Устройство для контроля параметров

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК цп Я. Р 5 Р 5 05 В 23/ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТПРИ ГКНТ СССР САНИЕ ИЗОБРЕТ 1. 1-1 ИЯОРСКОУУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ И(71) Харьковский институт радиоэлектроники им, акад. М.К. Янгеля(56) Авторское свидетельство СССР 1 ь 1015340 кл 6 05 В 23/02 1983Авторское свидетельства СССР М 1087963, кл. О 05 В 23/02,1984,Авторское свидетельство СССР М 1386966, кл, 6 05 В 23/02, 1988.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ(57) Изобретенле относится к автоматике и предназначено для контроля датчиков состояния Обьектав в контрольно-диагностических информационных системах, Цель изобретения заключается в повышении достоверности контроля за счет усреднения измеряемых параметров. Цель достигается работай устройства в режимах калибровки датчиков и измерения, Устройство содерИзобретение относится к автоматике, измерительной и вычислительной технике и может быть использовано в контролью-диагностических информационных системах., например, для контроля датчиков состояния автоматизированной системь безопасности обслуживающего персонала и контааля загрязнения окружа ощей среды морских нефтегазапрамысловых объектов.Цель изОбр 8 т 8 ния паьышение достоверности контроля за счет усреднения измеряемых параметров. жит датцики 1. коммутатор 2, блок 3 памяти, блок 4 упрзвленРЯ, двз регистра ,х С, двз блока -,рззеьРРЯ 7, 8, два мапстральных п 81 эе.1 атч:Ркз 9, 10, блок 11 элементов ИЛИ, блок ":2 элементов ЗАГРЕТ, сумматао-в чф татель 13., регистр 14 сдвига. В указаНьх режимах измеренньРй сигнал проходит через коммутатор 2, магистральные передатики О и 9, сумРлатор-вычитзтель 13 паовеаяется в режимах блокам 1 сазвненля 7, 8 на соответствие допуску рзботоспасабностл, код граничного значени которого записан в аегистре 5, с выдачей результатов сравнения на выходах 18, 19 устройстцз, В режиме из,.ерения производится накопление сцмматоРзом-выцитзтелем 13 и рапи.Р. рам 14 лзРереминых знзцений рабОце О параметР:а, индикация регистрам 6 и пос.,е дос ГРРженис ззпзннай выборки пр ь 1 лижение оценки изРлеряемай величины пс адресу одного датчика 1 к ее действительной велпцине, 1 иклическая работа устрайс 1 ва осуществляется блоком 4 управления, 1 ф-лы, 2 ил,Нз ФиГ, 1 изабрзж 8 на схема устройства дЯ контроля параметров, на фиР, 2 - схсглз алака "правления,устройства для контроля параметров содержит (фиг. 1) датчики 1, коммутатор 2, блс;- 3 памяти уставок, блок 4 управления, первый 5 и второй 6 регистры, первуРО 7 и втаауа 8 схемы сравнения, первьЙ 9 и ЗРС- рай 10 магистральные передатчики, блокэемеР Рав ИЛИ, блок 11 элеР .":нтав ЗА Г 1 РЕТ, счмматоа-вьцитатель 13, реп.ста 14 с лвигз первьЙ 15 и втоаай 16 блохи элементов И. Устройство имеет усгановочн й вход 17, выход 18, сигнализируощий о превышении единичного измерения параметра допустимого уровня, выход 19, сигнализирующий о превышении усредненной оценки параметра допустимого уровня. На фиг. 1 также обозначены вход 20 запуска блока 4 управления и его первый 21, второй 22, третий 23, четвертый 24, пятый 25, ше:той 26, сецьмай 27, восьмой 28, девятый 29 и десятый 30 выходы,Блок 4 управления фиг. 2) содержит управляемый генератор 31 импульсов, триггер 32, первый ЗЗ и второй 34 злементь И, первый 35, второй Зб и третий 37 распределители импульсов, первый 38 и второй 39 счетчики, первый 40 и второй 41 элементы ЗАПРЕТ, элемент ИЛИ-НЕ 42, элемент НЕ 43, первый 44, второй 45, третий 46 четвертый 47 и пятый 48 элементы ИЛИ, элемент 49 задержки,Метод, реализованный в предлагаемом устройстве, подтверждается следующими теоретическими предпосыл хами.Известно, что при выполнении измерительного процесса контролируемых параометров, случайные Ли систематлческие А погрешности проявляются одновремен- но Л=Л+Л,.