Изобретение относится к измерительным устройствам и системам, в частности к измерению объемов сыпучих и жидких продуктов, и может быть использовано в пищевой, химической, угольной и других отраслях промышленности, где возникает необходимость измерения объемов продуктов, загружаемых в резервуары, бункеры, хранилища, силосы и т. п.
Известно устройство, в состав которого входят датчики уровня, подключенные параллельно к источнику электропитания и входам измерительной схемы, причем каждый датчик подключен к своему входу, или устройство, имеющее аналогичную структуру, измерительная схема которого построена на тиратронах. В известных устройствах датчики к измерительной схеме подключаются параллельно, что приводит к значительному возрастанию объемов кабельной сети для подключения датчиков, а следовательно, к снижению надежности системы и повышению стоимости ее эксплуатации.
Из известных устройств наиболее близким по технической сущности заявляемому (прототипом) является устройство, содержащее дискретные датчики и схему обработки сигнала. Прототипом обладает теми же недостатками, что и аналоги.
Цель изобретения - повышение надежности системы за счет сокращения объема кабельной сети для подключения датчиков к измерительной схеме.
Цель достигается тем, что в устройстве для дискретного измерения уровня, содержащем последовательно расположенные датчики и схему обработки сигнала, эта схема выполнена в виде блока передачи-приема и последовательно соединенных блока сопряжения с ЭВМ и пульта управления, выход которого соединен с управляющим входом блока передачи-приема, информационный и управляющий выходы которого подключены соответственно к второму входу пульта управления и входу блока сопряжения с ЭВМ, при этом каждый датчик, начиная с второго, соединен с предыдущим и последующим, а входы первого и выходы последнего датчиков подключены соответственно к выходам и входам блока передачи-приема.
Каждый датчик устройства выполнен в виде чувствительного элемента, фильтра, выпрямителя, блока управления и выходного устройства, к первому и второму входам которого подключены соответственно первый и второй выходы выпрямителя, соединенные также с первым и вторым входами фильтра, первый и второй выходы которого подключены соответственно к первым и вторым входам блока управления и чувствительного элемента, выход которого соединен с пятым входом блока управления, выходы которого подключены к управляющим входам выходного устройства, при этом четвертый и третий входы блока управления объединены соответственно с первым и вторым входами выпрямителя и являются входами датчика, выходами которого являются выходы выходного устройства.
Блок управления датчика выполнен в виде первого и второго счетчиков, первого и второго сумматора по модулю два, схемы ИЛИ и схемы И, RS-триггера, шифратора, инвертора и IK-триггера, I- и К-входы которого подключены к выходам соответственно первого и второго формирователей импульсов, соединенных также с первым и вторым входами схемы ИЛИ, выход которого подключен к синхровходам IK-триггера и второго счетчика, информационный вход которого соединен с прямым выходом IK-триггера, инверсный выход которого подключен к первым входам второго и первого сумматоров по модулю два, выходы которых соединены соответственно с входом инвертора и вторым входом схемы И, выход которой подключен к входу сброса RS-триггера, выход которого соединен с первым входом схемы И и входом сброса первого счетчика, синхровход которого соединен с вторым входом первого сумматора по модулю два и подключен к выходу второго счетчика, установочный вход которого объединен с установочным входом RS-триггера и соединен с выходом переполнения первого счетчика, выходы разрядов которого подключены к соответствующим информационным входам шифратора, выход которого соединен с вторым второго сумматора по модулю два, выход которого и выход инвертора являются выходами блока управления, при этом входы формирователей импульсов являются входами блока управления, а вход разрешения шифратора подключен к чувствительному элементу датчика.
Блок передачи и приема устройства выполнен в виде генератора, выпрямителя, выходного устройства, первого и второго формирователей импульсов, инвертора, первый и второй схем И, первого и второго счетчиков, первого и второго RS-триггеров, первого резистора, группы вторых резисторов, дешифратора, первого и второго сумматоров по модулю два и группы DV-триггеров, информационные и установочные входы которых подключены соответственно к выходу второго сумматора по модулю два и соответствующим выходам дешифратора, входы которого соединены с информационными выходами второго счетчика, вход которого подключен к выходу втоpой схемы И, первый вход которой соединен с выходом второго RS-триггера, вход сброса которого подключен к выходу переполнения второго счетчика, подключенному также к входу сброса первого триггера, установочный вход которого соединен с выходом переполнения первого триггера, установочный вход которого соединен с выходом переполнения первого счетчика, к входу которого подключен выход первой схемы И, первый вход которой соединен с инверсным выходом первого RS-триггера, прямой выход которого подключен к третьему входу второй схемы И, второй вход которой и второй вход первой схемы И соединены с выходом первого формирователя импульсов, вход которого объединен с вторым входом выпрямителя и подключен к второму выходу генератора, первый выход которого соединен с первым входом выпрямителя, выходы которого подключены к соответствующим входам выходного устройства, первый и второй управляющие входы которого соединены непосредственно и через инвертор с выходом первого сумматора по модулю два, второй и первый входы которого подключены соответственно к первому выходу шифратора и выходу первого формирователя импульсов, соединенному также с первым входом второго сумматора по модулю два, второй вход которого подключен к выходу второго формирователя импульсов, вход которого соединен с первым выводом первого резистора и является первым входом блока передачи-приема, второй вход которого подключен через второй вывод первого резистора к общей шине, при этом управляющими входами блока передачи-приема являются инверсный выход первого RS-триггера и выходы DV-триггеров, которые также подключены к соответствующим резисторам второй группы и являются информационными выходами блока приема-передачи, а выходы выходного устройства подключены к входам первого датчика.
На фиг. 1 приведена структура устройства; на фиг. 2 - структура датчика; на фиг; . 3 - функциональная схема блока управления датчика; на фиг. 4 - функциональная схема блока передачи-приема.
В устройство для дискретного измерения уровня входят бункер 1, заполняемый продуктом 2, подающий рукав 3 с задвижкой 4 и приводом 5, опорожняющий рукав 6 с задвижкой 7 и приводом 8, блок 9 передачи-приема, пульт 10 управления, соединительные линии 11.1-11. N+1, датчики 12.1 - 12. N, блок 13 связи с ЭВМ, интерфейс 14, ЭВМ (электронная вычислителная машина) 15.
В состав датчика 12.1-12. N приведенного на фиг. 2, входят выпрямитель 16, фильтр 17, блок 18 управления датчика, выходное устройство 19, чувствительный элемент 20.
В состав блока 18 управления датчика, приведенного на фиг. 3, входят формирователи 21 и 22 импульсов, RS-триггер 23, сумматор по модулю два 24, схема И 25, RS-триггер 26, счетчик 27, схема ИЛИ 28, счетчик 29 на два состояния с параллельной записью, дешифратор 30, сумматор по модулю два 31, инвертор 32, датчик 20 имеет переключаемые контакты 33.
Блок 9 передачи-приема, приведенный на фиг. 4, состоит из резистора 34, генератора 35, выпрямителя 36, выходного устройства 37, формирователя 38 импульсов, сумматора по модулю два 39, инвертора 40, дешифратора 41, элементов И 42, 43, счетчиков 44,45, RS-триггеров 46,47, DV-триггеров 48, сумматора по модулю два 49, резисторов 50, формирователя 51 импульсов.
В исходном состоянии системы RS-триггер 46 блока 9 передачи-приема находится в состоянии логического "1", RS-триггер 47 блока 9 находится в состоянии логического "0", на выходе OUT выходного устройства 37 блока 9 передачи-приема генерируется знакопеременное синусоидальное или импульсное напряжение, на вход IN блока 9 передачи-приема этот сигнал поступает без изменения фазы.
Устройство работает следующим образом.
