Устройство для вычисления уровня жидких сред

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 51101 А 6 Г 15 7. р э,ч Г И КОМИТЕТ СССРТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ГОСУДАРСТВЕН ПО ДЕЛАМ ИЗО ЕТЕНИ 30 иотехническиий завод теплоприбор.Локтюхин,зенфельд 4327412, 982.тельство ССС 6 Р 15/20, 1 тносится к в и может быть и ер, в нефтехим есф лы, 8 ил,Ю ОПИСАНИЕ ИЗО ВТОРСИОМУ СВИДЕТЕРЬСТ(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫЧИСЛЕНИЯНЯ ЖИДКИХ СРЕД(57) Изобретение олительной техникепольэонано, наприм ой промышленности, Целью иэобретения является повышение точности идостоверности работы устройства.Устройство содержит элементы И, генератор частоты, триггер, реверсивноеи нычитающий счетчики, делитель частоты, регистр, коммутаторы, преобразователь частоты, блок переключателей, группу триггеров, элемент ИЛИ,блок управления, блок памяти коэффициентов, блок разрешения записи-считывания. Устройство позволяет формировать значение результирующего кодауровня, не зависящее от электрофизических свойств сред и линейно связанное с уровнем измеряемой среды,произнодит сличение нового значениякода уровня со старым и сглаживаниенакопленных кодов для получения точного значения результата. 2 э,п..Жнич Составитель Техред М.Хо актор И.Рыбченк Корректор Е. Сиро 413/47 тираж 671 ВНИИПИ Государственного по делам изобретений 3035, Москва, Ж, РаушПодкомитета СССР ое открыт д.4/5 кая н оизводственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул. Проектная, Изобретение относится к вычислительной технике и предназначено для использования в нефтехимической и других отраслях промьпцленности в составе уровнемеров жидких сред.Целью изобретения является повышение точности и достоверности работы устройства.На Фиг.1 представлена схема устройства; на фиг.2 - схема блока управления; на фиг,З - схема коммутатора; на фиг. 4 - схема блока переключателей; на Фиг.5 - схема блока синхронизации; на фиг.б - схема преобразователя; на фиг,7 - таблица, показывающая правило коммутации частот; на фиг.8 - алгоритм вторичной обработки информации об уровне.Устройство содержит генератор 1 частоты, делитель 2 частоты, коммутаторы 3 и 4, элементы И 5-12, блок 13 переключателей, блок 14 памяти коэффициентов (БПК), реверсивный счетчик (РС) 15, вычитающий счетчик (ВС) 6, РС 17, регистр 18, РС 19 и 20, блок 21 управления, блок 22 разрешения запси-считывания, группу 23 триггеров, элемент ИЛИ 24, триггер 25 и преобразователь 2 б частоты (фиг,1), генератор 27 тактовой частоты, счетчик 28 дешифратор 29 и группы 30 и 31 элементов И-ИЛИ (фиг.2), элементы И 32-35 и элементы ИЛИ 36 и 37 (фиг.З), частные переключатели 38 40 и элементы 41 - 44 коммутации весов кода (фиг.4), элементы И 45 47, триггер 48, счетчик 49 и дешифратор 50 (фиг.5), элемент 51, РС 52 и умножитель 53 (фиг.б).Процесс вычисления кода И уровРня контролируемой среды происходитследующим образом (фиг.8),В результате .-го опроса датчика вычисляется код. уровня контролируемой среды путем математической переработки частот измерительного Хи и компенсационного Х каналов датчика по компенсационному алгоритмугде Е - опорная частота,и моделирование функции+ Иаробратной кривой 2, = ц (Н, )Полученное таким образом значениекода уровня Чн сравнивается с полу 1ченным ранее результирующим значением 1 Р кода уровня.В результате сравнения принимается решение, попадает ли значение кода 11, в строб. Строб - это область,1построенная вокруг значения И ку"Р)да ожидается попадание следующегозначения кода уровня.Границы строба выбираются из значения реального максимально возможного изменения значения кода уровнявремя его оцнократного вычисления.Возможны два случая: значениекода уровня попало в строб (этозначение кода считается верным);значение кода уровня не попало встроб это значение кода уровнясчитается неверным).Использование такого принципа сортировки значений кода уровня позволяет исключить влияние на Формирование результирующего кода случайныхотклонений кода уровня из-за помех.