Устройство для выявления и классификации аварийных ситуаций

(71) Заявител Криворожский ордена Трудового горнорудный институт и ПО "У 54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЬИВЛЕНИЯ АВАРИЙНЫХ СИТУАЦСИФИКАЦИИ 5 Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, а именно к системам оценки текущего состояния, выявления и сигнализации возникновения аномальных и аварийных ситуаций в сложных технических системах, например, технологических процессов обогащения руд, и может быть использовано для выявления, сигнализации и прогнозирования ава- рийных ситуаций и аварий в объектах обогатительной технологии, химической и теплоэнергетической и других отраслях промышленности, где возникновение аварийных ситуаций и развитие их в аварии сопровождается значительными потерями произ- водства.Известно устройство для выявления аварийных ситуаций, содержащее блок контроля, выход которого соединен с входом экстраполятора, ре-. гистратор, блок памяти, блок выделения аварийного параметра, блок распознавания аварийного состояния, коммутатор и блок управления, причем к выходам экстраполятора подсоединены информационные входы блока памяти, выходы которого соединены с соответствующими входами коммутатора, выходы которого подсоединены через блок распознавания аварийного состояния к первому входу регистратора и входам блока вы- деления аварийного параметра, первый выход которого подсоединен к регистратору, а второй выход - к первому управляющему входу блока памяти, второй управляющий вход которого соединен с первым выходом блока управления, второй выход кото рого подключен к управляющему входу коммутатора 1 .Недостатками устройства являются низкое быстродействие и надежность выявления аварийных ситуаций, обусловленные его схемной реализацией и неучетом динамики изменения контролируемых параметров, отсутствие возможности прогнозирования момента наступления аварийной ситуации, а вследствие этого ограниченная область применения и невозможность эффективного использования для ряда специфических производств, например в обогатительной, химической, металлургической отраслях про-: мышленности.Наиболее близким техническим решением к изобретению является устрой 991464ство для выявления аварийных ситуаций, содержащее датчик контролируемОго параметра, три блока памяти,блок синхронизации, два блока срав. нения, два ключевых элемента, блоК измерения скорости измерения параметра и блок прогнозирования.Сигнал от датчика контролируемогопараметра поступает на арифметический блок и на блок измерения скорости изменения параметра, а с них на два блока сравнения, в которых происходит сравнение измеренных величин с заданными значениями, поступающими от первого и второго блоков памяти. В случае значимых отличий заданных и измеренных величин сигналы с первых выходов блока сравнения поступают на перный и второй ключевые элементы, которые соответственно подключают к блоку прогнозирования второй и третий блоки памяти, К другим входам блока прогно. зирования подключены выходы арифметического блока и блока измеренияскорости изменения параметра., В результате работы данного устройства к оператору и н схему индикации непрерывно поступают сигналы обобщенной характеристики качества функциониронания контролируемого объекта и текущий и упреждающий моментывремени, Порядок включения и работувсех блоков устройства определяет блок синхронизации по сигналам от системы управления или от оператора Г 2 )Однако данное устройство не может быть использовано для выявления и осуществления дифференциальной диагностики анарийных ситуаций в сложных технических системах, характеризующихся множеством контролируемых параметров со сложными .причинноследственными связями, большими транспортными запаздываниями, наличием неконтролируемых возмущений.Целью изобретения является расширение области применения устройства, т.е. обеспечение возможностей распознавания ситуаций, в том числе и аварийных, и повышение качества и надежности диагностики аварийных ситуаций, аварий и отказов в сложных технических системах.