Устройство для контроля экспоненциальных процессов

СОЮЗ СОВЕТСКИХииииииищи ц, 12820 СПУБ 51)4 С 05 В 23 0 Я ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР О ДЕЛАМ, ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ АНИЕ ИЗОБР ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(7 1) Институт электродинамики АН УССР (72) Г.Л.Баранов и В.Л.Баранов (53) 621.503.55(088,8)(56) Авторское свидетельство СССР В 834678, кл. С 05 В 23/02, 1981.Авторское свидетельство СССР Ф 898390, кл; С 05 В 23/02, 1972.Авторское свидетельство СССР Ф 1056134, кл. С 05 В 23/02, 1983. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ЭКСПОНЕНЦИАЛЬНЫХ ПРОЦЕССОВ(57) Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для контроля переходных процессов, имеющих экспоненциальный закон изменения в различных технологических объектах, например энергоблоках электростанций. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства за счет прогнозирования времени достижения уровня предаварийной уставки. Устройство содержит регистр сдвига, сумматор, блок управления, два пороговых элемента, два генератора одиночных импульсов, три триггера, три элемента И, элемент ИЛИ-НЕ, два элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, три элемента задержки. За счет введения в устройстводвух пороговых элементов, двух генераторов одиночных импульсов, доло.1- нительного триггера, элемента ИЛИ-НЕ, двух элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и трех элементов задержки, а также введения в блок управления ключа и четвертого элемента задержки устройство обеспечивает прогнозирование времени достижения экспоненциальным процессом заданного уровня, что расширяет Функциональные возможности устройства.1 з,п. ф-лы, 1 табл., 3 ил.1 128208Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может бытьиспользовано для контроля переходныхпроцессов, имеющих экспоненциальныйзакон изменения, в различных технологических объектах, например в энергоблоках электростанций.Цель изобретения - расширениефункциональных возможностей устройства за счет прогнозирования времени Ядостижения уровня предаварийной уставки,На фиг.1 показана структурная схема устройства; на фиг.2 - схема блокауправления; на Фиг.3 - временная диаг рамма эксгоненциального процесса.Устройство содержит регистр 1 сдвига, сумматор 2, блок 3 управления,первый 4 и второй 5 пороговые элементы, первый 6 и второй 7 генераторы 20одиночных импульсов, первый 8, второй9 и третий 10 триггеры, первый 11,второй 12 и третий 13 элементы И,элемент ИЛИ-НЕ 14, первый 15 и второй16 элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, первый 2517, второй 18 и третий 19 элементызадержки, информационный вход 20,входы первого 21 и второго 22 эталонных напряжений.Блок 3 управления содержит гене в 3 Оратор 23 импульсов, распределитель24 импульсов, коммутатор 25, ключ 26,первый 27 и второй 28 элементы ИЛИ,элемент 29 задержки, первый 30, второй 31, третий 32 и четвертый 33 выходы,Устройство для контроля экспоненциальных процессов работает следующим образом,В исходном состоянии на выходе 30 40ключа 26 блока 3 управления действует сигнал логического нуля, которыйпоступает на тактовые входы генераторов 6 и 7 одиночных импульсов, блокируя их. Триггеры 8-10 находятся в 45нулевом состоянии в результате предшествующей работы устройства.В режиме контроля экспоненциальныхпроцессов (фиг.1) входы 21 и 22. эталонных напряжений подключают к источникам эталонных напряжений, задающих два уровня эталонного напряженияи Б, а на информационный вход 201устройства подается аналоговый сигнал Н , изменяющийся по экспонен8 ф-аПциальному закону Н= Н е, где Н,. -начальное значение входного напряжения, сс- показатель экспоненциальнойфункции, Т - время. Как только вход 7 2ное напряжение, действуюшее на инФормационный вход 20, достигает первого уровня эталонного напряжения Н срабатывает пороговый элемент 4, на выходе которого формируется сигнал логической единицы, запускающий генератор 6 одиночных импульсовНа тактовые входы генераторов 6 и 7 одиночных импульсов поступает последовательность импульсов через ключ 26 с выхода элемента 29 задержки блока 3 управления, который работает следующим