Для получения более точного значения кода уровня используется сглаживание, Расчетная Формула для сглаживания при использовании 4 значе ний кода уровня И, имеет видй",= 1 нигде п = (1,4),Возможна работа устройства в двухрежимах.45Первый режим - захват. В этомрежи е устройство работает следующим)бразом. Если за один цикл вычислениявсе четыре значения кода уровня вышли за пределы строба, то считается,что реальное значение кода уровнятакже лежит за пределами строба и новое значение результата вычисляетсякак среднее арифметическое от этихчетырех значений. Если хотя бы одно 55значение кода уровня из четырехпопало в строб, то оно принимаетсяза реальное значение результата, авсе значения кода уровня, вышед 1251шие за пределы строба, отбрасываются как неверные. Использование такого алгоритма позволяет устройствуавтоматически отыскивать верное значение кода уровня в случае сбоя, 5перебоях в питании и т.п,Второй режим - сопровождение. Вэтом случае результат формируетсятолько из значений кодов уровня, попавших в строб. Если же одно значение 10в строб не попало, то сохраняетсяпрежнее значение результата.Устройство формирует сигналы достижения уровнем контролируемой среды, устанавливаемым с дискретностью 15в 1 см в диапазоне 0-9999 см, значений: Бр - вьше верхнего аварийногоуровня 118 р, Яр - выше предупредительного уровня М; Бцр - ниже аварийного уровня И.20Помимо этого, устройство формирует сигналы достижения уровня менее1 м, сигнал сбоя, свидетельствующийо том, что новое значение лежит запределами строба. Устройство выдает 25также информационные сигналы о правильности решения контрольной задачи и о поступлении в устройство частот Й и Е.Для контроля, правильности функцно нирования устройства, оно черезкаждые 15 циклов вычисления кодауровня (Т= 5 с) автоматически пере- .ходит в режим Контроль". В этомслучае на вход устройства вместо 35частот Г и Г коммутируются внутренние контрольные частоты Йц иРабота устройства в режимах "Работа" и "Контроль" полностью идентич -.на, за исключением того, что в режиме "Контроль" к вычисленному наосновании переработки частот Фи Х значению кода уровня Мбприбавляется поправочный коэффициент йБ, дополняющий вычисленное 45значение до значения кода уровня,соответствующего уровню 15 м.Вычисленное в режиме автоматического контроля значение кода уровня не индицируется, и о правильности выполнения контрольного режимасвидетельствует осведомительныйсигнал. В режиме контроля под управлением оператора контрольный кодиндицируется. 55Коммутатор 4 переключает частотысглаживания.Г, Х/2, Е/3, Г/4 на суммирующий вход РС 17. Частота с выхо 101 4да делителя 2 используется для выполнения математических операций с целью формирования сигналов достижения аварийных и предупредительных уровней, фиксируемых на триггерах группы 23. РС 19 и 20 служат для на . капливания до четырех верных (по-. павших в строб)и четырех неверных значений соответственно в течениеодного цикла вычисления результирующего кода уровня.Блок 22 формирует сигналы К и Вна основе сигнала с выхода счетчика 15.Сигнал р определяет, в какой иэсчетчиков 19 и 20 занести очередноезначение кода уровня.Сигнал В определяет, откуда списывать код результата (из счетчика 19или 20) для помещения его в регистр 18Загрузка кодов в счетчики 15,16и 17 производится в момент поступления сигналов с выхода блока 21.По сигналу Ч новое значениерезультата из счетчика 17 фиксируется в регистре 18 и результаты сравнения сигнальных уровней с кодомрезультата фиксируются на триггерах 23,Рассмотрим работу устройства втечение одного цикла (Т,) образования результирующего кода уровня,когда степень аппроксимирующегополинома и = 2. Цикл Ч О - Ч 3 - 4цикла вычисления кода уровня.Цикл Ч О.Такт Л О. В начале такта Я Опо сигналу и код Идвыбираемыйиз блока 14, загружается в счетчик 15Такт 1. В начале такта в счетчик 16 из счетчика 15 передаетсязначение кода Иа, а в счетчик 15загружается код И 1, В счетчике 16код списывается импульсами й , поступающими на его вычитающий вход через элемент И 7,На выходе триггера 25 формируется временной интервал длительностью.МОг который заполняется импульсами частот Гц и Ек , поступсюцими на входы элементов И 5,6 через коммутатор 3, На выходах. элементов И 5,6 образуются число-импульсные коды п, = Г си п,= Г, о которые образуют всчетчике 15 код1-Х,МРс 5" к . ай=Р,=П -9 = МТакт Я 2. В начале второго такта код в счетчике 15 передается в счетчик 16, а в счетчик 15 заносится код Мц ,В течение второго такта кодДоР описывается импульсами частотыпоступающими через элемент И 7 она вычитающий вход счетчика 16 до момента его обнуления. При этом на выходе триггера 25 формируется временной интервал длительностьюИнтервал ь заполняется импульсамичастот 2 и й, поступающими навходы элементов И 5,6. В счетчике15 образуется кодт к=й,:н-Р, =йа 0о оТакт 13. В начале такта ЯЗ код Ю,переносится в счетчики б и 17, а результирующий код, полученный во время предыдущего цикла из регистра 8, загружается в счетчик 15.