Устройство для централизованного контроля параметров

СОЮЭ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 9 О 05 В 23 0 06 1 15 46 РЕТЕНИЯ ИДЕТЕЛЬСТВ У ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ ОПИСАНИ К АВТОРСКОМУ(72) Е.М.Антонюк, А.Ф.Родимов, Р.И.Родимова и А.И.Смажевский (71) Ленинградский ордена Ленина электротехнический институт им.В.И.Ульянова (Ленина (53) 621.396(088.8)(56) 1. Авторское свидетельство СССР Р 450955, кл. 0 01 П 5/00, 1973.2. Цапенко М.11. Измерительные информационные системы. М "Энергия", 1974, с. 248-250 (прототип).(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЦЕНТРАЛИЗОВАННОГО КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ, содержацее блок задания номинальных значений параметров, первый коммутатовыход которого подключен к первымвходам первого и второго блоковсравнения, вторые входы которых соединены с соответствующими выходамиблока задания допустимых отклоненийпараметров, управляющие входы первого коммутатора подключены к выходам первого дешифратора, входамисоединенного с пряйыми разряднымивыходами первого счетчика, инверсныеразрядные выходы которого подключены к первым информационным входамблока индикации, вторыми информационными входами соединенного с информационными выходами аналого-цифрового преобразователя, третьим ичетвертым информационными входами -с выходами пЕрвого и второго блоковсравнения соответственно, а пятыминформационным входом - с выходомпервого элемента ИЛИ, входом установки в единичное состояние триггера, единичным выходом подключенногок первому входу первого элемента Ии к входу установки в нулевое состояние второго счетчика, выход переполнения которого соединен с перВым входом первого элемента ИЛИ, а.801059 счетный вход - с первым выходом генератора импульсов, вторым выходом соединенного с вторым входом первого элемента И, выход которого подключен к счетным входам первого и третьего счетчиков, прямые разрядные выходы третьего счетчика через второй дешифратор подключены к управляющим входам второго коммутатора, и в каждом канале последовательно соединенные датчик параметра, блок унификации и вычитакщий блок, ко второму входу которого подключен соответствуюций выход блока задания номинальных значений параметров, а выходы вычитаюцих блоков всех каналов соединены с информационными входов первого коммутатора, о т - л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения эффективности контроля, в него введены второй элемент ИЛИ, элемент НЕ, второй, третий и четвертый элементы И, третий коммутатор и последовательно соединенные блок выделения абсолютного значения сигнала и амплитудный дискриминатор, выход которого покдлючен к входу установки в нулевое состояние первого счетчика, а управляющий вход - к выходу второго элемента И, к входу установки в нулевое состояние триггера и к первым входам третьего и четвертого элементов И, выходы которых подключены соответственно к второму входу первого эле мента ИЛИ и управляюцему входу аналого-цифрового преобразователя информационным входом подключенного к выходу третьего коммутатора, информационные входы которого соединены с выходами блоков унификации, а управляющие входы - с выходами первого дешифратора, вход блока выделения абсолютного значения сигнала подключен к выходу второго коммутатора, первый вход второго элемента И соединен с одним из в1059547 40 50 ходов второго дешифратора, а второй вход - с первым выходом генератора импульсов, входы второго элемента ИЛИ соединены с выходами первого и второго блоковсравнения,1Изобретение относится к измерительным информационным системам и может использоваться в машинах цент рализованного контроля и регулиро вания.Известна измерительная информа" ционная система со сжатием данных, содержащая датчики, выходы которых через блоки преобразования соединены с.входами первого коммутатора, выход которого через последовательно соединенные цифровой преобразователь и блоК обработки подключен к входу блока индикации, второй коммутатор, блок сжатия, входы которого подключены к выходам блоков преобразования, а выходы - через второй коммутатор к входуцифрового преобразователя, дешифратор, триггер, генератор, блок установки, две схемы совпадения и два счетчика 1 .