Устройство для выявления аварийных ситуаций

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву

Р М К з

G 08 В 21/00 (22) Заявлено 120281 (21) 3248731/18-24 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет—

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий

Опубликовано 30.09.82 . Бюллетень ¹ 36

Дата опубликования описания 300982 (53) УДК 654.91 (088. 8) E Ê. Бабец, B.Ï. Хорольский и С.В. Бабец

t (72) Авторы изобретения

{71) Заявитель

Криворожский ордена Трудового Красного Знамени горный институт (54 ) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫЯВЛЕНИЯ АВАРИЙНЫХ СИТУАЦИЙ

Изобретение относится к автоматике и вычислительной. технике, а именно к системам оценки текущего состояния, выявления и сигнализации возникновения аномальных и аварийных ситуаций в сложных технических системах, например в технологических процессах обогащения руд, и может быть использовано для выявления, сигнализации и прогнозирования аварийных ситуаций и аварий на .объектах обогатительной, химической и теплоэнергетической и других отрас-лей промышленности, где возникновение аварийных ситуаций и развитие их в аварию сопровождается значительными потерями.

Известно устройство для выявления аварийных ситуаций, содержащее блок контроля, выход которого соединен с входом экстраполятора, регистратор, блок памяти, блок выделения аварийного параметра, блок распознавания аварийного состояния, коммутатор н блок управления, причем к выходам экстраполятора подсоединены информационные входы блока памяти, выходы которого соединены с соответствующими входами коммутатора, выходы которого подсоединены через блок распознавания аварийного состояния к первому входу регистратора и входам блока выделения аварийного параметра, первый выход которого подсоединен к регистратору, а второй — к первому управляющему входу блока памяти, второй управляющий вход которого соединен с первым выходом блока управления, второй выход которого подключен к управляющему входу коммутатора 1 Ц .

Недостатками устройства являются низкие быстродействие и надежность выявления аварийных ситуаций, обусловленные его реа."изацией и неучетом динамики изменения контролируемых параметров, отсутствие возможности прогнозирования момента наступления аварийной ситуации, а вследствие о этого ограниченные область применения и возможность эффективного использования для ряда специфических производств, например в обогатительной,химической, металлургической отраслях промышленности.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для выявления аварийных ситуаций, содержащее датчик контро30 лируемого параметра, три блока па963029 мяти„ блок синхронизации, два блока сравнения, два ключевых элемента, блок измерения скорости изменения параметра и блок прогнозирования f2/ .

Однако данное устройство не может быть использовано для выявления и осу 5 ществления дифференциальной диагностики аварийных ситуаций в сложных технический системах, характеризующихся множеством контролируемых параметров со сложными причино-след- 10 ственными связями, большими транспортными запаздываниями, наличием неконтролируемых возмущений.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей устройства, т.е. обеспечение возможностей распознавания ситуаций, в том числе и аварийных, и повышение качества и надежности диагностики аварийный ситуаций, аварий и отказов в сложных технических системах

