УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ И КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ Российский патент 1995 года по МПК G05B23/02 

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано в системах автоматического управления, в частности, в системах управления и контроля авиационных, судовых и других двигателей при их испытаниях и эксплуатации.

Известно устройство для контроля параметров, содержащее датчик контролируемого параметра и источник эталонного напряжения, подключенные к информационным входам первого коммутатора, выход которого через преобразователь подключен к первому входу блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом второго коммутатора, к информационным входам которого подключены источники рабочего и контрольного опорных напряжений, индикаторы предельного отклонения параметров и блокировки управления, логический блок, исполнительный орган и коммутирующий блок (авт.св. СССР N 245454, кл. G 06 F 15/46, 04.06.62).

Недостатками этого устройства являются сложность схемного решения и малая помехоустойчивость (возможность ложного срабатывания исполнительного органа при проведении контроля).

Известно также устройство для контроля параметров, содержащее источник эталонного напряжения, датчик контролируемого параметра, соединенный выходом с первым входом первого коммутатора, соединенного вторым входом с выходом первого элемента И, соединенного первым входом с выходом коммутирующего блока, вторым входом через элемент задержки с выходом коммутирующего блока, непосредственно с входом индикатора, выходом с первым входом второго коммутатора, соединенного вторым и третьим входами с выходами соответственно источников рабочего и опорного контрольных напряжений, выходом с первым входом блока сравнения, соединенного вторым входом через преобразователь с выходом первого коммутатора, выходом с входом индикатора предельных отклонений параметра и с первым входом элемента запрета, соединенного выходом через логический блок с входом исполнительного органа (авт. св. СССР N 643844, кл. G 05 B 23/02, 1979).

Это устройство не обеспечивает достаточной достоверности результатов контроля, об исправности устройства при самоконтроле оператор судит по показаниям индикатора предельных отклонений, о точности контролирующего тракта - по результатам измерения с помощью показывающего прибора.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для контроля параметров, содержащее источник эталонного напряжения, датчик контролируемого параметра, соединенный выходом с первым входом первого коммутатора, соединенного вторым входом с выходом первого элемента И, соединенного первым входом с выходом коммутирующего блока, вторым входом через элемент задержки с выходом коммутирующего блока, непосредственно с входом индикатора, выходом с первым входом второго коммутатора, соединенного вторым и третьим входами соответственно с выходами источников рабочего и опорного контрольных напряжений, выходом с первым входом блока сравнения, соединенного вторым входом через преобразователь с выходом первого коммутатора, выходом с входом индикатора предельных отклонений параметра и с первым входом элемента запрета, соединенного выходом через логический блок с входом исполнительного органа, формирователь импульсов, элемент НЕ, второй и третий элементы И, первый и второй элементы ИЛИ, сигнализатор, первый и второй триггеры, делитель напряжения и ключ, причем вход формирователя импульсов соединен с выходом коммутирующего блока, а выход - с управляющим входом ключа, первый информационный вход первого триггера соединен с выходом формирователя импульсов, второй информационный вход - с выходом блока сравнения, а установочный вход - с входной клеммой устройства, первый вход второго элемента И соединен с выходом первого триггера, второй вход через элемент НЕ - с выходом коммутирующего блока, третий вход - с выходом элемента задержки, первый вход третьего элемента И соединен с выходом формирователя импульсов, второй - с выходом блока сравнения, выходы второго и третьего элементов И через первый элемент ИЛИ соединены с первым установочным входом второго триггера, второй установочный вход которого соединен с входной клеммой устройства, выход - с входом сигнализатора, а через второй элемент ИЛИ с вторым входом элемента запрета, второй вход второго элемента ИЛИ соединен с выходом элемента задержки (авт. св. СССР N 1091127, кл. G 05 B 23/2, 1984).

Указанное устройство не обеспечивает достаточной достоверности результатов контроля. Это выражается в том, что при исправном устройстве в результате самоконтроля может выработаться команда его неисправности со всеми вытекающими последствиями. Эта ситуация возможна, если до момента начала самоконтроля уровень сигнала на первом входе блока сравнения выше уровня сигнала на его втором входе. В реальных условиях такая ситуация возможна при значительных сигналах, снимаемых с датчика. В процессе самопроверки устройства источник рабочего опорного напряжения не проверяется, поэтому его выход из строя может быть незамечен и ведет к выдаче недостоверных результатов контроля. Кроме того, известное устройство при наличии источника эталонного напряжения, предназначенного для самопроверки, осложнено источником контрольного опорного напряжения. Наличие двух источников, предназначенных для самопроверки, существенно осложняет подготовку прибора к работе.

Цель изобретения - повышение достоверности результатов контроля и упрощение устройства.

На фиг. 1 представлена схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - диаграмма, поясняющая принцип его действия.

Устройство содержит датчик 1 контролируемого параметра, первый коммутатор 2, согласующий блок 3 (в зависимости от типа контролируемого параметра и алгоритма контроля преобразователь может включать в себя составные части, например согласующее устройство, полосовой фильтр, масштабирующий усилитель, преобразователь переменного напряжения в уровень напряжения), блок 4 сравнения, элемент 5 запрета, формирователь 6 управляющего сигнала, исполнительный орган 7, коммутирующий блок 8, первый элемент И 9, элемент 10 задержки, второй коммутатор 11, источник 12 рабочего опорного напряжения, четвертый элемент И 13, индикатор 14 предельного отклонения, индикатор 15 самопроверки, источник 16 эталонного напряжения, делитель 17 напряжения, первый формирователь 18 импульсов, второй формирователь 19 импульсов, первый триггер 20, второй элемент И 21, первый элемент НЕ 22, третий элемент И 23, второй элемент ИЛИ 24, второй триггер 25, сигнализатор 26 неисправности, первый элемент ИЛИ 27, второй элемент НЕ 28, регистратор 29.

Устройство работает в режиме контроля параметров и в режиме самопроверки. Управление устройством в этих режимах обеспечивается коммутирующим блоком 8. В режиме контроля параметров коммутирующий блок выдает на выходе нулевой сигнал. Элемент И 9, закрытый по входу, соединенному с коммутирующим блоком 8, и элемент И 13, закрытый нулевым сигналом с выхода элемента И 9, выдают нулевые сигналы на управляющие входы коммутаторов 2 и 11 соответственно. В этом случае коммутатор 2 на вход согласующего блока 3 подключает датчик 1 контролируемого параметра, коммутатор 11 на вход блока 4 сравнения - источник 12 рабочего опорного напряжения. В этом режиме триггеры 20 и 25 находятся в нулевом состоянии, на выходе элемента 10 задержки также нулевой сигнал. На управляющем входе элемента 5 запрета, соединенном через элемент ИЛИ 27 с выходами триггера 25 и элемента 10 задержки, - нулевой сигнал. Поэтому элемент 5 запрета открыт. По достижении преобразованным контролируемым параметром на выходе согласующего блока 3 значения больше рабочего опорного напряжения (_Uр.о.) блок 4 сравнения срабатывает и через элемент 5 запрета и формирователь 6 управляющего сигнала включает исполнительный орган 7. Одновременно включается индикатор 14 предельного отклонения параметра, сигнализируя о выходе контролируемого параметра за пределы нормы. Сигналы с блока 4 сравнения при работе устройства в режиме контроля параметров не меняют исходного состояния триггера 20. С выхода преобразователя 3 контролируемый сигнал подается на вход регистратора 29 для регистрации по заданному алгоритму.

Проверка исправности устройства заключается в подаче на вход тракта преобразования (вход коммутатора 2) эталонного напряжения U_э.вх. Значение напряжения U_э.вх. определяется исходя из зоны рабочего контроля:
U_э.вх.= (1) где U_р.о. - напряжение источника рабочего опорного напряжения; К - коэффициент передачи тракта преобразования, включающего первый коммутатор и преобразователь;Δ U - допустимая абсолютная погрешность устройства контроля;
ΔU = где δ - допустимая погрешность устройства контроля.

По окончании переходных процессов на входе блока 4 сравнения должно установиться напряжение преобразованного эталонного сигнала U_эт. в зоне допустимых значений
U_p.o > U_эт > U_p.o. - 2Δ U (фиг.2).

Эталонный сигнал U_эт. сначала сравнивается с верхней допустимой зоной U_в. = U_р.о., а затем с нижней допустимой зоной U_н. = U_р.о. - 2 Δ U. В первом случае блок сравнения не должен сработать, а во втором случае должен сработать. Если хотя бы одно условие не выполняется, устройство признается неисправным. Причем уровни для сравнения U_эт с верхней U_в и нижней U_н зонами допустимых значений получаются подключением (с помощю коммутатора 11) в первом случае выхода источника 12 рабочего опорного напряжения, а во втором выхода делителя 17 напряжения, формирующего напряжение, равное U_р.о. - 2 Δ U. Эталонный сигнал, пройдя через тракт преобразования, на первом входе блока 4 сравнения принимает значение
U_эт.= U_э.вх.× K = K = U_р.о.- ΔU
В приведенных выше рассуждениях коэффициент передачи К₂ тракта, включающего источник 12 рабочего опорного напряжения, второй коммутатор 11, второй вход блока 4 сравнения, принят равным единице, так как в реальных условиях он легко реализуется со значением, близким к единице. Если К₂ отличается от единицы, то формула (1) примет вид
U_э.вх.=
Соотношение U_эт, уровень рабочего опорного напряжения U_p.o., U_н., U_в., ступени самопроверки и зона допустимых значений для эталонного преобразованного контролируемого сигнала (заштрихованная) приведены на фиг.2.

П р и м е р 1. Коэффициент передачи тракта преобразования и контроля К = 1. Рабочее опорное напряжение U_p.o. = 100 мВ. Погрешность тракта δ=± 1%.

ΔU = = = 1 мВ
U_э.вх.= = = 99 мВ
U_в = U_р.о. = 100 мВ;
U_н. = U_р.о. - 2Δ U = 100-2 = 98 мВ.

Выходной контролируемый эталонный сигнал U_эт. при исправном тракте (погрешность тракта δ не превышает 1%) должен находиться в зоне между U_н. и U_в. (фиг.2). Контрольное опорное напряжение на первой ступени контроля равно 100 мВ, на второй ступени - 98 мВ.

П р и м е р 2. Коэффициент передачи тракта преобразования и контроля К = 10. Остальные параметры имеют значения, как в первом примере.

ΔU = = 1 мВ
U_э.вх.= = 9,9 мВ
U_в = 100 мВ;
U_н = 100-2 х 1 = 98.

Выходной эталонный сигнал U_эт. при исправном устройстве в этом случае должен находиться в зоне 98-100 мВ. Контрольное опорное напряжение на первой ступени контроля равно 100 мВ, на второй ступени - 98 мВ.

Если устройство исправно, то при К = 1, К = 10 и при других значениях К (при соответствующем выборе U_вх) блок 4 сравнения на первой ступени самопроверки не должен сработать, а на второй ступени самопроверки блок 4 сравнения должен сработать (выходной контролируемый эталонный сигнал в этом случае должен находиться в зоне между U_н и U_в). При невыполнении хотя бы одного из этих условий устройство признается неисправным. Включается сигнализатор 26. Очевидно, что при такой методике производится проверка не только общей работоспособности устройства, но и осуществляется допусковый контроль зоны общей погрешности тракта преобразования и контроля, включающего коммутаторы, преобразователь, блок сравнения, источник рабочего опорного напряжения, индикатор предельных отклонений, линии связи, т.е. проверяется точность устройства.

По команде оператора или автоматически (через заданный интервал времени) коммутирующий блок 8 выдает единичный сигнал, переводящий устройство из режима контроля параметров в режим самопроверки. Длительность единичного сигнала устанавливается исходя из времени, необходимого для проведения проверки устройства. Этот сигнал подается на вход элемента И 9, на входы формирователей 18 и 19, элемента 10 задержки и элемента НЕ 28. Элемент 10 задержки (например, реле времени с выдержкой на отпускание или формирователь временного интервала t₁-t₇) срабатывает и подает сигнал на индикатор 15 самопроверки, на второй вход элемента И 9, на вход 35 элемента И 21 и через элемент ИЛИ 27 на управляющий вход элемента 5 запрета. Последний по этому сигналу блокирует исполнительный орган 7 на все время проверки устройства. По этой же команде включается индикатор 15 самопроверки, сигнализируя о работе устройства в режиме самопроверки. Одновременно с включением элемента 5 запрета выходной сигнал с элемента 10 задержки открывает элемент И 9, так как по первому входу он уже подготовлен сигналом с коммутирующего блока 8. Сигнал с выхода И 9 подготавливает элемент И 13 и включает коммутатор 2 в режим самопроверки. В этом случае коммутатор 2 на вход преобразователя 3 подключает источник эталонного напряжения.

В это же время (t) запускается первый формирователь 18 импульсов, вырабатывающий импульс длительностью от t₁ до t₄. Этот сигнал запрещает через элемент НЕ 28 на время t₁-t₄ включение элемента И 13 и разрешает по входу 31 работу элемента И 23. Вместе с формирователем 18 запускается и формирователь 19 импульсов, который вырабатывает нулевой сигнал длительностью от t₁ до t₃ (фиг.2). Этим сигналом на время переходных процессов (t₁-t₂), вызванных переключением входного контролируемого сигнала, закрывается элемент И 23 по входу 32, тем самым запрещая на это время ложное включение команды НЕИСПРАВНОСТЬ, возможность выдачи которой обусловлена срабатыванием блока 4 сравнения во время переходных процессов. Коммутатор 11 на вход блока 4 сравнения подключает сигнал источника рабочего опорного напряжения, имитирующего верхнюю границу зоны допустимых значений тракта U_в.

По окончании переходных процессов в тракте напряжение преобразованного эталонного сигнала U_эт на входе блока 4 сравнения при исправной работе трактов преобразования и контроля должно установиться между U_н и U_в (фиг.2, время t₂). Блок 4 сравнения, если он исправлен, в этом случае не должен сработать (срабатывания блока 4 сравнения во время переходных процессов, возникающих в тракте контроля в связи с коммутацией, необходимой для проведения самопроверки, не влечет вырабатывание сигнала неисправности, так как элемент И 23 на это время закрыт по входу 32 от формирователя 19 и открывается в момент t₃ по окончании импульса формирователя 19). В противном случае (при завышении сигнала U_эт в тракте преобразования более чем на ΔU, при занижении рабочего опорного напряжения U_р.о. более допустимого значения, при неисправной работе блока 4 сравнения, заключающейся в преждевременном его срабатывании) блок 4 сравнения срабатывает.

Единичный сигнал блока 4 сравнения включает индикатор 14 предельного отклонения. Этот же сигнал открывает по входу 33 элемент И 23, подготовленный ранее по входу 31. По окончании нулевого сигнала, поступающего с формирователя 19 (фиг.2, t₃) элемент И 23 открывается. Перепад 0/1 сигнала с выхода элемента И 23 через элемент ИЛИ 24 переводит триггер 25 в единичное состояние. Единичный сигнал этого триггера включает сигнализатор 26 неисправной работы устройства, а через элемент ИЛИ 27 дублирует включение элемента 5 запрета. Выключение элемента 5 (а значит, и снятие блокировки исполнительного органа 7) осуществляется оператором установкой триггеров 20 и 25 в исходное нулевое состояние по шине "Сброс".

Первый этап проверки устройства заканчивается с окончанием импульса формирователя 18 (фиг.2, время t₄). Длительность первого этапа проверки выбирается исходя из длительности переходных процессов трактов преобразования и контроля и инерционности преобразователя 3.

Пропадание сигнала на выходе формирователя 18 вызывает закрывание элемента И 23 и через элемент НЕ 28 открывание элемента И 13, единичный сигнал с выхода которого переключает коммутатор 11 в режим второго этапа самопроверки. В результате на вход блока 4 сравнения подается сигнал с источника рабочего опорного напряжения не непосредственно, как в первой ступени самопроверки (практически без ослабления), а через делитель 17 напряжения с ослаблением на 2 Δ . Контрольное опорное напряжение в этом случае уменьшается до значения U_н = U_р.о. - 2 Δ U (фиг.2, t₄).

С момента t₄ начинается второй этап самопроверки. Перепад 1/10 сигнала с формирователя 18, пройдя через элемент НЕ 28, устанавливает триггер 20 в единичное состояние. Триггер в свою очередь, единичным сигналом подготавливает элемент И 21 по входу 34.

Изменение напряжения на входе тракта преобразования и контроля для выполнения второй ступени самопроверки не производится, а изменение опорного напряжения осуществляется на малую величину, определяемую величиной 2 Δ (погрешность тракта преобразования и контроля). С учетом сказанного и того, что переходные процессы цепи подключения опорного напряжения к блоку 4 сравнения по длительности несравнимо меньше переходных процессов тракта преобразования, время второго этапа самопроверки на порядок меньше времени первого этапа.

По окончании переходных процессов в тракте опорного напряжения при исправной работе устройства выходное эталонное напряжение U_эт должно оказаться в зоне между U_в и U_н (фиг.2, интервал t₄-t₅). Блок сравнения, если он исправен, в этом случае должен сработать и своим перепадом 0/1 установить триггер 20 в исходное состояние, снимая тем самым разрешение на открывание элемента И 21 по входу 34. В противном случае (при занижении сигнала U_эт в тракте преобразования более чем на Δ U, при завышении U_н в тракте рабочего опорного напряжения более допустимого значения, при неисправной работе блока 4 сравнения, заключающейся в понижении его чувствительности, или полном его несрабатывании блок 4 сравнения не сработает. В этом случае триггер 20 остается в единичном состоянии до окончания второго этапа проверки.

По окончании единичного сигнала (фиг.2, t₅) на выходе коммутирующего блока 8 на выходе элемента НЕ 22 появляется единичный сигнал, который через вход 35 элемента И 21 (по входам 34 и 30 элемент И 21 подготовлен ранее триггером 20 и элементом 10 задержки), через элемент ИЛИ 24 устанавливает триггер 25 в единичное состояние. Единичный сигнал триггера включает сигнализатор 26 неисправности и через элемент ИЛИ 27 дублирует включение элемента 5 запрета, запрещая работу устройства в режиме контроля параметра.

Независимо от результатов проверки устройства по окончании единичного сигнала с коммутирующего блока 8 элемент И 9 закрывается по первому входу, что влечет переключение коммутаторов 2 и 11 на работу в режиме контроля параметров (фиг.2, время t₅). На этом заканчивается второй этап самопроверки устройства.

После этого единичный сигнал на выходе элемента 10 задержки (с задержкой, устанавливаемой в зависимости от длительности переходных процессов в тракте преобразования и контроля при переключениях коммутаторов) снимается (фиг.2, время t₇). За счет этого выключается индикатор 15, указывая на окончание проверки исправности устройства, и снимается блокировка с элемента 5 запрета по цепи: элемент 10 задержки, элемент ИЛИ 27. Этой операцией завершается режим проверки и подготовки к работе в режиме контроля параметров, если устройство исправно. В противном случае элемент 5 запрета остается заблокированным по цепи: триггер 25 и элемент ИЛИ 27. Снятие этой блокировки и выключение сигнализатора 26 осуществляет оператор командой по шине "Сброс".

Проверка исправности и точности устройства возможна и при различных значениях плюсовой и минусовой погрешности тракта контроля. В этом случае
U_эт.вх.=
U_н = U_с.р. - (+ Δ U) - (- Δ U).

Двухэтапная проверка тракта преобразования и контроля реализована коммутацией источника эталонного напряжения на вход тракта преобразования и контроля на все время самопроверки, коммутацией на второй вход блока 4 сравнения опорного напряжения на первом этапе самопроверки, равного U_в (напряжение верхней границы зоны допустимых значений тракта преобразования для эталонного сигнала), на второй ступени самопроверки, равного U_н (напряжение нижней границы зоны допустимых значений). Такой алгоритм самопроверки в отличие от прототипа обеспечивает проверку не только тракта контроля, но и источника 12 опорного рабочего напряжения, что, естественно, повышает достоверность самопроверки, а следовательно, и результатов контроля параметров. Это достигается сравнением источника рабочего опорного напряжения с преобразованным сигналом источника эталонного напряжения. Кроме того, достоверность повышается за счет выполнения самопроверки в точке диапазона рабочего контроля.

Упрощение устройства достигнуто за счет исключения источника контрольного опорного напряжения и ключа, вернее их замены на более простые элементы: четвертый элемент И 13 и второй элемент НЕ 28.

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано в системах автоматического управления, в частности в системах управления и контроля авиационных, судовых и других двигателей, рудоразмольных мельниц и других агрегатов при их испытаниях и эксплуатации. Оно позволяет повысить достоверность самопроверки устройства, а следовательно, и результатов контроля параметров, упростить устройство. В предлагаемом устройстве двухэтапная проверка такта преобразования и контроля реализована сравнением эталонного сигнала U_эт= U_р.о- ΔU , прошедшего через тракт, с опорными напряжениями, имитирующими верхнее U_в и нижнее U_н - граничные значения, которые может принять эталонный сигнал при максимально допустимой абсолютной погрешности. Упрощение устройства достигнуто за счет исключения источника контрольного опорного напряжения и ключа, замены их на более простые элементы: элемент И и элемент НЕ. 2 ил.

УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ И КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ, содержащее датчик контролируемого параметра, подключенный выходом к первому информационному входу первого коммутатора, соединенного управляющим входом с выходом первого элемента И, а выходом - с входом согласующего блока, подключенного выходом к первому входу блока сравнения, связанного вторым входом - с выходом второго коммутатора, а выходом с входом включения индикатора предельного отклонения и с информационным входом элемента Запрет, подключенного управляющим входом к выходу первого элемента ИЛИ, а выходом - к входу формирователя управляющего сигнала, связанного выходом с управляющим входом исполнительного элемента, делитель напряжения, источник эталонного напряжения, источник рабочего опорного напряжения, подключенный выходом к первому информационному входу второго коммутатора, коммутирующий блок, соединенный выходом с первым входом первого элемента И, с входом первого элемента НЕ и через элемент задержки с вторым входом первого элемента И, с входом индикатора самопроверки, с первыми входами первого элемента ИЛИ и второго элемента И, подключенного вторым входом к выходу первого элемента НЕ, а третьим входом - к прямому выходу первого триггера, соединенного первым нулевым входом с выходом блока сравнения и с первым входом третьего элемента И, подключенного вторым входом к выходу первого формирователя импульсов, а выходом - к первому входу второго элемента ИