Устройство для распознавания критических состояний объекта контроля

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК З(51) С 06 Г 15/46 ГОСУД АРСТВЕНН ПО ДЕЛАМ ИЗОБ КОМИТЕТ ССС ЕНИЙ И ОТНРЫТ ТЕНИ ВУ ПИСАНИЕ ИЗОБ АВТОРСНОМУСВИДЕТ(71) Центральное конструкторское бюро гидрометеорологического приборостроения(56) 1, Авторское свидетельство СССР Р 734718, кл. 6 06 Г 15/36, 1977,,2. Авторское свидетельство СССР Р 830401, кл. 6 06 Р 15/36, 1978,3. Авторское свидетельство СССР Р 877559, кл. 6 06 Р 15/36, 1979 (прототип).(54)(57) 1, УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАСПОЗНАВАНИЯ КРИТИЧЕСКИХ СОСТОЯНИЙ ОБЪЕКТА КОНТРОЛЯ, содержащее синхронизатор, первый выход которого соединен с первым входом аналого-цифрового преобразователя, второй вход которого соединен с входной шиной, а выход с первым входом блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом блока задания порогового уровня и счетчиком, о т л и ч а ю щ е е , с я тем, что, с целью повышения достоверности выявления штормовых ситуаций, оно снабжено регистром .сдвига, дешифратором и блоком определения изменения площади выбросов, первый информационный вход которого соеди" нен с выходом регистра сдвига, второй информационный вход - с первым выходом блока сравнения, а первый выход синхронизатора соединен с третьим входом блока сравнения и первым управляющим входом блока определения изменения площади выбросов, вто- . рой управляющий вход которого соеди нен с вторым выходом синхронизатора,ЯО 1090 соединенным также с управляющим вхо.дом регистра сдвига, информационныйвход которого соединен с вторым выходом блока сравнения, выходы блокаопределения изменения площади выбросов соединены с входами счетчика,выход которого соединен с первой выходной шиной и входом дешифратора,выход которого соединен с второйвыходной шиной,2, Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок определения изменения площади выбросасодержит первый элемент И, первыйвход которого являетср первым управляющим входом блока, генератор, соединенный с первым входом второгоэлемента И, выход которого соединенс одним из входов элемента ИЛИ, второй вход которого является вторыминформационным входом блока, а выходэлемента ИЛИ соединен с вычитающимвходом счетчика, установочный входкоторого является первым информационным входом блока, а вход обнулениясчетчика является вторым управляющим входом блока, который соединентакже с В-входом первого триггера,Б-вход которого соединен с выходомсчетчика и Я-входом второго триггера, В-вход которого соединен с выходом первого элемента И, а выходвторого триггера соединен с вторымвходом второго элемента И, прямойвыход первого триггера соединен спервым входом третьего элемента И,второй вход которого соединен с вторым информационным входом блока,выход которого соединен с вторыминформационным входом блока, выходвторого и третьего элементов И явля.ются выходами блока.Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и можетбыть применено при регистрации иобработке экспериментальных данных,а также в иэмерительно-информационных системах контроля состояния окружающей среды для оперативного штормового оповещения о превышении характеристикой контролируемого процесса допустимого значения,Известен анализатор длительностей 10выбросов случайных процессов, содержащий пороговый блок, формировательимпульсов, генератор импульсов, регистр сдвига, счетчик интервалов,дешифратор, элементы И,ИЛИ, накопительные счетчики Г 1 Э .Недостатком данного устройствавявляется отсут стви е скользящего анализа длительностей выбросов, таккак в каждый момент времени имеетсяинформация от времени начала измерения до текущего интервала измере"ния. После окончания времени анализа, определяемого частотой генератораимпульсов, информация о длительнос-ти выброса выдается внешним потребителем, и цикл анализа повторяется.Для ряда отраслей народного хозяйства необходимо вести постоянныйконтроль параметров окружающей среды, достигающих критических значе- ЗОний. В первую очередь это относитсяк информации о высоте нижней границы облачности, видимости и боковойсоставляющей скорости ветра для авиации при взлете и посадке, величине 35ветрового давления (напора) длястроительства, видимости для автотранспорта. Для каждого вида народнохозяйственной деятельности критические значения параметров, а также 4 Опродолжительность их наличия различны. Так, например, для проектированияи сооружения капитальных зданий иих эксплуатации необходимы осредненные за час (или за 10 минут) значения скорости ветра, для высотных ра"бот и эксплуатации башенных крановзначения максимальных порывов ветрапродолжительностью 2-3 с, Критические значения высоты нижней границыоблачности и видимости зависят оттица аэродрома, значение боковой составляющей скорости ветра - от типасамолета и т.