителя.

Известно, как наиболее близкое по технической сущности к заявляемому объекту, устройство для учета водопотребления (см. Заявку РФ 93008722, М. кл. G 01 F 3/00, G 06 F 15/36, б. 34, 1996 г.), содержащее генератор тактовых импульсов, первый и второй элементы задержки, последовательно соединенные с выходом генератора, датчик расхода воды, первый и второй аналого-цифровые преобразователи, второй из которых соединен входом с выходом датчика расхода воды, первый и второй блоки умножения, регистр оперативной памяти, соединенный выходами поразрядно со вторыми информационными входами второго блока умножения, интегратор (блок суммирования), суммирующий счетчик импульсов, соединенный входом с выходом генератора импульсов, датчик давления воды в водопроводной сети, соединенный выходом со входом первого аналого-цифрового преобразователя, первый дешифратор, соединенный входами поразрядно с выходами счетчика импульсов, а выходами - поразрядно с первыми информационными входами второго блока умножения, вход управления которого соединен с выходом первого элемента задержки, второй дешифратор, соединенный входами поразрядно с выходами первого аналого-цифрового преобразователя, а выходами - поразрядно с первыми информационными входами первого блока умножения, вторые информационные входы которого поразрядно соединены с выходами второго аналого-цифрового преобразователя, а вход управления - с выходом генератора импульсов, выходы первого блока умножения соединены поразрядно с информационными входами регистра памяти, и третий элемент задержки, соединенный входом с выходом второго элемента задержки и входом управления интегратора, а выходом - со входом обнуления регистра памяти.

Недостатки известного устройства - ограниченность функциональных возможностей, что обусловлено невозможностью получения интегрированных оценок с учетом ее качества по причине отсутствия в его схемотехническом решении соответствующих датчиков и алгоритма учета водопотребления дифференцирование качеству по совокупности критериев, а следовательно, невозможностью обеспечить инструментально объективные взаимоотношения между поставщиком и потребителем питьевой воды.

Задача изобретения - исключить субъективизм в отношениях поставщик-потребитель питьевой воды средствами инструментального контроля исполнения обязательств поставщика и потребителя питьевой воды в реальном масштабе времени и тем обеспечить автоматизированное регулирование содержания водопроводных сетей, качества воды и ее расхода.

Технический результат состоит в исключении субъективизма в отношениях поставщик-потребитель питьевой воды по совокупности критериев средствами инструментального контроля исполнения обязательств поставщика и потребителя питьевой воды в реальном масштабе времени.

Технический результат достигается тем, что в устройство, содержащее генератор тактовых импульсов, датчик давления в водопроводной сети, датчик расхода (скорости расхода) воды, суммирующий счетчик импульсов, соединенный входом с выходом генератора импульсов, первый и второй аналого-цифровые преобразователи, соединенные информационными входами с выходами датчиков давления и расхода воды соответственно, первый дешифратор, соединенный входами поразрядно с выходами счетчика импульсов, второй дешифратор, соединенный входами поразрядно с выходами первого аналого-цифрового преобразователя, элемент задержки, блок умножения, соединенный входом управления с выходом элемента задержки, регистр оперативной памяти, интегратор (блок суммирования) и блок индикации, соединенный входами поразрядно с выходами интегратора, введены датчик солености воды, третий аналого-цифровой преобразователь, соединенный входом с выходом датчика солености воды, датчик прозрачности воды, четвертый аналого-цифровой преобразователь, соединенный входом с выходом датчика прозрачности воды, кольцевой регистр сдвига, соединенный информационным входом с выходом генератора импульсов, третий дешифратор, соединенный входами поразрядно с выходами третьего аналого-цифрового преобразователя, четвертый дешифратор, соединенный входами поразрядно с выходами четвертого аналого-цифрового преобразователя, элемент ИЛИ, соединенный входами с вторым, третьим, четвертым и пятым выходами регистра сдвига, группа первых элементов И, соединенных первыми входами со вторым выходом регистра сдвига, вторыми выходами - поразрядно с выходами первого дешифратора, а выходами поразрядно с первыми информационными входами блока умножения, группа вторых элементов И, соединенных первыми входами со вторым выходом регистра сдвига, а вторыми входами поразрядно с выходами второго дешифратора, группа третьих элементов И, соединенных первыми входами с третьим выходом регистра сдвига, а вторыми входами поразрядно с выходами второго аналого-цифрового преобразователя, группа четвертых элементов И, соединенных первыми входами с четвертым выходом регистра сдвига, а вторыми входами поразрядно с выходами третьего дешифратора, группа пятых элементов И, соединенных первыми входами с пятым выходом регистра сдвига, а вторыми входами поразрядно с выходами четвертого дешифратора, выходы групп вторых, третьих, четвертых и пятых элементов И поразрядно соединены со вторыми информационными входами блока умножения, формирователь заднего фронта импульсов, соединенный входом с шестым выходом регистра сдвига, а выходом со входом обнуления регистра оперативной памяти, и шестая группа элементов И, соединенных первыми входами с выходом элемента ИЛИ, вторыми входами поразрядно с выходами регистра оперативной памяти, а выходами поразрядно с первыми информационными входами блока умножения, причем вход элемента задержки соединен с выходом элемента ИЛИ, выходы блока умножения поразрядно соединены с информационными входами регистра оперативной памяти.

