Устройство для выявления и классификации аварийных ситуаций

 

Криворожский ордена Трудового Красного Знамени горнорудный институт и ПО "Укрчерметавтоматика" (71) Заявители (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЬИВЛЕНИЯ И КЛАССИФИКАЦИИ.

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, технологических процессов обогащения руд, и может быть использовано для выявления, сигнализации и прогнозирования ава- . рийных ситуаций и аварий в объектах обогатительной технологии, химической и теплоэнергетической и других отраслях промышленности, где возникновение аварийных ситуаций и развитие их в аварии сопровождается значительными потерями производства.

Известно устройство для выявления аварийных ситуаций, содержащее блок контроля, выход которого соединен с входом зкстраполятора, ре-. гистратор, блок памяти, блок выделения аварийного параметра, блок распознавания аварийного состояния, коммутатор и блок управления, причем к выходам зкстраполятора 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 вы- деления аварийного параметра, первый выход которого подсоединен к регистратору, а второй выход - к первому управляющему входу блока памяти, второй управляющий вход которого соединен с первым выходом блока управления, второй выход кото рого подключен к управляющему входу коммутатора (1 ).

Недостатками устройства являются низкое быстродействие и надежность выявления аварийных ситуаций, обусловленные его схемной реализацией и неучетом динамики изменения контролируемых параметров, отсутствие возможности прогнозирования момента наступления аварийной ситуации, а вследствие этого ограниченная область применения и невозможность эффективного использования для ряда специфических производств, например в обогатительной, химической, металлургической отраслях про-: мышленности.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является устрой991464 ство для выявления аварийных ситуаций, содержащее датчик контролируемОго параметра, три блока памяти, блок синхронизации, два блока срав. нения, два ключевых элемента, блок измерения скорости измерения параметра и блок прогнозирования.

Сигнал от датчика контролируемого параметра поступает на арифметический блок и на блок измерения скорости изменения параметра, а с них на два блока сравнения, в которых происходит сравнение измеренных величин с заданными значениями, поступающими от первого и второго блоков памяти. В случае значимых отличий заданных и измеренных величин сигналы с первых выходов- блока сравнения поступают на первый и второй ключевые элементы, которые соответственно подключают к блоку прогнозирования второй и третий блоки памяти. К другим входам блока прогно. зирования подключены выходы арифметического блока и блока измерения скорости изменения параметра.. В результате работы данного устройства к оператору и в схему индикации непрерывно поступают сигналы обобщенной характеристики качества функционирования контролируемого объекта в текущий и упреждающий моменты времени. Порядок включения в работу всех блоков устройства определяет блок синхронизации по сигналам от системы управления или от оператора 2 )..

Однако данное устройство не может быть использовано для выявления и осуществления дифференциальной диагностики аварийных ситуаций в сложных технических системах, характеризующихся множеством контролируемых параметров со сложными . причинноследственными связями, большими транспортными запаздываниями, наличием неконтролируемых возмущений.

Целью изобретения является расширение области применения устройства, т.е. обеспечение возможностей распознавания ситуаций, в том числе и аварийных, и повышение качества и надежности диагностики аварийных ситуаций, аварий и отказов в сложных технических системах.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для выявления и классификации аварийных ситуаций, содержащее 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, к второму входу которого подсоединен выход второго блока памяти, выход датчика соединен с входа- ми блсзка дифференцирования величины параметра и первого арифметического блока, выход которого соединен с другим входом второго блока сравне5 ния и первым входом блока формирования сигналов предупреждения, второй выход первого блока сравнения и выход третьего блока памяти соедийены соответственно с первым и вторым входами второго ключевого элемента, введены второй арифметический блок, третий, четвертый и пятый блоки сравнения, третий ключевой элемент, первый и второй инверторы, первый, второй и третий элементы И, блок определения модуля скорости изменения параметра, блок определения знака скорости изменения параметра, вычислительный блок, элемент ИЛИ .и блок сигнализации, выходы первого, второго и третьего блоков памяти соединены с .соответствующими входами вычислительного блока, выходы которого соединены с первыми входами третьего и четвертого блоков сравнения, выход блока дифференцирования величины параметра соединен через арифметический блок с вторым входом блока формирования сигналов предупреждения, входом блока опреЗо,деления знака скорости изменения параметра и вхоцом блока определе:ния модуля скорости изменения параметра, выход которого соединен с вторыми входами третьего и четвер35 того блоков сравнения, первый выход первого блока сравнения соединен с первыми входами первого элемента И и блока сигнализации, а второй выход — с первым входом второго эле4g мента И и вторым входом блока сигнализации, первый выход блока определения знака скорости изменения параметра соединен с вторым входом первого элемента И, а второй выход45 с вторым входом второго элемента И, выход третьего блока сравнения сое,динен с, третьими входами первого .и второго-элементов И, выходы которых соединены с первым и вторым вхое дами элемента ИЛИ, выход четвертого блока сравнения соединен с третьим входом элемента ИЛИ, выход которого соединен с третьим входом блока сигнализации, выход первого арифметического блока соединен с