оПоскольку Л равна разности между отдельными результатом измерения и истинным значением измеряемой величины, Х,с, неизвестно, так как Хи, непосредственно определить невозможно, Необходимо эа наиболее вероятное значение измеряемой величины Х принимать такое ее значение А, при котором сумма квадратов абсолютных погрешностей минимальна,Таким образом, для и измерений Х и полученных значений а 1, аг, ., ап и исключенных систематических погрешностях, выражение для абсолютной погрешности записывается в видеЛ 1 - а 1 - Х Лп = а, - Х .Отсюда, наиболее вероятное значение измеряемой величины определяется в соответствии с выражением:1 ЬА= - а = ХсрпУстановление необходимага количества п (представительности выборки) измерений для повышения достоверности выработки информации и точности за счет приближения иэмеряемай величины к ее истинному значению производится при неизвестном значении среднего вадрати 5 10 15 20 30 35 40 45 50 55 ческого отклонения характеристики погрешности па формулеи .,р М/4 г, + тг) (1)где М - число измерительных каналовгдатчикав), составляющих генеральнуюсовокупность; т - коэффициент Стьюдента,определяемый в зависимости от доверительной вероятности при нормальномзаконе распределения погрешности; Ь-допустимая погрешность репрезентативности,определяемая по данным опытной эксплуатации устройства в реальных условиях обьекта или па данным заказчика.Представленная группа измерительныхканалов рассматривается как самостоятельная генеральная совокупность, По даннымэксплуатации погрешность репрезентативности О=10 должна гарантироваться с вероятностью р=0,954.По заданной вероятности коэффициент Стьюдента т= 2. Так как среднееквадратическое отклонение д неизвестно, всоответствии с формулой (1) находим необходимое количество поедставительной выборки измеренийи= 33,40 01 г 50+2 гДан ная выборка удовлетворительнойстепенью приближения хорошо реализуется в двоичной системе счисления разрядностью, равной 5, т,е, 2 =,:32.Устройство для контроля параметровдатчиков работает следующим образом.Перед работой устройства производится начальная установка его элементов иузлов, в частности, очистка содержимогоблока оперативной памяти, сброс всех регистров(цепи управления не показаны) и счетчика в блоке управления, причем исходноесостояние счетчика соответствует первомуадресу первого датчика,Далее устройство для контроля параметров датчиков работает непрерывна в режимах калибровки датчиков (устранениеаддитивной погрешности) и измерения,причем режимы выполняются последовательно и запускаются подачей сигнала спервого датчика на вход 20 запуска блока 4управления).Рассмотрим работу устройства в каждом из режимов.В режиме калибровки датчиков устройство работает следующим образом,Сигнал с первого выхода 21 блока 4 управления инициирует первый адрес датчика1, коммутатора 2 и блоке 3 памяти уставок,Измеренное значение нулевоГа разбалансапервого датчика 1 измеренив в данном режиме производится в отсутствие рабочегоизмеряемого параметра, т,е, при использовании, например, в качестве исследуемого параметра датчиков агрессивной среды при отсутствии самой агрессивной среды и т,д.) с его выхода поступает на информационный вход коммутатора 2, подключающего первый датчик 1 к информационному входу магистрального передатчика 9, Сигнал с выхода 24 блока управления вызывает запрет состояния высокого импеданса блока 9, разрешая прохождение цифрового кода измеренного значения нулевого разбаланса датчика 1 на вторь 1 е входы сумматора-вычитателя 13, первые входы которого также обнулены. Блок 4 управления одновременно выдает с выходов 26 и 27 логические сигналы соответственно с "0" и "1", поступающие на первый и второй сигнальные входы сумматора-вычитателя 13 и инициирующие выполнение им операции вычитания. Результат вычитания с выходов сумматора-вычитателя 13 записывается в регистр 6, запись в который разрешается сигналом логической "1" с выхода 30 блока управления (в данном режиме регистр 6 служит для контрольной индикации оператору значений нулевого разбаланса датчика 1), Блоком 4 управления с выхода 22 выдается сигнал разрешения записи данных, поступивших на вход сигнала данных блока 3 памяти уставок с датчика 1, по которому производится их запись в блок 3.