Через подающий рукав 3 при открытой задвижке 4, приводимой в движение приводом 5, в бункер 1 поступает жидкий или сыпучий продукт, а через опорожняющий рукав 6 при открытой задвижке 7, приводимой в движение приводом 8, бункер 1 опорожняется. При этом в бункере 1 поддерживается некоторый уровень продукта 2, который необходимо измерить. Под воздействием веса сыпучего продукта 2 на чувствительный элемент 20 датчика 12 срабатывают контакты 33, переключающие сигнал на выходе чувствительного элемента в состояние логической "1".
Запуск опроса датчиков может быть произведен вручную или от ЭВМ формированием на выходе ON пульта 10 управления логической "1". При управлении от ЭВМ логическая "1" формируется на выходе ON при подаче единицы на вход ONC пульта 10 управления с выхода блока 13 связи с ЭВМ.
При подаче единицы на S-вход триггера 47 он переключается в состояние логической "1", при этом импульсы с генератора 35 через формирователь 38 импульсов и элемент И 43 поступают на вход счетчика 4, который с поступлением каждого импульса меняет свое состояние, начиная с исходного 00. . . 0. Состояние 00. . . 01 счетчика 45 дешифрируется на выходе r дешифратора 47, в результате чего фазы сигналов е и f на выходах сумматора по модулю два 39 и инвертора 40 меняются на противоположные. Вследствие этого в течение одного периода работы генератора 35 фаза напряжения OVT, вырабатываемого на выходе OVT блока 9 передачи-приема и подаваемого на линию 11.1, меняется на 180о. В течение остальных периодов работы счетчика 45 на выходах дешифратора 41, кроме выхода r, формируются импульсы. Соответствующие состоянию счетчика 45. Эти импульсы записывают данные отдельно в каждый из DV-триггеров 48, которые фиксируют состояния датчиков.
Импульсом переполнения q счетчика 45 триггеры 46 и 47 переключаются в нулевое состояние, в результате чего начинает считать счетчик 44, на счетный вход которого импульсы с выхода формирователя 38 импульсов поступают через элемент И 42. Во время работы счетчика 50 счетчик 51 остается в состоянии логического "0", в результате чего не производится инвертирования фазы сигнала OUT, смены состояний DV-триггеров 48, т. е. реализуется пауза фиксирования длительности для повышения надежности работы схемы. Импульс переполнения счетчика 44, поданный на вход 9 триггера 46, переводит схему передачи-приема в исходное состояние.
Выходное напряжение OUT с блока 9 передачи-приема (с выхода датчика 12. i) поступает на вход IN датчика 12.1 (датчика 12. i+1). В датчике 12 это напряжение выпрямляется выпрямителем 16, сглаживается фильтром 17 им подается на цепи питания логических элементов блока 18 управления.
Входные сигналы а и b поступают на входы формирователей 21 и 22 импульсов, а с их выходов - на I- и K-входы IK-триггера 23, причем стробируются фронтами коротких импульсов с выхода схемы ИЛИ 28. В результате этого на выходе IK-триггера 23 формируется логический сигнал, повторяющий фазу входного, но выровненный относительно синхроимпульса с выхода элемента ИЛИ 28. Сигнал с выхода счетчика 29 сохраняет исходную фазу сигнала IN, характерную для периода отсутствия опроса датчиков. При совпадении сигнала с инверсного выхода триггера 23 с сигналом с прямого выхода счетчика 29 на выходе сумматора по модулю два 24 формируется сигнал, который через схему И 25 переводит триггер 26 в состояние логического "0". Это состояние блокирует дальнейшее прохождение сигналов с выхода сумматора по модулю два 24 на вход R-триггера 26. Одновременно снимается блокировка с установочного входа R-счетчика 27, который считает количество полных периодов исходного сигнала IN. В период с определенным номером, начиная от первой смены фаз сигнала IN на входе датчика 12, на выходе дешифратора 30, входы которого подключены к выходам разрядов счетчика 27, при условии, что датчик 20 сработал, и на входе СS разрешения срабатывания дешифратора 30 сформирован сигнал логической "1", в течение периода формируется единичный сигнал, в результате чего фаза сигналов U и U на выходе сумматора по модулю два 31 и инвертора 32 меняется на 180о, в результате чего меняется фаза выходного напряжения OUT на выходе датчика.