55 первым входом пятого блока сравнения, выходы первого и второго ключевых элементов соединены с первыми и вторыми входами третьего ключевого элемента и вторыми входами вто60 рого и пятого блоков сравнения соответственно, выходы которых соединены с четвертыми и пятыми входами элемента ИЛИ и блока сигнализации, а через первый и второй инверторы с

65 первым и вторым входами третьего

991464 элемента И, выход которого соединен с третьим входом третьего ключевого элемента, выход которого соединен с третьим входом блока формирования сигналов. предупреждения, выход блока синхронизации соединен с шестым входом блока сигнализации.

На фиг. 1 приведена структурная схема устройства для выявления и классификации аварийных ситуаций; на фиг. 2 — структурная схема вычислительного блокар на фиг. 3 - структурная схема блока формирования сигналов предупреждения.

Устройство для выявления и классификации аварийных ситуаций содержит датчик контролируемого парамет. ра 1, блок дифференцированйя велйчи-,. ны параметра 2, арифметические блоки 3 и 4, блоки сравнения 5-9, блоки памяти 10-12, вычислительный блок 13, блок синхронизации 14, ключевые элементы 15-17, инверторы

18 и 19, элементы И 20-22, блок формирования сигналов предупрежде-. ния 23, блок определения модуля скорости 24, блок определения знака скорости 25, элемент ИЛИ 26, блок сигнализации 27.

В блок памяти 10 по входу 28 вводится от системы управления задан ное значение контролируемого параметра X3aA .

В блок памяти 11 по входу 29 вводится максимально-допустимое значение контролируемого параметра

Х MdKC

*on

В блок памяти 12 по входу. 30 вводится минимально допустимое значение контролируемого параметра /

Величины, вводимые по входам 28-

30, не являются постоянными, а зависят от технического и технологического состояния сложного диагностируемого объекта, каким является, например, замкнутый цикл измельчения классификации руды на обогатительных фабриках, для которого, на-. пример, заданное значение заполнения мельницы исходной рудой и песками классификатора и допустимые значения (максимальное и минимальное) заполнения и скорости его изменения зависят от принятых условий измельчения и классификации, от типа перерабатываемой руды и состояния футеровочной брони мельницы и ее шаровой загрузки.

Арифметические блоки 3 и 4 служат для фильтрации помех и определения текущего взвешенного среднего значения сигнала от датчика контролируемого параметра и сигнала его производной.

Блок 23 служит для прогнозирова ния момента значительного превышения или уменьшения значения контролируемого параметра над заданным значением параметра и определяет, через сколько времени возникает ава рнйная ситуация (превышение значения контролируемого параметра над верхним или нижним допустимым значе. нием). По входу 31 на блок 23 поступает сигнал коррекции прогноза от оператора или системы управления, Блок 23 формирования сигналов предупреждения, показанный на фиг.

2, содержит блок вычитания 32, блок определения модуля сигнала 33 и блок деления 34.

Один из вариантов вычислительного блока 13 показан на фиг. 3 и содержит блок вычитания 35, блоки деления 36 и 37 и два эадатчика опорных сигналов 38 и 39.

Если обозначить значение контро-. лируемого параметра в момент времени t„ ÷åðåç X „, а в момент времени

t> через Х2, то считая, что в интервале контроля bt = t g — tq скорость изменения параметра Х остается постоянной, можно записать

25 является признаком аварийной ситуации независимо от величины и знака дХ.

60 макс

В случаях, когда Х„ > Х или мин

Хq (Х >ад, решение о наличии аварийной ситуации необходимо принимать из анализа как действительной вели65

Аварийной ситуацией будем назы30 вать отклонение контролируемого параметра Х от его допустимого зна чения. Признаками аварийной ситуации в системе автоматической стаби лизации являются превышение Х над

35, X p„i т.е. Х >Х доп или Хдо„"тх.

B этом случае решение однозначно - аварийная ситуация есть. В случае же, когда Х вышел за пределы норовы, т.Е. Х ) Xqa*, ИЛИ Х < ХЗа*, таКОй

40 однозначности уже нет. это вызвано тем, что в соответствии с выражени ем (1 ) в зависимости от динамических свойств объекта регулирования значение контролируемого параметра

45 в момент времени t может занять различное положение. Из анализа траекторий переходов видно, что в случае когда скорость изменения параметра Х по модулю /Х / значитель5р. но превышает максимально допустимую. скорость изменения при регулировании, т.е. /Х/ ) Х м кс независимо от знака этой скорости и знака разности Х1- Хз „ = дХ, в системе возникла авариййая ситуация, а следо»

MO KC вательно признак / Х / ) Х д„д также

991464

I чины скорости измерения параметра

Х, так и ее знака.

Данная логика определения наличия аварийной ситуации заложена в ,структуру и работу устройства.

Вход 40 устройства соединен с входом блока синхронизации 14. Выход элемента ИЛИ 26 соединен с выходом 41 устройства. . Устройство работает следующим образом.

Сигнал, соответствующий величине контролируемого параметра, поступает от датчика 1 на входы арифметического блока 3 и вход блока 2 и далее на вход арифметического блока 4. В блоках 3 производится фильтрация по- мех и усреднение сигнала, а с выхода блока 3 нормированное значение сигнала поступает в блок сравнения 5, куда от блока памяти 10 поступает величина заданного значения параметра. !

Блок сравнения 5 двухканальный °

Каждый канал состоит из схемы вычитания и порогового элемента, причеМ на выходах пороговых элементов появляется сигнал тогда, когда разность сигналов, определяемых в схемах вычитания, больше нуля. На первом выходе блока 5 сигнал появляется, если Х„ ) Õ, а на втором выходе — еслй Х а )Х, Сигналы с первого и второго выходов блока 5 открывают ключевые элементы 15 и 16, соответственно, которые пропускают на блоки сравнения 6 и 7 сигналы максимально допустимого значения параметра Хааке

Аор от блока памяти 11 и минимально домин пустимое значение параметра Х„ р от блока памяти 12.

В блоке сравнения 6 происходит вычисление значения разности Х

Х ор.. Если данная величина больше макс макс нуля, т. е. Х т X >on, на выходе блока 6 появляется величина логической "1".

В блоке сравнения 7 происходит вычисление разности Хм"" — Х . Есдоп ли величина данной разности больше нуля, т. е. Х "„> Х „, то на выходе блока 7 формируется величина логической "1".

Сигналы логической "1" с выходов блоков б и 7 поступают на элемент

ИЛИ 26 и 6 блок сигнализации 27, . где осуществляется индикация наличия аварийной ситуации и ее признака.

Сигналы с блоков сравнения 6 и 7 через инверторы 18 и 19 поступают на логический элемент И 20.

Если Хмин < z < Х мак, то на

*on выходах блоков б и 7 формируются сигналы логического "0", а соответственно на выходах ннверторов 18 и

5 19 и элемента И 20 — логической "1".

Сигнал логической "1" с выхода. блока 20 включает ключевой элемент 17, разрешая прохождение на блок 23 сигналов от блоков памяти 11 и 12 через

10 соответствующие ключевые элементы

15 и 16.