Недостатком данного устройства является невозможность обслуживания наихудшего самого активного параметра)в первую очередь, что не позволяет обеспечить достаточно эффективные контроль и регулированиеНаиболее близким к предлагаемому является устройство централизованно". го контроля и регулирования технологических процессов, содержащее в каждом канале последовательно соединенные датчики, блоки унификации и вычитающие блоки, а также блбк задания номинальных значений (находится в центральном запоминающем устройстве ЦЗУ, выходы которого соединены с вторыми входами вычитающих блоков, выходы которых соединены с входами первого коммутатора, выход которого соединен с первым входом двухполярного блока сравнения (возможна реализация в виде двух блоков сравнения для каждой полярности отдельно), второй вход которого через. преобразователь полярности соединен с преобразователем двоичного кода в ступенчато- изменяющееся напряжение, второй выход которого подключен к цифровому индикатору, второй вход которого соединен с выходом блока сравнения, Второй выход преобразователя полярности подключен к вхоДУ блока вывторой вход четвертого элемента Иподключен к выходу второго элементаИ и ко входу элемента НЕ, выход которого соединен с вторым входомтретьего элемента И. 2дачи результатов контроля, другиевыходы блока сравнения через второй коммутатор подключены к входамрегуляторов, центральное устройст во разверток, соединенное с таймером и с преобразователем двоичногокода в напряжение.Управление работой устройства.прототипа осуществляется из центра 1 завода ЦЗ), в который входит таймер, блоки индикации и регистрации,объединенные в центральную контрольно-измерительную машину. Таймер является основным управляющим элемен-том и может состоять из генератора,блока запуска (триггер с элементом И) и счетчика таймера с элементом ИЛИ. В устройстве осуществляет, ся контроль разности между параметрами объекта и их номинальными значениями, причем задание допустимыхотклонений осуществляется в цифровойформе 2 .1Недостатком известного устройства является жесткая (последовательная) программа опроса каналов, чтоприводит к недостаточной эффективности контроля и регулирования. Этообъясняется тем, что выбор частотыпроведения операций дискретногоконтроля и регулирования и, в конечном итоге, частоты опроса каналовс целью обеспечения заданной достоверности контроля и качества регулирования осуществляется с учетом 35 экстремальных динамических свойствсамого активного параметра, что при"водит к избыточному числу операцийконтроля (при снижении активности)и возможности значительного превышения параметром допустимого значения из-за ожидания своей очередиобслуживания при повышении активности) . Цель изобретения - повышение эффективности контроля путем сокращения числа операций контроля и обеспечения обслуживания наиболее активных параметров в первую очередь.Поставленная цель достигается тем, что в устройство для центра 1 лизованного контроля параметров,1059547 5 10 15 20 содержащее блок задания номинальныхзначений параметров, первый коммутатор, выход которого подключен к первым входам первого и второго блоков сравнения, вторые входы которых соединены с соответствующимивыходами блока задания допустимыхотклонений параметров, управляющиевходы первого коммутатора подключены к выходам первого дешифратора,входами соединенного с прямыми разрядными выходами первого счетчика,инверсные разрядные выходы которогоподключены к первым информационнымвходам блока индикации, вторымиинформационными входами соединенного с информационными выходами аналого-цифрового преобразователя, ретьим и четвертыми информационнымивходами - .