Поставленная цель достигается тем, что в устройство для выявления и классификации аварийных ситуаций, содержащее блок синхронизации, соединенный с датчиком и первым, вторым и третьим блоками памяти, выход первого блока памяти соединен с одним входом первого блока сравнения, ,первый выход которого соединен с одним входом первого ключевого элемента, к второму входу которого подсоединен выход второго блока памяти, выход датчика соединен с входа-ми блока дифференцирования величиныпараметра и первого арифметическогоблока, выход которого соединен сдругим входом второго блока сравне ния и первым входом блока формирования сигналов предупреждения, второй выход первого блока сравненияи выход третьего блока памяти соедийены соответственно с первым и вторым входами второго ключевого элемента, введены второй арифметический блок, третий, четвертый и пятыйблоки сравнения, третий ключевойэлемент, первый и второй инверторы,первый, второй и третий элементы И,блок определения модуля скорости изменения параметра, блок определениязнака скорости изменения параметра,вычислительный блок, элемент ИЛИ,и блок сигнализации, выходы первого,второго и третьего блоков памятисоединены с соответствующими входамивычислительного блока, выходы которого соединены с первыми входамитретьего и четвертого блоков сравнения, выход блока дифференцирования величины параметра соединен через арифметический блок с нторымвходом блока формирования сигналовпредупреждения, входом блока опре- ЗО,деления знака скорости измененияпараметра и вхоцом блока определе.ния модуля скорости изменения параметра, выход которого соединен свторыми входами третьего и четвер того блоков сравнения, первый выходпервого блока сравнения соединен сперными входами первого элемента Ии блока сигнализации, а второй выход - с первым входом второго эле 4 р мента И и вторым входом блока сигнализации, первый выход блока определения знака скорости измененияпараметра соединен с вторым входомпервого элемента И, а второй выход с вторым входом второго элемента И,выход третьего блока сравнения сое. динен с, третьими входами первогои второго элементов И, выходы которых соединены с первым и вторым нхондами элемента ИЛИ, выход четвертого блока сравнения соединен с третьим входом элемента ИЛИ, выход которого соединен с третьим входомблока сигнализации, выход первогоарифметического блока соединен с 55 первым входом пятого блока сравнения, выходы первого и второго ключевых элементов соединены с первымии вторыми входами третьего ключевого элемента и вторыми входами вто рого и пятого блоков сравнения соответственно, выходы которых соединены с четвертыми и пятыми входамиэлемента ИЛИ и блока сигнализации,а через первый и второй иннерторы с 65 церным и вторым входами третьегоэлемента И, выход которого соединенс третьим входом третьего ключевогоэлемента, выход которого соединенс третьим входом блока формированиясигналов. предупреждения, выход блока синхронизации соединен с шестымвходом блока сигнализации.На фиг. 1 приведена структурнаясхема устройства для выявления иклассификации аварийных ситуаций;на фиг. 2 - структурная схема вычислительного блока; на Фиг, 3 - структурная схема блока формирования сигналов предупреждения.Устройство для выявления и классификации аварийных ситуаций содержит датчик контролируемого параметра 1, блок дифференцированйя велйчи-,.ны параметра 2, арифметические блоки 3 и 4, блоки сравнения 5-9, бло ки памяти 10-12, вычислительныйблок 13, блок синхронизации 14,ключевые элементы 15-17, инверторы18 и 19, элементы И 20-22, блокформирования сигналов предупрежде-.ния 23, блок определения модуляскорости 24, блок определения знака скорости 25, элемент ИЛИ 26,блок сигнализации 27.В блок памяти 10 по входу 28 вводится от системы управления заданное значение контролируемого параметра ХЗд ,В блок памяти 11 по входу 29вводится максимально-допустимое значение контролируемого параметра) факсдол В блок памяти 12 по входу 30вводится минимально допустимое значение контролируемого параметра )Величины, вводимые по входам 28-30, не являются постоянными, а зависят от технического и технологического состояния сложного диагностируемого объекта, каким является, например, замкнутый цикл измельчения классификации руды на обогатительных фабриках, для которого, на-.