образом, Генератор 23 импульсов (фиг.2) блока 3 управления Формирует последовательность тактовых сигналов частоты 1, которая поступает на входы синхронизации регистра 1 сдвига, элементов 18 и 19 задержки, а также на входы распределителя 24 импульсов. На и выходах распределителя 24 импульсов формируются и последовательностей сигналов частоты 1/и, сдвинутых друг относительно друга на время 1/Г. Выходы распределителя 24 импульсов, имеющие номера 4 х, где= 1,2, ,ш, подключены к входам элемента ИЛИ 28 блока 3 управления, на выходе которого формируется последовательность импульсов частоты Г/4, поступающая на один из входов элемента И 13, Последовательность импульсов на выходе элемента ИЛИ 28 блока 3 управления синхронизирует моменты считывания с выхода регистра 1 сдвига четвертых разрядов тетрад двоично-десятичного кодасодержащего и = 4 ш двоичных разрядов, где ш - количество десятичных разрядов на последнем п-м выходе распределителя 24 импульсов блока 3 управления формируется последовательность импульсов частоты Г/и, которая через элемент 29 задержки поступает на длительность тактового импульса и через ключ 26 в режиме контроля - на тактовые входы генераторов 6 и 7 одиночных импульсов.На коммутаторе 25 блока 3 управления устанавливают двоично-десятичный код 8421 с избытком 6 (согласно таблице), задающий величину коэффициента К, рассчитываемого по Формуле1 пЦ - 1 иН зК - Р (1)1 гЛ 3 - 1 иНгде 0 и Н - уровни эталонного напряжения на входах 21 и22 соответственно;Н - уровень напряжения3лредаварийной уставки.12820 Заданное значение двоично-десятичного кода коэффициента К устанавливается на коммутаторе 25 путем коммутации выходов распределителя 24 импульсов и входом элемента ИЛИ 27 в еди- . ничных разрядах задаваемого кода. После установки на коммутаторе 25 заданного значения коэффициента К на выходе элемента ИЛИ 27 формируется последовательный 4 ш-разрядный двоично О десятичный код, период повторения которого равен пИ или и = 4 ш тактов.Генератор 6 одиночных импульсов выделяет по сигналу запуска с выхода порогового элемента 4 одиночный им пульс из последовательности импульсов, действующей на его тактовом входе. Выходной импульс генератора 6 одиночных импульсов устанавливает триггеры 8 и 9 в единичные состояния. 20Триггер 9 находится в единичном состоянии и тактов и сбрасывается в нулевое состояние следующим импульсом из последовательности импульсов, поступающих с выхода элемента 29 задерж ки блока 3 управления через ключ 26. В единичном состоянии триггер 9 нулевым сигналом инверсного выхода блокирует элемент И 12, обеспечивая этим стирание двоично-десятичного кода, ЗО сдвигаемого с выхода регистра 1 сдвига под действием тактовых импульсов генератора 23 импульсов блока 3 управления, Триггер 8 в единичном состоянии открывает элемент И 11, под ключая к однсму из входов сумматоравыход элемента ИЛИ 27 блока 3 управления.Последовательный двоично-десятичный код коэффициента К поступает, на чиная с младшего разряда, с выхода элемента ИЛИ 27 блока 3 управления на вход сумматора 2, с выхода суммы которого через элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 15 и 16 и элементы 18 и 19 за-, 45 держки двоично-десятичный код коэффициента К поступает на информационный вход регистра 1 сдвига и записывается под действием тактовых импульсов генератора 23 импульсов блока 3 управ ления. Регистр 1 сдвига содержит,пдвоичных разряда и дополняется эле- ментами 18 и 19 задержки на такт до и = 4 ш двоичных разрядов. В случае отСутствия сигнала переноса из чет вертого разряда каждой тетрады двоично-десятичного кода коэффициента К, представленного кодом 8421 с избытком шесть, на выходе элемента ИЛИ-НЕ 87 414 формируется сигнал логической единицы, который открывает элемент И 13.Выходной импульс элемента ИЛИ 28 блока 3 управления, совпадающий по времени с моментом действия на выходесуммы сумматора 2 четвертого разрядамладшей тетрады двоично-десятичногокода "коэффициента К, поступает черезэлемент И 13 на один из входов элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 15, а также устанавливает триггер 10 в единичноесостояние к моменту считывания с выхода элемента 19 задержки второго разряда младшей тетрады. В это время на выходе элемента 18 задержки действует сигнал третьего разряда младшей тетрады двоично-десятичного кода коэффициента К.