На блок 23 также поступают сигналы от арифметических блоков 3 и 4.

В блоке 23 осуществляется прог15 ноз времени наступления аварийной ситуации по выражению

АКОП 1 (fX - (j

ЗО макс мин

° макс (n ХдОп доп

55 макс мин

*on доя 1 макс бО

QQA g л$ Q Ron где дС вЂ” интервал контроля.

Максимально допустимая скорость макс изменения параметра Хд„„ — это ско65 рость, при которой значение величи20 где с = ; - tz — время до наступления аварийной ситуации время контроля;

25 время наступления аварийной ситуации, Х *Ор — допусковое Значе ние контролируемого параметра (максимальное допустимые значения);

Х вЂ” текущее значение

t контролируемого параметра в момент времени Е„;

Х. — текущее значение скорости изменения параметра в момент времени

/ / — знак модуля разнос40 ти сигналов.

Блок 23 состоит из простейших элементов, выполняющих операции вычитания, деления и определения модуля по выражению (2 ).

45 одновременно с этим сигналы с блоков памяти 10-12 поступают в вычислительный блок 13, где осуществляется вычисление значения максимально допустимой скорости изменения

50 параметра Хдор и допустимой скорости изменения йараметра Хл „ по выражениям ны контролируемого параметра Х; изменяется от Х д до Х „ эа периИРН . МОКС од контроля pt, а допустимая скороСть изменения параметра Хд дэто скорость, при которой значение

IVLCIK C

Х может изменится до Х„ „ или ммм

Х,@е„ от Х э д.

Если величины + и Ь не равны, где

Х,4оп ХэмД .ф. М4 КС

- мин

h = Хлад — Хдбп 1 (Ь) то 5(+p„ определяется как отношение минимальной из величин Д+ или и к величине периода контроля dt

Ч реп -,ф

Техническая реализация блока 13 также проста и его блок-схема содержит блоки вычитания и деления, реализующие выражения (3) и (4), или (3)-(7) .

Вычисленные значения Х" "„ и Х поступают с выходов блока 13 на входЫ блоков сравнения 8 и 9, где происходит сравнение данных величин с модулем скорости /Й„/ изменения параметра .Х„.

Если /X„/ i> X pq то с выхода. блока сравнения 8 сигнал поступает на лемент ИЛИ 26 от сигнализации наличия аварийной ситуации в блоке сигнализации 27.

Одновременно с этим в блоке 25 определяется знак величины скорости изменения параметра.

Если Й I7X p, Х (Х рд и

Х <О, то на вход элемента И 26 поступают сигналы логической "1" из . блока 9- второго выхода блока. 5 и второго выхода блока 25, а с выхода элемента И 22 поступает сигнал наличия аварийной ситуации на блоки

26 и 27.

Также если Х .) ХЗ, IX f r Х, „, Й >О, то сигналы логических "1" поступают на элемент И 21 с первого выхода блока 5, выхода блока 9 и первого выхода блока 25 .и с него логическая "1" поступает на блоки

26 и 27.

Следовательно, признаками аварийной ситуации будут

Х + X gn ситу H< мсяс, мин

Х С Л доп - ситуация $

I Х 1МХм "„" - ситуация S

Х ЪХЗ А, Х 7 О, fX I > 2ppp ситуаЦия $4 "

Х < Х3, д, Х 4 О, / х J ) Х 0 - ситуаЧия $5 °

991464

В случае наличия одной иэ ситуаций S из множества S S, S S

S5 устройство сигнализирует о наличии аварийной ситуации. В блоке 27 отображаются также факт выхода за пределы допуска и за пределы заданных значений. величины контролируемого параметра.

Управление работой блоков устройства осуществляется от блока, f0 синхронизации 14 по входу 40.

IIo выходу 41 кодовые комбинации

"О" и "1" поступают в классификатор . системы управления сложным объектом диагностики, где производится оценI5 ка текущей ситуации по множеству контролируемых параметров и их признаков с помощью алгоритмов логического распознавания образов..