пример, заданное значение заполнения мельницы исходной рудой и песками классификатора и допустимые значения(максимальное и минимальное) заполнения и скорости его изменения зависят от принятых условий измельчения и классификации, от типа перерабатываемой руды и состояния футеровочной брони мельницы и ее шаровой загрузки.Арифметические блоки 3 и 4 служат для фильтрации помех и определения текущего взвешенного среднего значения сигнала от датчика контролируемого параметра и сигнала его производной.Блок 23 служит для прогнозирова ния момента значительного превыше ния или уменьшения значения контролируемого параметра над заданнымзначением параметра и определяет,через сколько времени возникает аварнйная ситуация (превышение значения контролируемого параметра надверхним или нижним допустимым значением). По входу 31 на блок 23 поступает сигнал коррекции прогнозаот оператора или системы управления,Блок 23 Формирования сигналовпредупреждения, показанный на фиг.2, содержит блок вычитания 32, блокопределения модуля сигнала 33 иблок деления 34,Один из вариантов вычислительного блока 13 показан на фиг. 3 и содержит блок вычитания 35, блоки деления 36 и 37 и два эадатчика опорных сигналов 38 и 39,Если обозначить значение контро-.лируемого параметра в момент времени с через Х , а в момент временис через Х 2, то считая, что в интервале контроля дй = 1 - С скорость изменения параметра Х остается постоянной, можно записать 5 1 О 15 20 25 Хр = Х + Ха 1 (1) является признаком аварийной ситуации независимо от величины и знака дХ,60 максВ случаях, когда ХХилиминХ( Х зад, решение о наличии аварийной ситуации необходимо принимать из анализа как действительной вели 65 Аварийной ситуацией будем назы вать отклонение контролируемогопараметра Х от его допустимого значения. Признаками аварийной ситуации в системе автоматической стабилизации являются превышение Х над 35 Х,оп, т.е. Х Х ,", или ХХ.В этом случае решение однозначно -аварийная ситуация есть. В случаеже, когда Х вышел за пределы норовы,т.Е. Х ) ХЗ ИЛИ Х (ХЗа, таКОй 40 однозначности уже нет. это вызванотем, что в соответствии с выражением (1 ) в зависимости от динамических свойств объекта регулированиязначение контролируемого параметра 45 в момент времени 1 может занятьразличное положение. Из анализатраекторий переходов видно, что вслучае когда скорость изменения параметра Х по модулю /Х / значитель. но превышает максимально допустимуюскорость изменения при регулировании, т,е, /Хl ) Х"с независимоот знака этой скорости и знака раэХзд Х в системеникла авариййая ситуация, а следома кСвательно признак 1 Х 1Х д и такжечины скорости измерения параметра Х, так и ее знака.Данная логика определения наличия аварийной ситуации заложена в ,структуру и работу устройства.Вход 40 устройства соединен с входом блока синхронизации 14. Выход элемента ИЛИ 26 соединен с выходом 41 устройства.Устройство работает следующим образом.Сигнал, соответствующий величине контролируемого параметра, поступает от датчика 1 на входы арифметического блока 3 и вход блока 2 и далее на вход арифметического блока 4. В блоках 3 производится фильтрация по- мех и усреднение сигнала, а с выхода блока 3 нормированное значение сигнала поступает в блок сравнения 5, куда от блока памяти 10 поступает величина заданного значения параметра.Если Х"с хХ , то наДопвыходах блоков б и 7 формируютсясигналы логического "Оф, а соответственно на выходах ннверторов 18 и 5 19 и элемента И 20 - логической "1 ф.Сигнал логической "1" с выхода. блока 20 включает ключевой элемент 17,разрешая прохождение на блок 23 сигналов от блоков памяти 11 и 12 через 10 соответствующие ключевые элементы15 и 16.На блок 23 также поступают сигналы от арифметических блоков 3 и 4.