На этом сьем и обработка измеренной информации с первого датчика 1 прекращается и блок 4 управления с первого выхода 21 выдает адрес следующего датчика. Далее цикл обработки данных в режиме повторяется, Таким образом, производится опрос всех датчиков 1 и установление значений нулевого разбаланса каждого датчика 1 с их записью в соответствующие ячейки блока 3 памяти уставок,В режиме измерения устройство работает следующим образом,Перед работой устройства производится предварительно запись в регистр 5 с установочного входа 17 устройства цепи управления не показаны) максимального значения контролируемого датчиками параметра (граничного предела работоспособности датчика, выдачи сигнала аварийной ситуации и т,д,).Блок 4 управления по первому выходу 21 инициирует адрес первого датчика 1, коммутатора 2 и блока 3 памяти уставок, Измеренное датчиком значение рабочего параметра через коммутатор 2 поступает на информационный вход магистрального передатчика 9, прохождение сигнала через который разрешается запретом состояния 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 высокого импеданса логической "1" с выхода 24 блока 4 управления, Блок 4 одновременно выдает с выходов 26 и 27 логические сигналы соответственно "0" и "1", поступающие на соотвегствующие сигнальные входы сумматора-вычитателя 13 и подготавливающие выг 1 олнение им операции вычитания.К этому времени значение нулевого разбаланса этого же датчика считывается из соответствующей ячейки блока 3 памяти уставок по сигналу с выхода 23 блока управления и, проходя через соответствующие элементы блока 11 элементов ИЛИ и блока 12 элементов ЗАПРЕТ, подается на другой вход сумматора-вычитателя 13, который вычитанием производит определение нулевой точки отсчета сигнала по амплитуде с учетом значения нулевого разбаланса датчика (установление динамического диапазона измерения). Затем после поступления разрешающего сигнала с выхода 30 блока управления производится запись разностной величины в регистр 6 с контрольной индикацией ее оператору.Блок 4 управления с выхода 23 выдает сигнал разрешения считывания информации из блока 3 памяти уставок и разрешает прохождение измеренного параметра через блок 15 элементов И на соответствующий вход схемы 7 сравнения. На другой вход схемы 7 поступает с выхода регистра 5 максимальное значение контролируемого датчиками параметра. Схема 7 сравнения производит сравнение поступивших величин и, в случае равенства либо превышения текущим значением рабочего параметра максимального значения, на выходе схемы 7 появляется сигнал наличия аварийной ситуации.Таким образом, после появления соответствующего сигнала на выходе 23, блок управления выдачей сигнала с выхода 25 формирует режим параллельной обработки информации; по рассмотренной ветви блока 15 и схемы 7 и ветви блоков 6, 10, 13, 14, 11, 12, 16 и схемы 8. Указанный сигнал в последнем случае вызывает запрет состояния высокого импеданса магистрального передатчика 10, разрешая прохождение свободного от систематической погрешности измеоенного значения параметра на одни входы сумматора-вычитателя 13.В связи с произведенным предварительно обнулением содержимого регистра 14 сдвига, по сигналу с выхода 28 блока управления регистр 14 передает через соответствующие элементы блока 11 элементов ИЛИ и блока 12 элементов ЗАПРЕТ на другие входы сумматора-вычитателя фактиче 7 1667009ски нулеВое значение, Блок управления одновременно выдает с Выходов 26 и 27 логические сигналы единиц, поступающих на сигнальные Входы сумматора-вычитателя 13 и инициирующих выполнение им Операции сложения, Результат слсжения записывается с Выхода сумматора-вычитателя 13 в регистр 14 при сохра 11 енном сигнале на первом входе разрешения регистра, поступающим с Выхода 28 блока управлеНий.,цдлее датчиком 1 по сохраненному ад ресу