Поступление единичных сигналов на входы элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 15 и16 с выходов элемента И 13 и триггера10 соответственно обеспечивает преобразование двоично-десятичного кода коэффициента К из системы 8421 с избытком 6(шесть) в обычную систему 8421 путем вычитания из каждой тетрады кода 0110 (шесть).Вычитание в каждой тетраде кода 0110 (шесты) заменяется суммированием в каждой -етраде дополнительного кода 10 10 без учета переноса из младшей тетрады в старшую. Преобразование младшей тетрады двоично-десятичного кода коэффициента К, действующей на выходе суммы сумматора 2, выполняется следующим образом,1 Установка триггера 10 в единичное состояние к моменту действия на выходе элемента 19 задержки второго разряда младшей тетрады обеспечивает прибавление единицы во второй разряд младшей тетрады. Единичный сигнал на прямом выходе триггера 10 обеспечивает инвертирование кода младшей тетрады, начиная с второго разряда, до появления первого единичного сигнала на выходе элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 16, который записывается в регистр 1 сдвига и спустя время задержки элементом 17 задержки, равное длительности тактового импульса, возвращат триггер 10 в нулевое состояние. При нулевом состоянии триггера 10 остальные разряды кода, считаемые с выхода элемента 19 задержки, проходят элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 16 без изменения и записываются в регистр 1 сдвига.5 128208Так как перенос из младшей тетрады в старшую не учитывается в процессе преобразования двоично-десятичного кода из системы 8421 с избытком 6 в обычную систему 84216, то прибавление единицы в четвертом разряде младшей тетрады заменяется суммированием по модулю два с помощью элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 15, на один из входов которого поступает импульс 1 О с выхода элемента И 13.В результате код в младшей тетраде преобразуется из системы 8321 с избытком 6 в обычную систему 8421 и записывается в регистр 1 сдвига под 15 действием тактовых импульсов генератора 23 импульсов блока 3 управления. Например, если в младшей тетраде двоично-десятичного кода коэффициента К содержится код в системе 8421 с 20 избытком 6 (шесть) 1011, то в случае отсутствия сигнала переноса из четвертого разряда младшей тетрады этот код преобразуется в обычную систему кодирования 8421 следующим образом. 25 Элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 15 Формирует в четвертом разряде младшей тетрады нулевой сигнал, а эламент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 16 инвертирует код, начиная с второго разряда, до первого единич ного сигнала, который формируется на выходе элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 16 в третьем разряде. В результате вместо кода 1011 в регистр 1 сдвига записывается код.0101 (пять) в обычной системе 8421.Преобразование кодов из системы 8421 с избытком 6 в обычную систему 8421 в случае отсутствия сигнала переноса из четвертого разряда во всех 40 последующих тетрадах двоично-десятичного кода коэффициента К осуществляется последовательно во времени аналогично преобразованию в младшей тетраде. 45Спустя и = 4 ш тактов после установки триггера 8 в единичное состояние в регистре 1 сдвига содержится двоично-десятичный код коэффициента К в обычной системе 8421, который в 50 следующие и тактов сдвигается под действием тактовых импульсов генератора 23 импульсов блока 3 управления через элемент И 12 на один из входов сумматора 2, на другой вход которого )через элемент И 11 поступает с выхода элемента ИЛИ 27 блока 3 управления двоично-десятичный код коэффициента К в системе 8421 с избытком 6. 7 6В результате последовательного двоичного сложения сумматором 2 на выходе суммы его формируется новый двоично-десятичный код удвоенного значения коэффициента К в системе 8421 с избытком б, если из четвертого разряда тетрады сигнал переноса отсутствует, или в обычной системе 8421, если на выходе переноса сумматора 2 формируется сигнал переноса из четвертого разряда тетрады.