Код уровня списывается из счетчика импульсами частоты Г, и Формируемый временной интервал заполняется на элементе И б импульсами частоты г, На вычитающий выход счетчика 15 поступает число импульсов п .=л.ь Е, и в нем образуется разностный кодГ= Н р Н,Такт Я 4. В начале четвертого такта код Яа, = 10 см (равньй половине строба) загружается в счетчик 15, откуда в счетчик 16 ранее был переписан разностный код д 11;. Код ь 11, списывается из счетчика 16 импульсами частоты Е, и формируемый временной интервал заполняется импульсами частоты ,Формируя разностный код 6 И .Возможны два варианта:1) ЬМ; ) 1 , В блоке 22 наосновании сигнала заема, снимаемогос выхода счетчика 15, Формируетсясигнал К = О, свидетельствующий отом, что код уровня лежит за преО делами строба и поэтому долженбыть занесен в счетчик 20;2) Ь М ( И . Сигнал заемане формируется,.= 1; код уровня попал встроб и должен быть занесен в счет 15 чик 19Цикл 1.Такт ЯО, В начале такта ЯОкод Ж,из блока 14 переносится всчетчик 15, Код уровня из счетчика20 17 списывается импульсами частотыНа выходе из триггера 25 формируется временной интервал, которыйпри= 1 на элементе И 5 заполняется импупьсами частоты 1, и в25 счетчик 19 заносится код уровня,Если 1 = О, на элементе И 11 временной интервал . заполняется импульсами частоты 10 и код уровнязаносится счетчик 20, Так происхоЗО дит накапливание верных и неверьыхзначений в счетчиках 19 и 20,Действия, выполняемые в тактахЯ 1 - Я 4, аналогичны действиям, выполняемым в тактах- 04 цикла Ч О.Циклы2,3, Действия в них аналогичны действиям в цикле1, Действия, выполняемые во время цикловЧ 4 - Ч 7,направлены на Формированиесигналов аварийной и предупредитель -40 ной сигнализации, а также автомати. ческого контроля исправности работыустройства.Цикл 7 4.Такт О. Действия в этом также45аналогичны действиям в тактах ЯОциклов 7 1 - Ч 3,Такты Д 1 - Я 4 - холостые.Такт Ц 2. Содержимое счетчика 19,если В == 1 в случае если в счет 1чике 19 накоплено хотя бы одно значение кода уровня) или содержимоесчетчика 20 (если в нем накопленызначения кода уровня списываетсяимпульсами частоты 1 , и образуемый55временнои интервал= рсч/ занС 9полняется в коммутаторе 4 импульсами частоты 1 /4, если в счетчике9 накоплено 4 значения кода уровня;Г/ если в счетчике 19 накоплено 2 значения кода уроння 1 - импульсами частоты 1 , если в счетчике 19 накопленоус одно значение кода уровня; в = рсно/ заполняется в коммутаторе 4 импульсами частоты 1 /4, образуя в счетчике 1новое значение кода результа та, В этом случае формируется сигнал сбоя 5 , говорящий о том, что новое значение результата лежит за пределами строба.Таким образом, осуществляется 15 сглаживание наКопленных значенийкодов.Цикл 5. Во время этого цикла при наличии сигнала, свидетельствующего о работе устройства в режиме 20 контроля, выполняется автоматический контроль работы.Такт Я 1. Формируется контрольное значение кода Р путем дополненияи и к вычисленному в режиме Контроль 25 в результате переработки частоти Г коду уровня И В попраночпк нкного коэффициента ЬНх.Таким образом, н начале такта Я 1 в счетчик 15 загружается из блока 14 поправочный коэффициент. Код, помещенный н счетчик 1 в момент Ч 4 Я 2, преобразуется во временной интервалг ВККЬ =35 и на выходе элемента И 5 1,если знак ЬЧ положительный) или элемента И 6. кесли знак Ь 11 отрицательный) прекобразуется в число импульсов, заносимое в счетчик 15.В счетчике 15 формируется контрольный код11 вк 45Р =ЬИ +ч- йТахт 0 2. Вычисляется раэ ность между контрольным значением кода Рк и контрольным числом Ч, извлекаемым50 из блока 14. В начале Ц 2 Р из счетчика переносится н счетчик 16, В счетчик 15 загружается М из блока 14.Код Р преобразуется во временк55 ной интервал 101 Яи в счетчике 15 формируется разностьГЬР =И - РккЕсли АР превьппает заданное значение, формируется сигнал аз., свидетельствующий о том, что контрольная задача решена неверно.11 икл 1 6.