произвОДитсЯ Вновь измерение рабочего параметра, определение нулевой точки отсчета сигнала по амплитуде и апись в регистр 6 под управлением блока 4 идентично описанному ранее, Устройством для контроля параметров датчиков аналогично описанному производится также обработка сигналов блока 15 1 л схемой 7 с выдачей соответствующего тревожного сигнала по первому сигнальному выхсду устройства и установка содержимого регистра 6 на Одних входах сумматора-вычитателя 13,Результат сложения В данном слчае первое слагаемое), хранимое В регистре 14 сдвига, под управлением блока 4 пост Г 1 ает на другие входь 1 сумматора-вь 1 ч 1 лтателя 13, которым производится очередное накаплиВание суммы значений измеренных за два такта рабочих параметров, свободных от систематических погрешнсс тей, Результат сложения вновь записываегся В ре 1 истр 14 сдвига,Так происходит в течение за,цанного блоком управления количества тактов повторной обработки информации пс адресу одного датчика (число ВЫ 1 эранных тактов обусловлено количеством измерительных каналов, датчиков). После того как накопленная информация записана в регистре 14, блок 4 управления выдает с выхо,ца 29 сигнал, поступающий на второл вход разрешения регистра 14 сдвига, по которому его содержимое сдвигается вправо на определенное число разрядов и поступает на перВые Входы элементов И блока 16 элементов И. 1 ДЛЯ 50 датчиков сдвиг вправо осуществляется, например, на 5 разрядов), Этот же сигнал позволяет прохождение данных 4 ерез блок 11 элементов И на первый вход схемы Я сравнения, которым производ 4 тся сравнение и, в случае раве 4 ства 1 либо преВышения значением приближенной оценки измеряемого датчиком парэметра Ве истинному значению значения максимальной величины контролируемоо датчиками параметра, по второму сигнальному Выходу устройства для контроля параметров да Гчиков на внешнее устройство индикации и ре 5 10 1 Г, 2 С 25 30 35 40 45 50 55 гистрации производи-ся выдача тревожно- ГО сиГнала,Далее блок управления с выхода 21 выдает адрес следующего датчика 1.1 аким Образом, устройство Для кбнтрОля параметров да Гчиков с первого сиГ нальнОГО Выходс 1 Выдает информацию О предварительной оценке уров;я те 1.ущего значения контролируемого параметра на фоне помех, со второго:игнального выхода - с результирующей приближенной к действительной оценке измеряемого параметра, по состояни 1 о ко"орсй опера 1 ор Окончательно судит О достов 1"рно ти критической ситуации,Блок 4 уп равлен ия р эботает следующи 1 л образом.В исходном состоянии счетчика 39 осуществляется выдача первогс адреса датчиков 1 на выходе 21 б 1 лс 1 ка 4 управления, По сигналу с первого входа устройства, пост, - пающему на пусковол Вход 20 блока 4 управления, запускается упранляс 1 лый Генера-. О: 31 импульсов, вырабат 11 ва 1 лцки С 18 ДО- вательность импульсов с частотой, Определяемой распределителями импульсов, ЛОГическая 1 на И 14 Версном Выходе триггера 32 разрешает прохождение импульсов через элемент И 34 на Вход распределя теля 37 импульсов, С его первого ВЬ 1 хода через элемент ИЛИ 44 единп 14 ь 1 й "игнал подается на выход 24 блока 4 со второго Выхода через элемент ИЛИ 47 на Вь.Оде 27 и через элемент 41 ЗАПРЕГ и эле 1181.4 НЕ 43 а выходе 26 формируются соответственно лс. - гические сигналь, "1" и "У,С третьего выхода эасг ределителя 3единичный сигнал через элемент ИЛИ 46 Выдается на вь 1 ходе 30 блока 4,правлечия, на Выход 8 22 которОГО (четверты 1 л Выход распоеделлтеля импульсов 371 появляегся через Временную задержку, формируемую элементом 49 задержки. Синал с этого же выхода распределителя,37 импульсов через элемент ИЛИ 45 -оступает на счетный вход счетчика 39, изменяя его содержимое на "1" и определяя тем:амым следующий, Второй адрес на выходе 21 блока 4 управления, Затем цикл операций 1 с 1 вторяется и после отработки последнего адов;а датчиков с выхода старшеГо разряда с 1 етчика 39 ло- ГическаЯ "1" устанаВли Гает тг 1 ИГГер 32 В единичное состояние, тем са,-1;. закрывая элемент И 34 и Огменяя режим калибровкк датчиков.Этот же сигн;1 Л подгставливает элемент И 33, разрешая прохождение импульсов на счетный вход счетчика 313, Счетчик 39 находится в исходном состоянии. Через элемент 40 ЗАПРЕ Г,на ЗВГрОГраммирОВанное счет10 20 25 30 35 40 45 50 55 чиком 38 число тактов повторной обработки информации) циклически запускается распределитель 36 импульсов, с первого выхода которого через элемент ИЛИ 44 единичный сигнал поступает на выход 24 блока 4 управления. Со второго выхода распределителя Зб такой же сигнал через элемент ИЛИ 48 появляется на выходе 23 блока 4 и через элемент ИЛИ 47 - на выходе 27, одновременно формируя элементом 41 ЗАПРЕТ и элементом НЕ 43 нулевой сигнал на выходе 26 блока 4, Третий выход распределителя 36 через элемент ИЛИ 46 формирует единичный сигнал на выходе 30 блока 4, четвертый выход распределителя 36 дублирует появление через элемент ИЛИ 48 сигнала на выходе 23 блока 4, на выходах 25 и 28 которого логические "1" появляются последовательно с пятого и шестого выходов распределителя 36 импульсов. Его шестой выход управляет формированием через элементы ИЛИ 47, ЗАПРЕТ 41 и НЕ 43 единичных сигналов на выходах 26 и 27 блока 4.Ко времени начала очередного цикла через элемент ИЛИ-НЕ 42 в распределитель 36 по его динамическому входу записывается вновь логическая "1", После завершения пересчета импульсов по счетному входу счетчиком 38 с его шестого разряда поступает логическая "1", запрещающая через элемент 40 ЗАПРЕТ работу распределителя 36 импульсов, Запускается распределитель 35 импульсов, с первого выхода которого единичный сигнал выдается на выход 29 блока управления. Второй выход распределителя 35 через элемент ИЛИ 45 управляет изменением содержимого счетчика 39 и адреса на выходе 21 блока 4 и обнулением счетчика 38. После опроса всех датчиков 1 согласно описанному цикл операций повторяется вновь с первого адреса по исходному состоянию счетчика 39,Формула изобретения 1. Устройство для контроля параметров, содержащее блок памяти уставок, блок управления, первый и второй регистры, первую схему сравнения и коммутатор, информационные входы которого являются информационными входами устройства, вход запуска устройства подключен к входу запуска блока управления, первый выход которого соединен с адресными входами коммутатора и блока памяти уставок, вход разрешения записи которого подключен к второму выходу блока управления, третий выход которого соединен с входом разрешения считывания блока памяти уставок, установочный вход устройства подключен к входу данных первого регистра, выход которого соединен с первым входом первой схемы сравнения, о т л и ч а ю щ е е о я тем, что,с целью повышения достоверности контроля за счет усреднения измеряемых параметров, в него введены два магистральных передатчика, блок элементов ИЛИ, блох элементов ЗАПРЕТ, сумматор-вычитатель,регистр сдвига, два блока элементов И и вторая схема сравнения, первый вход которои подключен к выходу первого регистра,третий выход блока управления соединен с первым входом первого блока элементов И, выход которого подключен к второму входу первой схемы сравнения, выход которой является выходом сигнализации о превышении единичного измерения параметра допустимого уровня устройства, а выход сигнализации о превышении усредненной оценки параметра допустимого уровня устройства подключен к выходу второй схемы сравнения, второй вход которой соединен с выходом второго блока элементов И, первый вход которого подключен к выходу регистра сдвига и соединен с первым входом блока элементов ИЛИ, второй вход которого подключен к выходу блока памяти уставок, а выход - к первому входу блока элементов ЗАПРЕТ, выход которого соединен с первым входом сумматора-вычитателя, а второй вход - с выходами первого и второго магистральных передатчиков, входы управления которых подключены соответственно к четвертому и пятому выходам блока управления, шестой и седьмой выходы