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для выявления аварийных ситуаций, содержащее датчик, блок синхронизации, соединенный с первым блоком памяти, выход которого соединен с одним входом первого блока сравнения, первый выход.которого соединен с одним входом 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, выход блока синхронизации соединен с входами второго и третьего блоков памяти, 40 первый и второй выходы второго блока памяти соединены соответственно с первым входом второго блока сравнения и вторым входом первого ключевого элемента, выход которого соединен с вторым входом блока прогнозирования, первый выход арифметического .блока соединен с третьим входом блока прогнозирования, а второй выход арифметического блока соединен с вторым входом второго бло5 ка сравнения, первый выход которого и выход третьего блока памяти соединены соответственно с первым и вторым входами второго ключевого элемента, выход которого соединен с четвертым входом блока прогнозирования„ введены дополнительные датчики, четвертый и пятый блоки памяти, коммутатор, программный блок управления, дешифратор, первый и второй 6О блоки распознавания ситуаций, блок регистрации и сигнализации, первые входы первого и второго блоков сравнения. соединены с первым и вторым входами четвертого блока памяти, 65 выход которого соединен с первым входом первого блока распознавания ситуаций., первый и второй выходы блока прогнозирования соединены с первым и вторым входами пятого бл ка памяти и блока регистрации и сигнализации, соответственно второй выход первого блока сравнения и второй выход второго блока сравнения соединены с третьим и четвертым входами блока регистрации и сигнализации, первый выход арифметического блока и выход блока дифференцирования соединены с третьим и четвертым входами пятого блока памяти, выход которого соединен с первым входом второго блока распознавания ситуаций, первый и второй выходы программного блока управленйя соединены с вторыми входами первого и второго блоков распознавания ситуаций, выходы которых соединены с пятым и шестым входами блока регистрации и сигнализации., третий выход программного блока управления соединен с входом дешифратора, первый выход ко— торого соединен с третьим входом четвертого блока памяти, второй вход— с пятым входом пятого блока памяти, а выход соединен с входом блока синхронизации и первым входом коммутатора, выход блока синхронизации соединен с входом датчика, дополнительных датчиков и вторым входом коммутатора, выходы датчика и дополнительных датчиков соединены с третьим входом коммутатора, выход которого соединен с входами блока дифференцирования и арифметического блока.

На чертеже приведена блок-схема устройства.

Устройство содержит датчик 1 контролируемых параметров, коммутатор 2, блок 3 дифференцирования, арифметический блок 4, блоки 5 и 6 сравнения, блок 7 синхронизации, блоки 8-12 памяти, ключевые элементы 13 и 14, блок 15 прогнозирования, блок 16 регистрации и сигнализации, блок 17 управления, дешифратор 18, первый и второй блоки 19 и 20 распознавания ситуаций.

В блок 8 памяти по входу 21 вводятся максимально допустимые значения скорости изменения контролируемых параметров. В блок 9 памяти по входу 22 вводятся от системы управления заданные значения контролируемых параметров. В блок памяти 10 по входу 23 вводится максимально и минимально допустимые значения контролируемых параметров.

Величины, вводимые по входам

21, 22 и 23 не являются постоянными и зависят от технического и технологического состояний сложного диагностируемого объекта, каким является, например, замкнутый цикл измель963029

Одновременно сигналы с блоков

5 и 6 поступают в блок 11 памяти, а с блоков 3, 4 и 15 — в блок 12 памяти.

В случае прекращения программы контроля, вызванной или аварийным значением параметра, или окончанием выбранной программы, сигнал от

6© блока 17 через блок 18 поступает на блоки 11 и 12, которые соединены с первым 19 и вторый 20 блоками распознавания.

В блоке 20 происходит обработка

63,й-мерного вектора состояния (где чения — классификация руды на обогатительных фабриках, для которого, например, заданное значение заполнения мельницы исходной рудой и песками классификатора и допустимые значения (максимальное и минимальное) заполнения и скорости его изменения, зависят от принятых условий измельчений и классификации, от типа руды и состояния футеровочной брони мельницы и ее шаровой загрузки.

Арифметический блок 4 служит для фильтрации помех и опеределения текущего взвешенного среднего значения сигнала от соответствующего датчика 1 контролируемого параметра.

Блок 15 служит для прогнозирования момента значительного превышения или уменьшения значения контролируемого параметра над заданным значением параметра и момента возникновения аварийной ситуации (превышение или уменьшение значения контролируемого параметра над верхним и нижним допустимыми значениями соответственно). По входу 24 на блок 15 поступает сигнал коррекции прогноза от оператора(в ручном режиме) или от блока оценки качества прогнозирования, входящего в состав системы управления (в автоматическом режиме).

Блок 11 памяти служит для записи в выбранной кодовой комбинации, определяемой программой контроля, признаков параметров,определяющих состояние объекта контроля. Сигнал логической единицы поступает с выходов 25 и 26 тогда, когда есть управляющий сигнал с блоков

5 и 6 сравнения на ключевые элементы

13 и 14, а сигнал логического нуля— в .обратном случае. Таким образом, в блоке 11 памяти формируется кодовая комбинация нулей и единиц, ко, торая после окончания выбранной программы контроля или ее части подается на первый блок 19 распознавания, где производится сравнение выбранной и сформированной логических ком, бинаций признаков параметров и определяется причина возникновения аварийной ситуации.