Такт ЦО. В счетчик 15 загружается код иэ регистра 18.Такт 1. Код переписывается из счетчика 15 в счетчик 16, а в счетчик 15 загружается из блока 14 код, эквивалентный 1 м.Выполняется операция сравненияЬ=И - ИЕсли с выхода счетчика 15 не снимается сигнал заема, т.е, И с Н, на триггерах 23 формируется сигнал 5, свидетельствующий о том, что реальное значение уровня менее 1 м.Такт Ц 2. В счетчик 15 загружается код из регистра 18.Такт ЯЗ. Загруженньп код переносится в счетчик 16, а в счетчик 15 загружается код предупредительного уровня, выбираемый из блока 13. Выполняется операцияГЬ = И - Ча"рЕсли с выхода счетчика 15 снимается сигнал заема, т.е, ИРИи 1то на триггерах 23 формируется сигнал 5 п, свидетельствующий о преньппе.нии уровнем среды значения предупредительного уровня.Такт Я 4 - холостой такт.Цикл 7 7,Такт ЦО. Код из регистра 18загружается в счетчик 15,Такт Ц 1. В начале такта код,переписывается в счетчик 16, а в счетчик 15 загружается код 1 р верхнегоаварийного уровня иэ блока 13,Если в результате операции сравненияйбрс выхода счетчика 15 поступает сигнал заема 2, то нд триггерах 23 формируется признак С, свидетельствующий о превьппении уровнем значения кода БВр.Такт Ц 2. Загрузка кода резуль. ата в счетчик 15,Такт 63. Загруженный код переписывается в счетчик 16, а счетчик 15 загружается код нижнего аварийного уровня Ия из блока 13.Вычисляется операция сравненияЬ = И - И4 цд рЕсли в результате не сформировансигнал заема, то на триггерах 23формируется сигнал Яд, говорящийо том, что уровень среды опустится15ниже нижнего аварийного.Такт Я 4 - холостой такт,Устройство предназначено для ра -боты с радиолокационным датчиком.Оно позволяет формировать значение20результирующего кода уровня, независящее от электрофизическихсвойств сред и линейно связанное суровнем измеряемой средьг. Устройствореализует алгоритм вторичной обра 25ботки информации, включающий опера -ции по вычислению компенсационнойзависимости и кодов уровня, обладаетрежимами автоматического захвата исопровождения уровня, сличения вновьвычисленного значения со старья,сортирует значения на верные и неверные, что исключает влияние помех навыходной результат, осуществляетсглаживание накопленных кодов для получения точного значения результата 31усредняет входную информацию, Устройство формирует осведомительные сиг -налы дискретно-настраиваемьгх значений аварийных уровней уровня менееметра, сигнала контроля ПП и БП. 40Формула изобретения1,Устройство для вьгчисления уровня жндКих сред, содержащее элементы 4-" И, генератор частоты, триггер, первый реверсивный счетчик и делитель часто ты, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и достоверности, в него введены вычитающий счетчик, регистр, коммутаторы преобразователь частоты, второй, третий и четвертый реверсивные счетчики, блок переключателей, группа триг геров, элемент ИЛИ, блок управления, блок памяти коэффициентов, блок разрешения записи-считывания, причем выход генератора частоты соединен с информационным входом делителя частоты, первый и второй выходы частоты которого подключены к первому и второму информационным входам первого коммутатора, третий, четвертый, пятый и шестои выходы частоты делителя частоты подключены соответственно к первому, второму, третьему и четвертому информационным входам второго коммутатора, седьмой выход частоты делителя частоты соединен с первым входом первого элемента И, выходкоторого подключен к счетному входу вычитающего счетчика, восьмой и девятый выходы частоты делителя частоты соединены соответственно с первым и вторым синхронизирующими входами преобразователя частоты, информационный вход которого является первым информационным входом устройства, третий и четвертый информационные входы первого коммутатора соединены соответственно с выходом преобразователя частоты и с вторым информационным входом устройства, первый и второй выходы первого коммутатора соединены соответственно с первыми входами второго и третьего элементов И, выходы которых подключены соответственно к суммирующему и вычитающему входам первого реверсивного счетчика, выход второго коммутатора соединен с суммирующим входом второго реверсивного счетчика, вычитающий вход которого соединен с выходом четвертого элемента