В случае отсутствия сигнала переноса из четвертого разряда тетрады код этой тетрады преобразуется элементами ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 15 и 16 из системы 8421 с избытком 6 в обычную систему 8421, как описано.В случае формирования сигнала переноса из младшей тетрады в следующую тетраду код в младшей тетраде Формируется в обычной системе 8421, а сигнал переноса из четвертого разряда младшей тетрады, действующий на выходе переноса сумматора 2, формирует на выходе элемента ИЛИ-НЕ 14 сигнал логического нуля, блокирующий элемент И 13. Блокировка элемента И 13 обеспечивает сохранение триггером 10 нулевого состояния, В результате на выходах элемента И 13 и триггера 10 действуют нулевые сигналы, которые обеспечивают прохождение двоично-десятичного кода тетрады через элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 15 и 16 без изменения, т.е, в системе 8421. 1Таким образом, спустя 2 п тактов после установки триггера 8 в единичное состояние в регистре 1 сдвига содержится удвоенное значение коэффициента К в двоично-десятичном коде 8421.На последующих шагах вычислений (каждый шаг вычислений содержит и тактов) устройство работает аналогичным образом, а на -м шаге вычислений в регистре 1 сдвига формируется двоично-десятичный код в системе 8421 величиныК. Так продолжается до тех пор, пока не срабатывает пороговый элемент 5 при достижении входного напряжения на информационном входе 20 второго уровня эталонного напряжения Ь2В этом случае срабатывает пороговый элемент 5, на выходе которого Формируется сигнал логической единицы, запускающий генератор 7 одиночных импульсов, Одиночный импульс генера1282087 тора 7 одиночных импульсов устанавливает триггер 8 в нулевое состояние,при котором элемент И 11 блокируется,а на выходе элемента ИЛИ-НЕ 14 формируется сигнал логического нуля,блокирующий элемент 13. В результатетриггер 8 в единичном состоянии ин -дицирует факт нахождения контролируемого процесса между уровнями эталонного напряжения ц, и ц . В цепи циркуляции кодов регистра 1 сдвига через элемент И 12, сумматор 2, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 15, элементы18 и 19 задержки и элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 16 фиксируется динамическим 15способом двоично-десятичный код всистеме 8421 прогнозируемого временидостижения экспоненциальным процессом, действующим на информационномвходе 20, уровня предаварийной уставки ц (фиг,З). Каждый шаг вычислений устройство выполняет за время и , где= 1/Г,- тактовая частота генератора 23 25 импульсов блока 3 управления. Если между моментами времени срабатывания генераторов 6 и 7 одиночных импульсов устройство выполняет Р шагов вычислений, то интервал времени между 30 моментами прохождения уровней эталонных напряжений ц и ц составляет1 2. Р и Т или Р и/Г, где Й - тактовая частота, а в регистре 1 сдвига форми. - руется двоично-десятичный код числа Р К, где К определяется соотношением (1). Если тактовую частоту 1 генератора 23 импульсов блока 3 управления выбирают таким образом, чтобыи -9 4010 , где Ч - целое число, то число РК определяет интервал времени между моментом прохождения входного напряжения уровня ц и уровня Ц;рпредаварийной уставки. В этом мож но убедиться из следующих соотношений. В моменты времени с и сэ (фиг,З) входное напряжение, действующее на информационном входе 20, достигаетсоответственно уровней ц ,ц и цз . 501 ф 2- ц е ; (2)где с - с= Р и/г;Р - количество шагов вычислений; и = 4 ш - разрядность двоичнодесятичного кода результата;- тактовая частота.