По окончании работы счетчика 57 на его выходе р формируется импульс, переключающий триггер 26 в состояние логической "1" что, в свою очередь, блокирует счет в счетчике 27 и деблокирует перевод триггера 26 в состояние логической "1" от смены фаз входного сигнала. Одновременно импульс р, поданный на вход V счетчика 29, записывает в него состояние линии, что необходимо для правильной фазировки блока управления датчика.
Сигнал с последнего датчика 12. N в виде фазомодулированного напряжения по линии 11. N+1 подается на вход IN блока 9 передачи-приема, где из переменного, промодулированного по фазе напряжения, формирователем 51 формируется последовательность импульсов. Эта последовательность сравнивается в сумматоре по модулю два 49 с исходной и результат поступает на информационные входы DV-триггеров 48.1-48. N, управляющие V-входы которых поочередно поступают записывающие импульсы с дешифратора 41. В каждый из DV-триггеров 48.1-48. N записывается информация в строго определенный период, начиная от стартового периода, сформированного по сигналу ON. По окончании цикла работы устройства состояния ОV-триггеров эквиваленты состоянию чувствительных элементов 20 датчиков 12.1-12. N.
Выходы DV-триггеров 48.1-48. N могут через резисторы 50.1-50. N подключаться к светодиодным индикаторам через шину пульта 10 управления, где они могут визуально наблюдаться оператором. Одновременно через шину DC выходы DV-триггеров подключаются к входу блока 13 сопряжения с ЭВМ, с помощью которого через интерфейс 14 информация может быть введена в ЭВМ. Блок 13 сопряжения с ЭВМ реализует функцию передачи данных, выставленных на шине DC, по стандартному интерфейсу ИРПР (интерфейс радиальный, параллельный, ОСТ 25778-82).
Установка всех блоков 18 датчиков 12.1-12. N в исходное состояние производится автоматически, если после включения устройства не выдавать сигнала запроса в течение времени 2 τ, где τ - время полного цикла счетчика 27. При этом фазы переключения счетчиков 29 датчиков 12.1-12. N устанавливаются в необходимое состояние, начиная со счетчика 12.1 и кончая счетчиком 12. N последовательно, одна за другой.
Вследствие того, что информация в устройстве передается по силовой питающей сети изменения фаз питающего напряжение, устройство имеет повышенную помехозащищенность, так как амплитуда питающего напряжения может быть достаточно высокой. Кроме того, рассмотренное подключение датчиков позволяет экономить кабельную сеть при монтаже устройства за счет исключения сигнального кабеля. Устройство позволяет опрашивать произвольное количество датчиков, что важно при измерении уровня сыпучих продуктов, где рельеф границы раздела двух сред может быть произвольным. Увеличение количества датчиков не приводит к значительному удорожанию кабельной сети за счет того, что каждый новый датчик вставляется в разрыв существующих кабелей. (56) Авторское свидетельство СССР N 1553838, кл. G 01 F 23/00, 1987.
Сущность изобретения: устройство содержит блок передачи-приема, пульт управления, N датчиков 12.1 - 12. N, блок сопряжения с ЭВМ. Каждый датчик содержит выпрямитель, фильтр, блок управления, выходное устройство, чувствительный элемент. Блок управления датчика содержит два формирователя импульсов, JK-триггер, два сумматора по модулю два, схему И, RS-триггер, два счетчика, схему ИЛИ, шифратор, инвертор. 3 з. п. ф-лы, 4 ил.