В блоке 23 осуществляется прог ноз времени наступления аварийнойситуации по выражениюБлок сравнения 5 двухканальныйКаждый канал состоит из схемы вычитания и порогового элемента, причеМ на выходах пороговых элементов появляется сигнал тогда, когда разность сигналов, определяемых в схемах вычитания, больше нуля. На первом выходе блока 5 сигнал появляется, если Х ) Х,д, а на втором выходе - еслй Х а,)Х30 Сигналы с первого и второго выходов блока 5 открывают ключевыеэлементы 15 и 16, соответственно,которые пропускают на блоки сравнения б и 7 сигналы максимально допустимого значения параметра Х акДопот блока памяти 11 и минимально доминпустимое значение параметра Хорот блока памяти 12.В блоке сравнения б происходитвычисление значения разности ХмаксХОр Если данная величина большемакснуля, т. е. Х т Х дор, на выходеблока 6 появляется величина логической "1",В блоке сравнения 7 происходитвычисление разности Хм - Х . Есдопли величина данной разности большенуля, т.е. Х "Х, то на выходеблока 7 формируется величина логической п 1".Сигналы логической "1" с выходовблоков б и 7 поступают на элементИЛИ 26 и в блок сигнализации 27, .где осуществляется индикация наличияаварийной ситуации и ее признака.Сигналы с блоков сравнения 6 и 7через инверторы 18 и 19 поступаютна логический элемент И 20макс минмакс (азор Х ДОп (ДОП 55 макс минОр доп ( максбОор ,- - Х ,(4)где дС - интервал контроля.Максимально допустимая скоростьмаксизменения параметра Хд - это ско.65 рость, при которой значение величи 20где с =С; - С 1 - время до наступления аварийной ситуацииС 1 время контроля 25 время наступленияаварийной ситуации,Х- допусковое значение контролируемогопараметра (максимальное допустимыезначения);Х - текущее значениеконтролируемого параметра в моментвремени С;Х 1 - текущее значениескорости измененияпараметра в моментвремени С,/ / - знак модуля разности сигналов.Блок 23 состоит из простейшихэлементов, выполняющих операции вычитания, деления и определения модуля по выражению (2 ).45 одновременно с этим сигналы сблоков памяти 10-12 поступают в вычислительный блок 13, где осуществляется вычисление значения максимально допустимой скорости изменения 50 параметра ХАОр и допустимой скорости изменения йараметра Хпо вы- ражениямны контролируемого параметра Х; изменяется от Х О до Х о эа периИРР . мйкс од контроля дй, а допустимая скоРоСть изменениЯ паРаметРа Хдооэто скорость, при которой значениемакс Х может изменится до Хили МРНХор от Хлад.Если величины Д+ и Д не равны, гдед Х 4 оп ХэадмаксминД = Хлад - Хдоп 1 Ь) то Х о определяется как отношение минимальной из величин Дф или Д к величине периода контроля Д 1ш 1 О(Д+, д-)одоп = Техническая реализация блока 13также проста и его блок-схема содержит блоки вычитания и деления, реализующие выражения 3) и (4) , или3)-(7) .Вычисленные значения Хои Хопоступают с выходов блока 13 на входы блоков сравнения 8 и 9, где происходит сравнение данных величин смодулем скорости /Х/ изменения параметра Х.Если /Х/ Я Хдоото с выхода. блока сравнения 8 сигналпоступает на .-лемент ИЛИ 26 от сигнализации наличия аварийной ситуации в блоке сигнализации 27.Одновременно с этим в блоке 25определяется знак величины скоростиизменения параметра.Еслил 1 э ХдооХХлад иХ О, то на вход элемента И 26 поступают сигналы логической Р 1 ф из. блока 9- второго выхода блока. 5 ивторого выхода блока 25, а с выходаэлемента И 22 поступает сигнал наличия аварийной ситуации на блоки26 и 27.Также если Х .) Хзо 1 ХХдооХ О, то сигналы логических "1" поступают на элемент И 21 с первоговыхода блока 5, выхода блока 9 ипервого выхода блока 25 .и с негологическая ф 1" поступает на блоки26 и 27.Следовательно, признаками аварийной ситуации будутХ 7 ХоО - ситуация Я ,макс, МРНХЛ- ситуация Я,1 Х 1 ъ)Хд О - ситуация ЯХХЗ,Х О, 1 Х о- ситуация Я 45ХХ 3 ад, ХО,х 1 ) Хоп- ситУащя Я 5991464В случае наличия одной иэ ситуаций Я 1 из множества ЯС. Я 2. Я 3 1 Я 41Я 5 устройство сигнализирует о наличии аварийной ситуации. В блоке 27отображаются также факт выхода за 5 пределы допуска и за пределы заданных значений. величины контролируемого параметра.Управление работой блоков устройства осуществляется от блока, 10 синхронизации 14 по входу 40.По выходу 41 кодовые комбинациифО" и ф 1 к поступают в классификатор .