которого соединены соответственно с первым и вторым управляющим входами сумматора-вычитателя, выход которого подключен к второму входу первого блока элементов И, информационным входам регистра сдвига и второго регистра блока памяти, восьмой выход блока управления подключен к входу записи регистра сдвига, сдвиговый вход которого соединен с вторыми входами блока элементов ЗАПРЕТ и второго блока элементов И и подключен к девятому выходу блока управления, десятый выход которого соединен с синхровходом второго регистра, выход которого подключен к информационному входу второго магистрального передатчика, выход коммутатора соединен с информационным входом первого магистрального передатчика.2, Устройство по п.1, отл и ч а ю щеес я тем, что блок управления содержит триггер, два элемента И, три распределителя импульсов, два счетчика, два элемента ЗАПРЕТ, элемент ИЛИ-НЕ. элемент НЕ, пять элементов ИЛИ, элемент задержки и управляемый генератор импульсов, управляющий вход которого является входом запуска блока, а выход подключен к первым входампервого и второго элементов И, вторые входы которых соединены состветственно с прямым и инверсным выходами триггера, выход первого элемента И псдключен к первому входу первого элемента ЗАПРЕТ и счетному входу первого счетчика, вход сброса которого соединен с вторым выходом первого распределителя импульсов, информационный вход которого подключе ч к выходу переполнения первого счетчика и второму входу первого элемента ЗАПРЕТ, выход которого соединен с тактовым входом второго распределителя импульсов, первый выход которого подключен к первым входам элемента ИЛИ-НЕ и первого элемента ИЛИ, второй выход первого распределителя импульсов соединен с гервым входом второго элемента ИЛИ, вторсй вход которого подключен к входу элемента задержки, синхровходу триггера и четвертому выходу третьего распределителя импульсов, тактовый вход которого соединен с выходом второго элемента И, третий выход которого подключен к первому входу трегьего элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с третьим выходом второго распределителя импульсов и -ретьим входом элемента ИЛИ-НЕ, выход ко-орого пздключен к информационному входу второго ра"- пределителя импульсов, второй выхсд которого соединен с вторым входом элемента ИЛИ-НЕ и первыми входами четвергого и пятого элементов ИЛИ, спорые ахсды которых подключены к трегьему выходу третьего распределителя импульсовсоответственно к четвертому выходу второго распределителя импульсов. соединенного с четвертым входом элемента ИЛИ-НЕ, выход второго элемента ИЛИ псдключен к счетно му входу второго счетчика, выходы разрядовкоторого являются первым выходом блока, аыход старшего разряда второго счетчика соединен с первым входом три. гера, выход элемента задержки является вторым выхо дом блока, третий выход которого подключен к выходу пятого элемента ИЛИ., первый выход третьего распределителя импульсоа соединен с вторым входом первого элемента ИЛИ, выход которого является чет вертым выходом блока, пятый выходкоторого подключен к пятому входу элемента ИЛИ-НЕ, соединенному с пятым выходом второго распределителя импульсов, шестой выход которого соединен с шестым 20 входом элемента ИЛИ-НЕ и является шестым выходом блока, седьмой выход которого подключен к выходу элемента НЕ, вход которого соединен с выходом второго зл:.- мента ЗАПРЕТ, первь 1 й вход которого об:.25 единен с третьим входом четвертогоэлемента ИЛИ и седьмым входом элемента ИЛИ-НЕ и подключен к седьмому выходу второго распределителя импульсов, выход четвертого элемента ИЛИ соединен с вто рым входом второго элемента ЗАПРЕТ иявляется восьмым выходом блока, девятьй и десятый выходы которого подключены соответственно к первому выходу первого распределителя импульсоа и выходу третьего 35 элемента ИЛИ.оставитель В. Гришинехред М. Моргентал Корректор Э. Лончакова Тираж 478 ПодписноеГосударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж-З 5, Раушская наб 4/5