с выходами первого и второго блоков сравнения соответственно, а пятым информационным входомс выходом первого элемента ИЛИ, входом установки в единичное состояниетриггера, единичным выходом подклвченного к первому входу первогоэлемента И и к входу установки внулевое состОяние второго счетчика,выход переполнения которого соединен с первым входом первого элемента ИЛИ, а счетный вход - с первым выходом генератора импульсов, вторым выходом соединенного с вторым входом первого элемента И, выход которого подключен к счетным входампервого и третьего счетчиков, прямые разрядные выходы третьего счетчика через второй дешифратор подключены к управляющим входам второго коммутатора, и в каждом канале последовательно соединенные датчик параметра, блок унификации и вычитающий блок, к второму входу которого подключен соответствующий выход блока задания номинальных значений параметров, а выходы вычитающих блоковвсех каналов соединены с информационными входами первого коммутато,ра, введены второй элемент ИЛИ, элемент НЕ, второй, третий и четвертый элементы И, третий коммутатор ипоследовательно соединенные блок выделения абсолютного значения сигнала и амплитудный дискриминатор, выход которого подключен. к входу установки.в нулевое состояние первого счетчика, а управляющий вход - квыходу второго элемента И, к входуустановки в нулевое состояние триггера и к первым входам третьего и четвертого элементов И, выходы которых подключены соответственно квторому входу первого элемента ИЛИ и управляющему входу аналого-цифрово го преобразователя, информационнымвходом подключенного к выходу третьего коммутатора, информационныевзводы которого соединены с выходами 25 30 35 40 45 50 55 60 65 1блоков униФикации, а управляющие а входы - с выходами первого дешифратора,. вход блока вьщеления абсолютного значения сигнала подключен к выходу второго коммутатора, первый вход второго элемента И соединен с одним из выходов второго дешифратора, а второй вход - с первым выходом генератора импульсов, входы вто рого элемента ИЛИ соединены с выходами первого и второго блоков сравнения, второй вход четвертого элемента И подключен к выходу второго элемента И к входу элемента НЕ, выход которого соединен с вторым входом третьего элемента И.На фиг. 1 представлена схема устройства для централизованного контроля параметров; на фиг, 2 - схе. ма возможной реализации блока вьщеления абсолютного значения сигнала; на фиг. 3 - схема амплитудного дискриминатора. Устройство фиг. 1) содержит датчик 1 параметров, блоки 2 унификации, вычитающие блоки 3, блок 4 задания номинальных значений параметров, первый коммутатор 5, блок 6 выделения абсолютного значения сигнала, амплитудный дискриминатор 7, второй коммутатор 8, первый блок 9 сравнения, второй блок 10 сравнения, блок.11 задания допустимых отклоне- . ний параметров, первый элемент ИЛИ 12, элемент НЕ 13, аналого-цифровой преобразователь 14 (АЦП 1, блок 15 индикации, генератор 16 им"., пульсов, триггер 17, первый элемент И 18, второй 19, третий 20 и четвертый 21 элементы И, второй элемент ИЛИ 22, первый 23 и второй 24 счетчики, первый дешифратор 25, третий счетчик 26, второй дешифратор 27, третий коммутатор 28, регистр 29, преобразователи 30 и 31 двоичного кода в двоично-десятичный код, дешифраторы 32 и 33, цифровые индикаторы 34 и узел 35 усилителей индикации блока 15 и блоки 36 и 37 коммутации.Датчики 1 предназначены для преобразования технологических параметров в электрический сигнал, Блок 2 служит для нормализации выходных сигналов датчиков 1, Блок 3 преднаэ" начен для получения отклонения текущего значения параметра от н 9 мннального. Блок 4 служит для формирования и выдачи номинальных значений параметров. Блок 6 предназначен для преобразования двухполярных сигналов разности текущих и номинальных значений параметров в однополярный .сигнал.Блок 6 может быть построен по схеме, изображенной. на фиг. 2 и содержащей резисторы 38-45, операцион 1059547ные усилители 46 и 47 и диоды 48 и 49.Лмплитудный дискриминатор. 7 служит для выработки сигнала при превышении текуц 1 его значения входного напряжения над предыдущими.Дискриминатор 7 (фиг. 3) может содержать ключ 50, конденсатор 51, диод 52, резистор 53, операционный . усилитель 54 и формирователь 55, например ждущий мультивибратор.Конденсатор 51 выполняет функции запоминающего устройства, где хранится предыдуцее максимальное значение разности между контролируемымпараметром и номинальным его значением. При превышении входным .