Функциональная схема устройства для регулирования водопотребления приведена на фиг.1, на фиг.2÷10 приведены примеры, поясняющие работу устройства.

Устройство для регулирования водопотребления содержит генератор 1 эталонных импульсов, датчик 2 давления в водопроводе, датчик 3 скорости расхода воды, датчик 4 солености воды, датчик 5 прозрачности воды, суммирующий счетчик 6 импульсов, первый 7, второй 8, третий 9 и четвертый 10 аналого-цифровые преобразователи (АЦП), кольцевой регистр 11 сдвига, первый 12, второй 13, третий 14 и четвертый 15 дешифраторы, элемент ИЛИ 16, группу первых 17, вторых 18, третьих 19, четвертых 20 и пятых 21 элементов И, элемент задержки 22, блок умножения 23, регистр 24 оперативной памяти, формирователь 25 заднего фронта импульса, шестой элемент И 26, интегратор (блок суммирования) 27 и индикатор 28. Выход генератора 1 соединен с информационными входами счетчика 11 импульсов и регистра 11 сдвига. Выходы датчиков 2, 3, 4, и 5 соединены с информационными входами аналого-цифровых преобразователей 7, 8, 9 и 10 соответственно, а выходы счетчика 6, АЦП 7, АЦП 9 и АЦП 10 соединены поразрядно со входами дешифраторов 12, 13, 14 и 15 соответственно. Выходы дешифраторов 12 и 13, АЦП 8 и дешифраторов 14 и 15 соединены поразрядно со вторыми входами групп 17, 18, 19, 20 и 21 элементов И соответственно. Выходы, кроме первого, регистра 11 сдвига соединены со входами элемента ИЛИ 16, второй выход регистра 11 соединен с первыми входами групп 17 и 18 элементов И, третий выход регистра 11 соединен со вторыми входами группы 19 элементов И, четвертый выход регистра 11 соединен со вторыми входами группы 20 элементов И, пятый выход регистра 11 соединен со вторыми входами группы 21 элементов И, а шестой выход регистра 11 соединен со входом формирователя 25 и входом управления интегратора 27. Выход элемента ИЛИ 16 соединен с первыми входами группы 26 элементов И и, через элемент задержки 22, со входом управления блока умножения 23. Выходы группы 17 элементов И поразрядно соединены с первыми информационными входами блока 23 умножения, а выходы групп 18, 19, 20 и 21 поразрядно соединены со вторыми информационными входами блока 23 умножения, выходы которого поразрядно соединены со вторыми входами регистра 24 оперативной памяти.

Информационные выходы регистра 24 оперативной памяти поразрядно соединены со вторыми входами группы 26 элементов И, выходы которой поразрядно соединены с первыми информационными входами блока умножения 23. Выходы регистра 24 оперативной памяти поразрядно соединены со входами интегратора 27, выходы которого поразрядно соединены со входами индикатора 28.

Устройство для регулирования водопотребления работает следующим образом.