д. Все это вызывает необходимость вести постоянный контрольи наблюдения элементов, критические 55значения которых влияют на народнохозяйственную деятельность в режиме,называемом штормовым. От своевременного штормового предупреждения зависит экономический эффект деятельности, ущерб, а часто и безопасностьжизни людей. При наличии обслуживаемых наблюдательных органов штормовыепредупреждения зависят от наблюдателя и сопряжены с его некоторой субь ективностью, несовершенством приборов, а также при часто меняющихся штормовых ситуациях - с неудобствами для наблюдателя.Создание автоматических станций и автоматизированных систем контроля состояния окружающей среды позволяет устранить субъективизм в штормовом оповещении, улучшить доведение информации, однако оно вызывает ряд проблем, связанных с распознаванием штормовых ситуаций.Известно также устройство для определения площадей выбросов, содержащее блок вычитания, блок эталонныхнапряжений, пороговый элемент, экстраполятор нулевого порядка, буферныйрегистр, накапливающий сумматор, регистратор, секционированную линиюзадержки, триггер, элемент И, генератор 2 3.По сравнению с устройством 1 1это устройство позволяет определятьплощадь выброса над пороговым значением. За время действия выброса всумматоре накапливается число, пропорциональное площади выброса. Припоступлении на вход устройства следующего выброса цикл анализа повторяется,Недостатком этого устройства также, как и предыдущего является то,что оценивается площадь каждого выброса в отдельности, причем времяанализа определяется только длительностью выброса, и анализ каждого выброса проводится независимо от другихвыбросов,Наиболее близким к предлагаемомупо техническому решению является устройство для определения площадей выбросов, содержащее сумматор, блок задания опорных уровней, пороговый блок,аналого-цифровой преобразователь, буферный регистр, блок вычитания накопительный блок, регистратор, элемент задержки, синхронизатор Г 33,В известном устройстве напряжение исследуемого процессапоступает на первый вход сумматора, на второй вход, которого подается напряжение, соответствующее установленному уровню анализа Б. Суммирующая схема сме- щает выброс к нулевому уровню на величину О , т.е, на ее выходе действует напряжение дУ: (1) - Уа,Мгновенные значения сигнала дУ в моментывыборок преобразуются АЦП в параллельный двоичный код. Взаимное согласование работы блоков устройства осуществляется с помощью синхронизатора, В первый такт запускается АЦП и проИзводится измерение. При этом в буферном регистре хранится предыдущее измеренное значение выброса, Оба кода поступают на блок вычитания, на выходе, которого формируется значение кода полуразности соседних отсчетов, а также знак этой полураэности, Во второй такт по сигналу,снимаемому со второго выхода синхронизатора, накопительный блок выполнз"ет очередное накопление. В третийтакт код текущего значения АЦП переписывается в буферный регистр, после чего цикл измерения повторяется,и т.д. За время действия выброса всумматоре накопительного блока накапливается число, пропорциональное 10площади выброса, К выходу сумматораподключен пороговый блок, который ососуществляет сравнение сигнала Д 1)с нулевЫм уровнем и формированиепрямоугольного импульса с длительнос тью, равной длительности выброса.Задним Фронтом этого импульса значение накопительного блока фиксируется в регистраторе, после чегор импульсом, снимаеьим с элемента задерж-оки, накопительный блок и буферный регистр обнуляются, подготовливая темсамым схему к новому измерению,Недостаток известного устройства,так же, как и описанных, заключается в том, что оно не позволяет контролировать площадь выбросов за вре"мя анализа в скользящем режиме, т.е.непрерывно, В накопительном блокезаписывается значение кода, пропорционального площади только одного,текущего выброса. После окончанияодиночного выброса все блоки устройства приводятся в исходное состояние,и цикл анализа повторяется.Цель изобретения - повышение достоверности выявления штормовых ситуаций в процессе скользящего допускового контроля состояния объекта.Поставленная цель достигается тем,что в устройство для распознования 40критических состояний объекта контроля, содержащее синхронизатор, первый выход которого соединен с первымвходом аналого-цифрового преобразователя, второй вход которого соединенс входной шиной, а выход - с первымвходом блока сравнения, второй входкоторого соединен с выходом блоказадания порогового уровня и счетчиком, снабжено регистром сдвига, дешифратором и блоком определения измерения площади выбросов, первый информационный вход которого соединенс выходом регистра сдвига, второйинформационный вход - с первым выхо"дом блока сравнения, а первый выходсинхронизатора соединен с третьимвходом блока сравнения и первым управляющим входом блока определения изменения площади выбросов, второй управляющий вход которого соединен со 60вторым выходом синхронизатора, соединенным также с управляющим входом регистра сдвига, информационный входкоторого соединен со вторым входом .