Такая структура построения уот7О ройства обеспечивает расширение функциональных возможностей и инфор мативности, повышение надежности и качества выявления аварийных ситуа-. ций, устранение ложных срабатываний

25 устройства за счет учета динамичес ких признаков контролируемых параметров.

Применение предложенного устройства на обогатительной, фабрике РУ

З0 им. Дзержинского позволит увеличить время безаварийной работы оборудо- . вания на 5-10%, увеличить произво» дительность на 0,5%, снизить потери полезного компонента в хвостах магнитной сепарации на 0,2%, повысить выход железа в концентрат на

0,22%.

Экономический эффект от совместного применения предложенного устройства с системой диагностики сос40 тояния технологического оборудования составит 57 тыс. руб. в год.

Формула изобретения

Устройство для выявления и классификации аварийных ситуаций, содержащее блок синхронизации, соединенный с датчиком и первым,.вторым и третьим блоками памяти, выход пер. вого блока памяти соединен с одним входом первого блока сравнения, первый выход которого соединен с одним входом первого ключевого элемента, к второму входу которого под-.

55 соединен выход второго блока памяти, выход датчика соединен с входами блока дифференцирования и первого арифметического блока, выход которого соединен с другим входом вто60 рого блока сравнения и первым входом блока формирования сигналов пре дупреждения, второй выход первого блока сравнения и выход третьего блока памяти соединены соответствен»

65 но с первым и вторым входами второ991464

12 го ключевого элемента, о т л и ч а« ю щ е е с я тем, что, с целью расширения области применения устрой.ства, повышения качества и надежности диагностики аварийных и аномальных ситуаций, в него введены второй арифметический блок, третий и четвертый и пятый блоки сравнения, третий ключевой элемент, первый и второй инверторы, первый, второй и третий элементы И, блок определения модуля скорости изменения параметра, блок определения знака скорости изменения параметра, вычислительный блок, элемент ИЛИ и блок сигнализации, выходы первого, второго и третьего блоков памяти соединены с соответствующими входами вычислительного блока, выходы которого соединены с первыми входами третьего и четвертого блоков сравнения, выход блока дифференцирования величины параметра соединен через арифметичес кий блок с вторым входом блока фор-мирования сигналов предупреждения, входом блока определения знака скорости изменения параметра и входом блока определения модуля скорости изменения параметра, выход которого . соединен с вторыми входами третьего и четвертого блоков сравнения, первый выход первого блока сравнения соединен с первыми входами первого элемента И и блока сигнализации, а второй выход с первым входом второго элемента И и вторым входом блока сигнализации, первый выход блока определения знака скорости изменения параметра соединен с вторым входом первого элемента И, а второй выход - с вторым входом второго элемента И, выход третьего блока сравнения соединен с третьими

)входами первого и второго элемен5 тов И, выходы которых соединены с первым и вторым входами элемента

ИЛИ, выход четвертого блока сравнения соединен с третьим входом элемента ИЛИ, выход которого соединен

30 с третьим входом блока сигнализации, выход первого арифметического блока соединен с первым входом пятого блока сравнения, выходы первого и второго ключевых элементов соедине35 ны с первыми и вторым входами третьего ключевого элемента и вторыми входами второго и пятого блоков сравнения соответственно, выходы которых соединены с четвертыми и пятыми

20 входами элемента ИЛИ и блока сигнализации, а через первый и второй инверторы с первым и вторым входами третьего элемента И, выход которого соединен с третьим входом тре 5 тьего ключевого элемента, выход которого соединен с третьим входом блока формирования сигналов предупреждения, выход блока синхронизации соединен с шестым входом блока сиг3О нализации.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 734726, кл. G 06 F 15/46, 1977. ,.2. Авторское свидетельство СССР

Р 773663, кл. G 08 В 21/00, 1979 прототип

991464

Фиг.2. некс

Составитель И. Назаркина

Редактор В. Данко Техред, О.Неце . Корректор NË.tàðîøè

Закаэ 139/69 Тираж 616 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий . 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб. д. 4/5

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