В исходном положении генератор 1 заторможен, регистр 11 обнулен, на его первом выходе установлен единичный потенциал, а другие его выходы обнулены, обнулены выходы счетчика 6, АЦП 7, 8, 9, и 10, дешифраторов 12, 13, 14 и 15, элемента ИЛИ 16 дешифраторов, групп 17, 18, 19, 20 и 21 элементов И, элемента 22 задержки, блока 23 умножения, регистра 24 оперативной памяти, формирователя 25, группы 26 элементов И и интегратора 27. Дешифраторы 12, 13, 14 и 15 преобразуют значения времени суток в коды коэффициентов К1 (см. фиг.2), давления в водопроводе - в коды коэффициентов К2 (см. фиг.3), солености воды - в коды коэффициентов К3 (см. фиг.4) и прозрачности воды - в коды коэффициентов К4 (см. фиг.5).

В рабочем состоянии генератор 1 генерирует импульсы с постоянным периодом T₁= const, датчик 2 - потенциал U₂=f(P(t)), датчик 3 - потенциал U₃= f(V(t)), датчик 4 - потенциал U₄=f(C(t)), а датчик 5 - потенциал U=f(П(t)). АЦП 7, 8, 9 и 10 входную аналоговую (непрерывную) величину преобразуют в цифровую, а дешифраторы 12, 13, 14 и 15 - цифровую информацию суточного времени (t_c), давления (P(t)), скорости расхода воды (V(t)), ее солености (C(t)) и прозрачности (П(t)) преобразуют в коды К1 (К11, К12, К13, К14,...), К2 (К21, К22, К23, К24,...), К3(К31, К32, К33, К34,...) и К4 (К41, К42, К43, К44, . ..) соответственно. По каждому импульсу со второго выхода регистра 11 открываются группы 17 и 18 элементов И и содержимое выходов дешифраторов 12 - (К1) и 13 - (К2) поступает на входы блока 23 умножения, а с выхода блока 23 умножения по импульсу со второго выхода регистра 11 через элементы ИЛИ 16 и задержки 23 в регистре 24 фиксируется значение произведения К1•К2. По каждому импульсу с третьего выхода регистра 11 открываются группы 19 и 26 элементов И и содержимое выходов АЦП 8 - (V(t)) и регистра 24 (К1•К2) поступает на входы блока 23 умножения, а с выходов блока 23 умножения по импульсу с третьего выхода регистра 11 через элементы ИЛИ 16 и задержки 23 в регистре 24 фиксируется значение произведения K1•K2•V(t). По каждому импульсу с четвертого выхода регистра 11 открываются группы 20 и 26 элементов И и содержимое выходов дешифратора 9 - (C(t)) и регистра 24 - (K1•K2•V(t)) поступает на входы блока 23 умножения, а с выходов блока 23 умножения по импульсу с четвертого выхода регистра 11 через элементы ИЛИ 16 и задержки 23 в регистре 24 фиксируется значение произведения K1•K2•V(t)•K3.

По каждому импульсу с пятого выхода регистра 11 открываются группы 21 и 26 элементов И и содержимое выходов дешифратора 15 - (П(t)) и регистра 24 - (K1•K2•V(t)•K3) поступает на входы блока 23 умножения, а с выходов блока 23 умножения по импульсу с пятого выхода регистра 11 через элементы ИЛИ 16 и задержки 23 в регистре 24 фиксируется значение W(t) произведения K1•К2•V(t)•K3•K4. По импульсу с шестого выхода регистра 11 содержимое регистра 24 суммируется к ранее зафиксированному в интеграторе 27 по сумме W(t), т.е. W = Σ[K1(t)×K2(t)×V(t)×K3(t)×K4(t)], точнее - по W = ∫[K1(t)×K2(t)×V(t)×K3(t)×K4(t)]dt, и отображается индикатором 28, а через формирователь 25 импульсов регистр 24 обнуляется, цикл повторяется.