напря 15 жением, поступающим от блока б, напряжения, запомненного конденсатором 51, на выходе усилителя 54 появляется сигнал, по которому ждущий муль 20тивибратор 55 формирует импульс, по"1" при выходе контролируемого параметра из допустимой эоны, а элементНЕ 13 - для выработки сигнала "Норма", соответствующего нахождению контролируемого параметра в допусти мой зоне. АЦП 14 служит для преобразования текущего значения выбранного параметра, вышедшего иэ допустимой зоны, в двоичный код. Блок 15предназначен для отображения значения выбранного параметра на циф- .ровых индикаторах и индикации направления выхода параметра из эоныдопустимых значений - "больше" или"меньше". Блок 15 содержит регистр29, предназначенный для записи,55 60 хранения и выдачи кода значения выбраиного параметра и представляющий собой регистр с параллельной устаНовкой и съемом информации, преобступающий на сброс счетчика 23. Вконце цикла опроса каналов по сигналу элемента И 19 замыкается ключ50, тем самым сбрасывается память . 25дискриминатора 7. Коммутатор 8 предназначен для последовательного переключения каналов. На коммутатор 8поступают напряжения, представляющиесобой разности текущих и номиналь- З 0ных значений параметров. Число ключей в коммутаторе 8 равно числу каналов. Блоки 9 и 10 предназначеныдля выработки сигналов "1" при достижении текущей положительной (блок9) и отрицательной (блок 10) разности значения допустимого отклонениясоответствуюцего знака, т.е. вырабатываются логические сйгналы, "больше" и "меньше", Блок 11 предназначен .для формирования и выдачи зна.чений допустимых отклонений параметров от номинальных значений и представляет собой два источника напряжений разной полярности. ЭлементИЛИ 22 служит для выработки сигнала 45 раэователи 30 и 31 двоичного кода значений выбранного параметра и но-мера канала соответственно в двоично-десятичный код, дешифраторы 32 и 33 двоично-десятичного кода в де.сятичнай позиционный код, необходимый для управления цифровыми индикаторами 34, блок 35 индикации отклонений выбранного параметра иэ зоны допустимых значений (" больше" или "меньше" и содержащий усилители с лампами накаливания, подсвечивающими соответствующие транспоранты), Генератор 16 предназначен для формирования импульсов, обеспечивающих синхронную работу устройства. Генератор 16 представляет собой автоколебательный мультивибратор с двумя выходами. Триггер 17 служит для управления работой счетчиков 23 и 26, разрешая или запрещая прохождение на них импульсов от генератора 16 через элемент И 18, выполняющий функцию вентиля. Элемент,И 19 выполняет функцию вентиля, сбрасывая память дискриминатора 7 по управляющему сигналу с последней шины дешифратора 27 и импульсам с второго выхода генератора 16 (которые противоположны по фазе импульсам с первого. выхода генератора 16) . Элемент И 20 служит для формирования через элемент ИЛИ 12 сигнала, устанавливающего триггер 17 в состояние, разрешающее прохождение импульсов от генератора 16 чЕрез элемент И 18 (обеспечение следующего цикла опроса) . Элемент И 21 предназначен для формирования сигнала запуска ЛЦП 14, в случае, если хотя бы один из контролируемых параметров вышел из зоны допустимых значений. Счетчик 23 предназначен для подсчета числа импульсов, поступающих от генератора 16, по которым осуществляется переключение каналов в коммутаторах 5 и 28, Сброс счетчика 23 в исходное состояние осуществляется по сигналам с дискриминатора 7. Счетчик 23 пред-. ставляет собой двоичный счетчик, с прямых выходов разрядов которого код поступает на дешифратор 25, а с инверсных - на блок 15, Дешифратор 25 предназначен для преобразова. ния двоичного кода в единичный позиционный код, управляющий переключением каналов в коммутаторах 5 и 28.Коммутатор 28 предназначен для переключения каналов и на его вход поступают напряжения, пропорциональные значениям параметров. Число ключей в коммутаторе 28 равно числу каналов. Коммутатор 28 переключа ет каналы в обратном порядке, т.