блока сравнения, выходы блока определения изменения площади выбросов соединены с входами счетчика, выход которого соединен с первой выходнойшиной с входом дешифратора, выход которого соединен со второй выходной шиной.Блок определения изменения площадивыброса содержит первый элемент И, первый вход которого является первым управляющим входом блока, генератор, соединенный с первым входом второго элемента И, выход которого соединен с одним из входов элемента ИЛИ,второй вход которого является вторым информационным входом блока, а выходэлемента ИЛИ соединен с вычитающим входом счетчика, установочный входкоторого является первым информационным входом блока, а вход обнулениясчетчика является вторым управляющимвходом блока, который соединен также с В-входом первого триггера, Явход которого соединен с выходомсчетчика и Я-входом. второго триггера, В-вход которого соединен с выходом первого элемента И, а выход второго триггера соединен со вторымвходом второго элемента И, прямойвыход первого триггера соединен спервым входом третьего элемента И,второй вход которого соединен совторым информационным входом блока,выход которого соединен со вторыминформационным входом блока, выходвторого и третьего элементов И являются выходами блока,На Фиг. 1 представлена функцио"нальная схема устройства; на Фиг. 2временные диаграммы, иллюстрирующиеработу предлагаемого устройства (наФиг. 2 а - текущие значения Н измеряемого, параметра; М- пороговоезначение измеряемого параметра; нафиг. 26 - скользящие интервалы анализа То, 1, 1, 13, й - дискретныемоменты времени измерения (импульсыс генератора Я синхронизатора 3);на фиг. 2 в - значение площади выбро"са контролируемого параметра заскользящее время анализа То, Яз допустимое значение площади выброса,которое соответствует критическойситуации на фиг. 2 г - сигнал на выходе устройства, который равен значимому уровню все время, пока Я , Я фУстройство для распознаванйя критических состояний объекта контролясодержит блок 1 задания порогового уровня, аналого-циФровой преобразователь 2, синхронизатор 3, блок 4 сравнения, блок 5 определения изменения площади выбросов, регистр б сдвига, счетчик 7, дешифратор 8. В состав синхронизатора 3 входят генератор 9 импульсов, элемент 10 задержки, В состав блока 4 сравнения входят счетчик 11, триггер 12, элемент И 13, счетчик 14, В состав блока 51090683 Величина задержки элемента 10 задержки достаточна, чтобы в счетчик 14блока 4 сравнения записалось максимальное значение кода ьИ, а разрядность регистра сдвига б зависит оттребуемого времени анализа Т, Послепоступления на тактовый вход регистра б количества импульсов, равногоразрядности регистра сдвига б, наего выходе .появится код дй е- Т, 0 задержанный относительно текущегозначения времени на интервал Т(фиг. 2). Таким образом, в любоймомент времени совокупность значений кодов, записанный в регистресдвига б, характеризует площадь выбросОв контролируемого параметранад пороговым значением за времяанализа Т,.Формирование значений кода суммарной площади выбросов в счетчике7 после включения устройства в работу происходит автоматически, беэкаких-либо дополнительных сигналовуправления. В начале работы устройства в счетчик 7 с выходом регистра сдвига б за время анализа Т, буут поступать только нулевые сигналы, следовательно, перед анализомкаждого цикла измерения триггер 21будет находиться в состоянии 1, ивсе значения ДИ будут записаны всчетчик 7, После того, как регистрсдвига б будет, заполнен за времяанализа Т, с его выходов на установочные входы счетчика 20 будут поступать не нулевые значения кодаЬИ Тес,-ТцесЛиконечно, былоз афиксировано превышение текущего значения контролируемого параметра надпороговым значением. Далее устройство будет функционировать описаннымобразом.Сравнение текущего значения площади выбросов Я с заданным значениемЯ и А осуществляется следующим образом. Сигнал с выхода генератора 9синхронизатора 3 в каждый момент измерения поступает на вход записисчетчика 20, переписывая н него значениЯ кода ДМТтекТ с выходов Регистра сдвига б и на Н-вход триггера21, устанавливая его в нулевое состояние. Таким образом, перед началомкаждого цикла измерения, который опсределяется периодом частоты генератора 9, в счетчике 20 хранится значение кода превышения значения контролируемого параметра над пороговымзначением, но это значение задержанона время анализа Тц, Код текущегопревышения дЩтк поступает черезэлемент ИЛИ 19 на нычитающий входсчетчика 20. Если ЬЯТт Ъ ЛАЕТ -Ттек так йто счетчик 20 устанонйт н единичноесостояние триггер 21, подавая темсамым разрешение на первый вход элемента И 22, на второй вход которого определения изменения площади выброса нходят элемент И 15, генератор 16,элемент И 17, триггер 18, элементИЛИ 19, счетчик 20, триггер 21, элемент И 22, На входную шину 23 поступает исследуемый входной сигнал х. 5На выходной шине 24 счетчика 7 вкаждый текущий момент времени присутствует код, пропорциональный суммарной площади выбросов над пороговым значением контролируемого пара"метра., На выходной шине 25 формируется сигнал в том случае, если за время анализа значение площади выбросаконтролируемого параметра над пороговым значением превышает заданную 15предельно допустимую.