Коэффициенты K1 положительны, а коэффициенты К2, К3 и К4 положительны при удовлетворительном состоянии P(t), C(t) и П(t), но могут принимать отрицательные значения при выходе за поле допуска параметров P(t), C(t) и П(t). Если, например, значения коэффициентов K1, К2, К3 и К4 принимают значения, как показано на фиг.2, 3, 4 и 5 соответственно и при поведении параметров P(t), C(t) и П(t), как показано на фиг.6, 7 и 8 соответственно, то при потребности потребителя, как показано на фиг.9 пунктиром, он сможет удовлетворить потребность в воде как показано шрихпунктиром на фиг.9, а с учетом значений коэффициентов K1, К2, К3 и К4 и параметров P(t), C(t), П(t) и V(t), интегральные значения потребления воды W(t) принимают вид, представленный на фиг.10. Отсюда видно, что автоматическая сертификация качества воды по экологическим показателям и ее учет по совокупности критериев, с одной стороны, стимулируют поставщика к заботе о качестве воды, состоянию водопроводных сетей и поддержанию нормального давления в них. С другой стороны, применение устройства для регулирования водопотребления стимулирует потребителя к бережному, особенно в периоды повышенного спроса, расходу воды. Т. о., устройство для регулирования водопотребления позволяет обеспечить автоматизированное, за счет варьирования зачетных, по совокупности критериев в каждую единицу времени, значений расхода воды, регулирование ее расхода.

Формула изобретения

Устройство для регулирования водопотребления, содержащее генератор тактовых импульсов, датчики давления в водопроводной сети и скорости расхода воды, суммирующий счетчик импульсов, соединенный входом с выходом генератора импульсов, первый и второй аналого-цифровые преобразователи, соединенные информационными входами с выходами датчиков давления и расхода воды соответственно, первый дешифратор, соединенный входами поразрядно с выходами счетчика импульсов, второй дешифратор, соединенный входами поразрядно с выходами первого аналого-цифрового преобразователя, элемент задержки, блок умножения, соединенный входом управления с выходом элемента задержки, регистр оперативной памяти, соединенный информационными входами поразрядно с выходами блока умножения, интегратор и блок индикации, соединенный входами поразрядно с выходами интегратора, отличающееся тем, что в него введены датчик солености воды, третий аналого-цифровой преобразователь, соединенный входом с выходом датчика солености воды, датчик прозрачности воды, четвертый аналого-цифровой преобразователь, соединенный входом с выходом датчика прозрачности воды, кольцевой регистр сдвига, соединенный информационным входом с выходом генератора импульсов, третий дешифратор, соединенный входами поразрядно с выходами третьего аналого-цифрового преобразователя, четвертый дешифратор, соединенный входами поразрядно с выходами четвертого аналого-цифрового преобразователя, элемент ИЛИ, соединенный входами с вторым, третьим, четвертым и пятым выходами кольцевого регистра сдвига, а выходом - со входом элемента задержки, группа первых элементов И, соединенных первыми входами со вторым выходом кольцевого регистра сдвига, вторыми входами - поразрядно с выходами первого дешифратора, а выходами - поразрядно с первыми информационными входами блока умножения, группа вторых элементов И, соединенных первыми входами со вторым выходом кольцевого регистра сдвига, а вторыми входами - поразрядно с выходами второго дешифратора, группа третьих элементов И, соединенных первыми входами с третьим выходом кольцевого регистра сдвига, а вторыми входами - поразрядно с выходами второго аналого-цифрового преобразователя, группа четвертых элементов И, соединенных первыми входами с четвертым выходом кольцевого регистра сдвига, а вторыми входами - поразрядно с выходами третьего дешифратора, группа пятых элементов И, соединенных первыми входами с пятым выходом кольцевого регистра сдвига, а вторыми входами - поразрядно с выходами четвертого дешифратора, выходы групп вторых, третьих, четвертых и пятых элементов И поразрядно соединены со вторыми информационными входами блока умножения, формирователь заднего фронта импульсов, соединенный входом с шестым выходом кольцевого регистра сдвига, а выходом - со входом обнуления регистра оперативной памяти, информационные выходы которого поразрядно соединены с информационными входами интегратора, и шестая группа элементов И, соединенных первыми входами с выходом элемента ИЛИ, вторыми входами - поразрядно с выходами регистра оперативной памяти, а выходами - поразрядно с первыми информационными входами блока умножения.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10