Блок 12 памяти служит для записи контролируемых параметров и последующего последовательного их ввода в блок 20 распознавания технологических ситуаций, где путем построения и анализа логико-предикатных уравнений, составляющих модель технологической ситуации, определяется принадлежность текущей технологической ситуации к одной из множества подмножеств нормальных, аномальных. и аварийных ситуаций. !

Устройство работает следующим образом.

По сигналу от системы управления или от оператора по входу 27 запус-. кается блок- 17, который через блок .18 подготавливает к работе блок 7.

Блок 7 по программе, выбранной в блоке 17, подает сигнал на коммутатор,.2, который подключает один из датчиков, соответствующий выбранной последовательности контроля параметров, а также подает сигналы на блоки 8, 9 и 10 памяти, где вы.бираются ячейки памяти, хранящие соответствующую информацию о контролируемом параметре. Сигнал с выбранного датчика поступает на вход блока 3 дифференцирования и на вход арифметического блока 4. С выхода f5 блока 4 сигнал поступает на вход блока 15 прогнозирования и на вход блока 6 сравнения, на второй вход которого поступает сигнал заданного значения параметра от блока 9 памяти. Если величина разности этих сигналов превысит допустимый уровень, то ключевой элемент 14 открывается и разрешает прохождение сиг. нала с блока 10 памяти.

25 Одновременно в блоке 3 реализуется операция дифференцирования входного сигнала, тем самым определяется скорость изменения контролируемого параметра. В блоке 15 по величине сигнала оТ блоков 3, 4 и 10 производится прогнозирование времени выхода параметра из области допустимых режимов, т.е. момента возникновения аварийной ситуации.

Одновременно с этим сигнал скорости изменения контролируемого параметра от блока 3 и сигнал допустимой величины этой скорости от блока 8 памяти поступает в блок 5 сравнения.

В случае превышения текущего значе4 ния скорости изменения параметра над заданным значением скорости блок 5 открывает выходным сигналом ключевой элемент 13, пропуская на блок 15 прогнозирования сигнал заданного значе45 ния контролируемого параметра от блока 9 памяти. В блоке 15 по величинам сигналов от блоков 3, 4 и 9 производится прогнозирование момента выхода параметра за область заданных д значений, т.е. момента возникновения аномальных ситуаций.

9б3029

И вЂ” количество контролируемых параметров) с целью определения принадлежности данного вектора к одной из областей ситуаций — области нормальных, аномальных или аварийных ситуаций. Распознавание текущей ситуации и выявление аварийных осуществляется с помощью алгоритмов автоматической классификации (распознавания) образов, например основанных на методах К-функций стохастической аппроксимации путем построения k-значных ,(где k — количество образов)предикатов и определения их истинности.

В блоке 19 определяется номер параметра, место и причина возникновения аномальной (аварийной) ситуации с помощью алгоритмов логического распознавания образов, использующих бинарные признаки, т.е. принимающих значения 0 или 1. 26

Сигналы с блоков 19 и 20 поступают в блок регистрации и сигнализации и далее — a систему управления, которая осуществляет управление программным блоком 17 управления и 25 объектом контроля в режиме устранения аварийных ситуаций и предотвращения аварий.

B блоке 1б регистрации фиксируются и осуществляются визуальная инди- Зо кация причин и времени простоя, аварийных ситуаций и аварийных значений параметра.

Программный блок управления содержит набор стандартных подпрограмм З» контроля, из которых формируется программа подключения датчиков к устройству в последовательности, обес печивающей наиболее быструю диагностику как состояния объекта, так и Е текущей технологической ситуации.

Таким образом, оператор получает информацию о принадлежности состояния контролируемого объекта к одному из подмножеств множества состояний в виде оценок: "Исправное состояние" (нормальная ситуация), "Работоспособное состояние" (аномальная еитуация), "Неработоспособное состояние" (аварийная ситуация), а также величины отклонений контролируемого парамет- Ю ра и скорости его изменения, являющейся характеристикой динамического состояния объекта контроля от заданного значения.