Предлагаемое устройстно работаетследующим образом.В исходном состоянии перед началом измерения регистр б сдвига исчетчик 7 обнуляются (цепь обнуленияна фиг. 1 не показана), На вход аналого-цифрового преобразователя (АЦП)2 поступает входной электрическийсигнал х(ток, сопротивление час 25тота, напряжение, сдвиги фаз и т.д.),величина которого пропорциональнаконтролируемому параметру. При поступлении на управляющий вход АЦП 2сигнала с выхода генератора 9 синхро"ниэатора 3 на выходе АЦП 2 в.моментыфоРмиРуется код текущего значения И, И 2, И, Ц контролируемого параметра, который вчисло-импульсном коде поступает нанычитающий вход счетчика 11 блока 4 З 5сравнения,На установочные входы счетчика 11поступает значение кода, пропорционального пороговому значению контролиРУемого паРаметРа Иное, с выхода 40блока задания порогового значения 1,выполненного, например, в виде регистра памяти, При поступлении сигнала с генератора 9 в счетчик 11 записывается код И , триггер 12 иПОр ссчетчик 14 устанавливаются в нулевоесостояние. Ход, соответствующий текущему значению параметра Ите, поступает на вычитающий вход счетчика 11,уменьшая его содержимое. В случаеНте,Ип р счетчик 11 не обнулится,50В случае Йте,с ) И пор счетчик 11 обнулится, и импульс обнуления счетчика 11установит н состояние 1 триггер 12,Разрешение с прямого выхода триггера 12 поступает на первый вход элемента И 13, на нторой вход которогопоступает код Ис выхода АЦП 2,следовательно на ныходе элемента И 1313 сформируется число-импульсный коддИ = И те- И , который поступает 60яс Рна суммирующий вход счетчика 14..После этого сигнал)с выхода элемента 10 задержки поступает на тактовый вход регистра б сдвига, записывая в него содержимое счетчика 14. 65поступает значение кода ЬК е. Такимобразом, на суммирующий вход счетчика 7 поступит количество импульсовИ " =И Тте к ф И рте к-Тц. Следовательно,значение кода суммарйой площади выбросов в счетчике 7 увеличивается(фиге 2) в Если Ьйтек с ай Гтек-та фсчетчик 20 не обнулится, и трйггер21 не изменит своего состояния,После окончания цикла измерениясигнал с выхода элемента задержки 10синхронизатора 3 поступает на первыйвход элемента И 15, на второй вход.которого поступает разрешение с инверсного выхода триггера 21, Импульсс выхода элемента И 15 поступает на 158-вход триггера 18, устанавливаяего в состояние 1,подавая тем самымразрешение на элемент И 17, Импульсы,с генератора 16, частота которогозависит только от быстродействия используемой элементной базы, проходяЧерез элементы И 17 и .ИЛИ 19 уменьшают содержимое счетчика 20, после обнуления которого триггер 18 возвРащается в исходное нулевое состояние.,Таким образом, на вход счетчика 20 поступит количество импульсовИг"1 Ттек-та . Значение кода01 с выхода элемента И 17 поступаетна вычитающий вход счетчика 7. Сле- .довательно, значение кода суммарной.площади выбросов в счетчике 7 уменьшится. Отметим, что в счетчике 7 и на шине 24 в любой момент времени будет находиться значение кода суммарной площади выбросов И,Т за время анализа Т. Как только значение кода Н"достигнет допустимого значе-.7 текния Б,(фиг, 2), на выходной шине 25 деши 3 ратора 8 появляется сигнал, который свидетельствует о том, что за время анализа площадь выброса контролируемого параметра превысила зацанную критическую.Технико-экономический эффект предлагаемого устройства по сравнению с известным заключается, во-первых, в том, что контроль площади выбросов контролируемого параметра над пороговым значением осуществляется в скользящем режиме, т.е, непрерывно, тогда как в известном устройстве площадь каждого выброса формируется, запоминается, регистрируется и контролируется только отдельно, во-вторых, достигается повышение быстродействия распознавания критических состояний объектов контроля, поскольку после каждого цикла измерения результат.анализа. контролируемого процесса (сравнение суммарной площади выбросов контролируемого процесса с допустиьим значением) уже имеется.1090 б 8 З Составитель С,ДемиденкоРедактор Н,Егорова Техред С.Мигунова Коррек Подписно ак Филиал ППППатент, г. Ужгород, ул. Проектна 3007/21 ТиражВНИИПИ Государствепо д 1 Йлам изобрет113035, Москва, Ж 6 но ни 5, комит и. откр аушска С Сийнаб д. 4/5