И, выход старшего разряда первого реверсивного счетчика соединен с информационными входами триггеров группы и блока разрешения записи-считывания и с первым входом элемента ИЛИ, второй, третий, четвертый и пятый входы которого соединены соответственно с выходами старших разрядов вычитающего счетчика, второго, третьего и четвертого реверсьвных счетчиков, первый выход блока разрешения записи-считывания соединен с первыми входами пятого и шестого элементов И, второй :выход соединен с первыми входами седьмого и восьмого элементов И, вычитающий и суммирующий входы третьего реверсивного счетчика соединены соответственно с выходами пятого и седьмого элементов И, вычитаюший и суммирующий входы четвертого реверсивного счетчика соединены соот-.ветственно с выходами шестого ивосьмого элементов И, первый входчетвертого элемента И и вторые входы элементов И с пятого по восьмойсоединены с первым выходом частотысглаживания делителя частоты, вторые входы элементов И с первого почетвертый, третьи входы элементов Ис пятогс по Восьмой установочный,вход делителя частоты и пятый ин Оформационный вход второго коммутато.ра соединены с выходом триггера,нулевой вход которсгс соединен свыходом элемента ИЛИ, единичныйвыход триггера соединен с синхронизи рующим выходомблока управления,выход блока переключателей соединен с первым информационным входомблока памяти коэффициентов, второйинформационный вход которого.и информационный выход устройства соединены с выходом регистра, выходблока памяти коэффициентов соединенс информационным входом первого реверсивного счетчика, информационный 25выход которого соединен с информационным входом вычитающего счетчика,выход которого подключен к информационному входу второго реверсивногосчетчика, выход которого соединенс,информационным входом регистра,выход выборки кодов блока управлениясоединен с адресным входом блокапамяти коэффициентов и с входомблока переключателей, первый и второй коммутирующие выходы блока управления соединены соответственно суправляющими входами первого и второго коммутаторов, выход тактов и выход циклов блока управления соедине- Оны соответственно с входами тактов ициклов блока разрешения записи-считывания и триггеров группы, выходыкоторых являются сигнальными выходамиустройства, синхронизирующий выходблока управления подключен к входамразрешения записи реверсивных счетчиков с первого по четвертью, вычитающего счетчика и триггеров группы,причем блок управления содержит двегруппь элементов И-ИЛИ, дешифратор,1 О 1 12счетчик и генератор тактовой частоты, выход кдтсрсгс соединен сс счетным входом счетчика и с первьки вхо. дами элементов И-ИЛИ первой группы, выходы которых являются синхрони" зирующим выходом блока, выход счетчика соединен с входом дешифратора, выход которого подключен х вторым входам элементов И-ИЛИ первой группы к выходу тактов блока и к входам элементов И-ИЛИ второй группы, выходы которых являются соответственно выходами циклов, выборки кодов, первым и ,вторым коммутирующими выходами.2. Устройство по п.1, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что блок разрешения записи-считывания содержит триггер, счетчик, дешифратор, первый, второй н третий элементы И, первые и вторые входы которых соединены соответственно с входами тактов и циклов блока, третий вход первого элемента И является информационным входом блока., выход первого элемента И соединен со счетным входом счетчика и с единичным входом триггера, выход счетчика через дешифратор соединен с третьим входом второго элемента И, выход которого является первым выходом блока, выход триггера подключен к третьему входу третьего элемента И, выход которогс соединен с вторым выходом блока и с нулевым входом триггера.3. Устройство но и.1, с т л ич а ю щ е е с я тем, что преобразователь частоты содержит элемент И, умножитель и реверсивный счетчнк, суммирующий и вычитающий входы которого подключены соответственно к выходу элемента И и к выходу умно- жителя, выход реверсивного счетчика соединен с информационным входом умножителя, входы элемента И являются соответственно информационньм и первым синхрснизирующим входами преобразователя, синхронизирующий вход умножителя является вторым синхронизирующим входом преобразователя, выход умножителя является выходом преобразователя.