»» .При этом оператор имеет возможность активно воздействовать на объект (производить настройку, наладку, ремонт или замену отказавших уз,лов и т.д.) и после этого производить запуск устройства по входу 27.

Перед выполнением нового цикла onроса датчиков на вход 28 подается тестовый сигнал проверки от системы управления и имитируется работа устройства в режиме проверки. В случае несоответствия реакции устройства на тестовый сигнал ожидаемой реакции в анализаторе системы управления формируется сигнал отказа устройства выявления аварийных ситуаций; работа прекращается или подается сигнал на последовательное подключение резервных блоков.

Все блоки, составляющие предлагаемое устройство, могут быть реализованы на базе известных элементов и узлов цифро-аналоговых вычислительных машин или на базе элементов микропроцессорной техники.

Данная структура построения устройства обеспечивает расширение функциональных возможностей и информативностй устройства, повышение точности и достоверности оценки текущей ситуации и прогнозирования ситуаций на прогнозируемые будущие периоды, повышение помехоустойчивости.

Применение предлагаемого устройства на предприятиях черной металлургии позволит увеличить время безаварийной работы оборудования на

5-103, а производительность — на

0,5о оснизить потери полезного компонента в хвостах магнитной сепарации на 0,2% и повысить выход железа в концентрат иа 0,223.

Экономическая эффективность от применения иа обогатительных фабриках средней производительности составит 57 тыс. руб. в год.

Формула изобретения

Устройство для выявления аварий- . ных ситуаций, содержащее 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 выходи блока дифференцирования соединены с другим входом первого блока сравнения и первым"входом блока прогнозирования, вьжод блока синхронизации соединен с 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 с вторым входом блока прогнозирования, первый вйход арифметического блока соединен с третьим входом блока прогнозирования, а второй выход арифметического блока соединен с вторым входом второго блока сравнения, а 96 3029 10 первый выход которого и выход третьего блока памяти соединены соответственно с первым и вторым входами второго ключевого элемента, выход которого соединен с четвертым входом блока прогнозирования, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и повышения качества и надежности диагностики аварийных ситуаций, в него введены дополнительные датчики, четвертый и пятый блоки памяти, коммутатор-, программный блок управления, дешифратор, первый и второй блоки распознавания ситуаций, блок регистрации и сигнализации, первые выходы первого и втОрого блоков сравнения соединены с первым и вторым входами четвертого блока памяти, выход которого соединен с первым входом первого блока распознавания ситуаций, - 20 первый и второй выходы блока прогнозирования соединены с первым и вторым входами пятого блока памяти и блока регистрации и сигнализации соответственно, второй выход перво- 25 го блока сравнения и второй выход второго блока сравнения соединены с третьим и четвертым входами блока регистрации и сигнализации, первый выход арифметического блока и выход ЗО блока дифференцирования соединены с третьим и четвертым входами пятого блока памяти, выход которого соединен с первым входом второго блока распознавания ситуаций, первый и второй выходы программного блока управления соединены с вторыми входами первого и второго блоков распознавания ситуаций, выходы которых соединены с пятым и шестым входами блока регистрации и сигнализации, третий выход программного блока управления соединен с входом дешифратора, первый выход которого соединен с третьим входом четвертого блока памяти, второй вход — с пятым входом пятого блока памяти, а выход соединен с входом блока синхронизации и первым входом коммутатора, выход блока синхронизации соединен с входами датчика, дополнительных датчиков и вторым входом коммутатора, выходы датчика и дополнительных датчиков соединены с третьим входом коммутатора, выход которого соединен с входами блока дифференцирования и арифметического блока.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 734726, кл. 6 06 F 15/46, 1977.

2. Авторское свидетельство СССР

9 773663, кл. G 08 В 21/00, 1979 (прототип).

ВНИИПИ Заказ 7520/73

Тираж 642 Подпис:ное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгороп, ул.Прссктная,4