системы управления сложным объектомдиагностики, где производится оцен ка текущей ситуации по множествуконтролируемых параметров и их признаков с помощью алгоритмов логического распознавания образовТакая структура построения уот ройства обеспечивает расширениефункциональных возможностей и информативности, повышение надежности икачества выявления аварийных ситуаций, устранение ложных срабатываний 25 устройства за счет учета динамических признаков контролируемых дараметров.Применение предложенного устройства на обогатительной, фабрике РУ З 0 им. дзержинского позволит увеличитьвремя безаварийной работы оборудования на 5-10, увеличить производительность на 0,5, снизить потери полезного компонента в хвостахмагнитной сепарации на 0,2, повысить выход железа в концентрат на0,22.Экономический эффект от совместного применения предложенного устройства с системой диагностики сос тояния технологического оборудования составит 57 тыс. руб. в год. формула изобретения 45Устройство для выявления и классификации аварийных ситуаций, содержащее блок синхронизации, соединенный с датчиком и первым,.вторыми третьим блоками памяти, выход первого блока памяти Соединен с однимвходом первого блока сравнения,первый выход которого соединен содним входом первого ключевого элемента, к второму входу которого под.55 соединен выход второго блока памяти,выход датчика соединен с входамиблока дифференцирования и первогоарифметического блока, выход которого соединен с другим входом вто рого блока сравнения и первым входом блока формирования сигналов предупреждения, второй выход первогоблока сравнения и выход третьегоблока памяти соединены соответствен", 65 но с первым и вторым входами второ 991464 12го ключевого элемента, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения области применения устройства, повышения качества и надежности диагностики аварийных и аномальных ситуаций, в него введены второй арифметический блок, третий и четвертый и пятый блоки сравнения, третий ключевой элемент, первый и второй инверторы, первый, второй и третий элементы И, блок определения модуля скорости изменения параметра, блок определения знака скорости изменения параметра, вычислительный блок, элемент ИЛИ и блок сигнализации, выходы первого, второго и третьего блоков памяти соединены с соответствующими входами вычислительного блока, выходы которого соединены с первыми входами третьего и четвертого блоков сравнения, выход блока дифференцирования величины параметра соединен через арифметический блок с вторым входом блока фор.мирования сигналов предупреждения, входом блока определения знака скорости изменения параметра и входом блока определения модуля скорости изменения параметра, выход которого . ооединен с вторыми входами третьего и четвертого блоков сравнения, первый выход первого блока сравнения соединен с первыми входами первого элемента И и блока сигнализации, а второй выход - с первым входом второго элемента И и вторым входом блока сигнализации, первый выход блока определения знака скорости изменения параметра соединен с вторым входом первого элемента И, авторой выход - с вторым. входом второго элемента И, выход третьегоблока сравнения соединен с третьимивходами первого и второго элемен тов и, выходы которых соединены спервым и вторым входами элементаИЛИ, выход четвертого блока сравнения соединен с третьим входом элемента ИЛИ, выход которого соединен 30 с третьим входом блока сигнализации,выход первого арифметического блока соединен с первым входом пятогоблока сравнения, выходы первого ивторого ключевых элементов соедине ны с первыми и вторым входами третьего ключевого элемента и вторымивходами второго и пятого блоков сравнения соответственно, выходы которых соединены с четвертыми и пятыми 20 входами элемента ИЛИ и блока сигнализации, а через первый и второйинверторы с первым и вторым входами третьего элемента И, выход которого соединен с третьим входом тре тьего ключевого элемента, выход которого соединен с третьим входомблока формирования сигналов предупреждения, выход блока синхронизациисоединен с шестым входом блока сиг О нализации.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРР 734726, кл. 6 06 Р 15/46, 1977.,.2. Авторское свидетельство СССРР 773663, кл. С 08 В 21/00, 1979прототип