Таким образом, устройство для контроля экспоненциальных процессов формирует в момент прохождений уровня эталонного напряжения ц двоично-десятичный код прогноза времени достиения входным напряжением уровня цэ редаварийной уставки, что позволяет принять решение и своевременные меры воздействия на ход технологического процесса, изменяющегося по экспоненциальному закону, Кроме того, устройство позволяет контролировать ход экспоненциального процесса между двумя уровнями эталонного напряжения ц1 и ц, а также прогнозировать в десятичной форме время достижения экспоненциальным процессом уровня ц пред- аварийной уставки, что существенно расширяет функциональные возможности устройства,Формула изобретения 1. Устройство для контроля экспоненциальных процессов, содержащее регистр сдвига, сумматор, первый и второй триггеры, первый, второй и третий элементы И и блок управления, содержащий генератор импульсов, распределитель импульсов, коммутатор и первый и второй элементы ИЛИ, причем выход генератора импульсов соединен с входом синхронизации регистра сдвига и входом распределителя импульсов, выходы которого соединены через коммутатор с входами первого элемента ИЛИ, соединенного выходом с первым входом первого элемента И, второй вход которого подключен к прямому выходу первого триггера, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения его функциональных возможностей путем обеспечения прогнозирования времени достижения уровня предаварийной уставки, введены два пороговых элемента, два генератора одиночных импульсов, третий триггер, элемент ИЛИ-НЕ, два элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, три элемента задержки, а в блок уп10 87 Тетрада двоично-десятичного кода8421 с избытком 6 Десятичное число 0110 0111 1000 1001 1010 10111100 1101 1110 8 9 12820 равления введены ключ и четвертый элемент задержки, причем выход регистра сдвига соединен с первым входом второго элемента И, второй вход которого соединен с инверсным выходом второго триггера, выходы первого и второго элементов И соединены с соответствующими входами сумматора, выход суммы которого соединен с первым входом первого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ 10 ИЛИ, выходы первого и второго пороговых элементов соединены соответственно с входами запуска первого и второго генераторов одиночных импульсов, тактовые входы которых соединены с 15 К-входом второго триггера и с выходом ключа, управляющий вход которого соединен с общей шиной устройства, информационный вход через четвертый элемент задержки - с последним выхо дом распределителя импульсов, выход первого генератора одиночных импульсов соединен с Б-входами первого и второго триггеров, выход второго генератора одиночньж импульсов - с 25 К-входом первого триггера, инверсный выход которого соединен с первым входой элемента ИЛИ-НЕ, выход переноса сумматора соединен с вторым входом элемента ИЛИ-НЕ, выход которого сое- З 0 динен с первым входом третьего элемента И, выходы распределителя импульсов с номером 4 х (1 = 1,2ш) соединены с входами второго элемента ИЛИ, выход которого соединен с вторым входом третьего элемента И, выход которого соединен с Б-входом третьего триггера и вторым входомпервого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ,прямой выход третьего триггера соединен с первым входом второго элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход которогосоединен с информационным входом регистра сдвига и через первый элементзадержки - с К-входом третьего триггера, выход первого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ через последовательно соединенные второй и третий элементы задержки соединен с вторым входом второго элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, входысинхронизации второго и третьего элементов задержки соединены с выходомгенератора импульсов блока управления, первые входы первого и второгопороговых элементов являются информационным входом устройства, второйвход первого порогового элемента является входом первого эталонного напряжения устройства, второй вход второго порогового элемента являетсявходом второго эталонного напряженияустройства. 2, Устройство по п.1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что коммутатор содержит элементы коммутации, первые выводы размыкающих контактов которых соединены с общей шиной устройства, вторые выводы соединены с первыми выводами их замыкающих контактов и являются выходами, коммутатора, вторые выводы замыкающих контактов элементов коммутации являются входами коммутатора.1282087 10 ставитель Н.Главизнинахред В.Кадар . Корректор вая едактор И,Дерба Заказ 7265/4 д Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная Тираж 862 ВНИИПИ Государственног по делам изобретений 113035, Москва, Ж, Подпис комитета СС и открытий ушская наб.