е. к первому ключу подключается последний контролируемый канал к последнему ключу - первый, Счетчик 24предназначен для формирования сигнала, запускаюцего устройство черезэлемент ИЛИ 12 при включении питания, и в случае, если выбранныйпараметр, вышедший из зоны допуска,не поддается регулированию. На входсчетчика 24 поступают импульсы отгенератора 16 и емкость счетчикадолжна быть достаточной для формирования временного интервала, представляющего собой сумму времени оп.роса всех каналов и максимальноговремени регулирования, Счетчик 26предназначен для подсчета числа импульсов, поступающих от генератора16, по которым осуществляется переключение каналов в коммутаторе 8.Счетчик 26 представляет собой двоичный счетчик. Дешифратор 27 предназначен для преобразования двоичногокода в единичный позиционный код,Устройство работает следующимобразом,Напряжение с выхода датчика 1поступает на вход блока 2 унификации, с выхода которого унифицирован.ный сигнал поступает на вход вычитающего блока 3, где происходит вычисление разности напряжений, поступающих от блока 2 и блока 4 задания номинальных значений параметров,Раэностные сигналыпоступают на первый коммутатор 5 и на второй коммутатор 8, а сигналы от блока 2 поступают на третий коммутатор 28,При включении устройства в работу, если триггер 17 находится в состоянии "1", через элемент И 18 на первый счетчик 23, третий счетчик 26 и коммутатор 8 поступают импульсы от гинератора 16, по которым через дешифраторы 25 и 27 производится переключение каналов, Если триггер находится в состоянии фО", то через некоторый промежуток времени, определяемыйначальным состоянием второго счетчика 23, с его выхода появится сигнал, уста-. навливающий триггер 17 в,состояниеЗо время первого цикла опросаканалов (переходного процесса) возможна неправильная выдача результатов контроля, но при этом устройство автоматически подготавливается кработе. Триггер 17 в состоянии "1" разремает прохождение импульсов от генератора 16 импульсов через элемент ,И 18 на счетчики 23 и 26,Коммутатор 8 последовательно опрашивает блоки 3, начиная с первого,Если напряжение с последуюцего блока 3 оказывается больше предыдущих по модулю, то на выходе амплитудного дискриминатора 7 появляется сигнал, сбрасываюций счетчик 23.оммутаторы 5 и 28 при. этом устанав.ливаются в начальное положение. Придальнейшем поступлении импульсов сгенератора 16 по окончании опроса5 всех блоков 3 коммутатор 8 устанавливается в последнее положение, акоммутаторы 5 и 28 - в положениеБ - 11, 1 де М - номер блока 3, имеющего наибольшее (по модулю) напря-10 жение на выходе; Б - число каналов.Для правильной работы устройстванеобходимо, чтобы блоки 3 и 2 с ноГером В были подключены к ключамкоммутаторов 5 и 28 с номеромБ-В+1,15 т.е. первый вычитающий блок и первый блок унификации подключаются кпоследним ключам коммутаторов 5 и28, вторые блоки 3 и 2 - к предпоследним ключам коммутаторов 5 и 282 р (с номером Б - 1) и т.д, Последнийвычитающий блок и последний блокунификации подключаются к первымключам коммутаторов 5 и 28. Такимобразом, канал с наибольшим (по мо 25 дулю) в каждом цикле опроса значением находится между параметром иноминальным значением,При опросе последнего канала ссоответствующего выхода дешифратора 27 снимается потенциал, разрешающий прохождение импульсов с генератора 16 импульсов через элементИ 19, Импульсы, поступающие на элемент И 19, противоположны по фазеимпульсам, поступающим на элементИ 18, благодаря чему сигнал на выходе элемента И 19 задерживается навремя отработки последнего канала.По сигналу с элемента И 19 сбрасывается память дискриминатора 7,40 триггер 17 устанавливается в состояние "0", запрецая поступление импульсов с генератора 16 на счетчики23 и 26.45 От вычитающего блока 3 выбранного канала через коммутатор 5 наибольшая (по модулю) разность поступает на входы блоков сравнения 9 и10, один из которых сравнивает положительные сигналы, а другой - отрицательные. Эта разность сравнивается с сигналом с блока 11 заданиядопустимых отклонений параметров, иесли она больше допустимого значения, то на выходах блока 9 и 10 появ.ляется сигнал 11 ф. Этот сигнал через элемент ИЛИ 22 подготавливаетэлемент И 21 и через элемент НЕ 13закрывает элемент И 20. При этомсигнал с элемента И 19 проходит че 60 рез элемент И 21 на запуск АЦП 14,на вход которого поступает напряжение, соответствующее значению пара-.метра выбранного канала. Если ниодин иэ контролируемых параметровне вымел из зоны допустимых значе 1059547 104404550 ний, то на выходе блоков 9 и 10 будет "0", запрещающий через элементИЛИ 22 прохождение импульсов с элемента И 19 через элемент И 21 и разрешающий его прохождение через элемент И 20. Таким образом, в случаеотсутствия выхода параметра иэ зоны допустимых значений сигнал с выхода элемента И 20 через элементИЛИ 12 устанавливает триггер 17 всостояние "1 ф, обеспечивая следующий цикл, опроса каналов.В случае выхода параметра из зоны допустимых значений сигналы "1 фс выходов блока 9 или 10 подаютсяна блок 35 для иидикации результатовконтроля (" больше", фменьше") и нарегуляторы для регулирования.Код значения выбранного парайетра с выхода АЦП 14 по сигналу фКонец преобразования",записывается врегистр 29. От счетчика 23 на преобразователь 31 двоичного кода вдвоична-десятичный поступает кодадреса выбранного канала, причем сосчетчика 23 снимается инверсный код.Коды значений выбранного параметраи адреса канала через преобразователи 30 и 31 и дешифраторы 32 й 33поступают на цифровые индикаторы 34.На выход устройства подается ад"рес канада, подлежащего регулированию, благодаря чему, может быть под ключен соответствующий регулятор..По окончании процесса регулированиявыбранного параметра на выходахблоков 9 и 10 появляется сигнал ф 0""норма"), подготавливающий черезэлементы ЙЛИ 22 и НЕ 13 элемент И 20Импульс с выхода элемента И 19 через элементы И 20 и ИЛИ 12 устанавливает триггер 17 в состояние ф 1",сбрасывает счетчик 24 и регистр 29,Устройство начинает новый цикл опроса,Если выбранный параметр не под"дается регулированию, то через заданное время от начала цикла опросаканалов (определяемое суммой времени опроса каналов и максимальнодопустимого времени регулирования)на выходе счетчика 24 появляется сигнал переполнение счетчика, подготавливающий через элемент ИЛИ 12устройство к новому циклу опросаТаким образом, контролю, индикации (регистрации) и регулированиюв первую очередь подвергаются параметры, которые обладают наибольшим(по модулю) отклонением текущегозначения параметра от номинального,т.е. наиболее активные, что повы шает эффективность контроля и регулирования, т.е, осуществляетсяадаптивный контроль. Конкретный выигрыш зависит от закона распределения входных сигналовколичества ка налов и требуемой точности. Приадаптивном контроле количество операций контроля при .нормальном рас пределении входных сигналов и вероятности Р = 0,997 по сравнению с 20 равномерным дискретным контролемуменьшится в 25 раз, т.е. средняячастота выдачи результатов контроляможет быть уменьшена в 25 раз присохранении той же погрешности. По вышение же средней часто.щ до прежнего уровня приведет к пропорциональному уменьшению погрешности аппроксимации погрешности контроля).Приведем данные по технико-экономической эффективности предлагаемого устройства для централизованного контроля параметров по сравнениюс базовым объектом. За базовыйобъект принята информационно-вычислительная машина ИВ, так как.фна решает задачи, аналогичные зада 1 чам предлагаемого устройства. При заданной погрешности контроля средняя частота выдачи результа- тов контроля в базовом объекте примерно в 25 раэ выше, чем в предлагаемом устройстве, а это означает, что базовый объект сможет проконтролировать лишь 20 параметров из 480 возможных, а предлагаемое устройство обслужит все каналы за одно и то же время.Тогда экономический эффект от использования предлагаемого изобретения примерно составит 600 х(480 20) = 27 б 000 руб.1059547 Составитель А,СмажевскийТехред В.далекорей Корректор И.Муска Редактор Н.Стащишина Заказ 9840/52Тираж 874 Подписное ВНИИПИ.Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб д, 4/5Филиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул, Проектная, 4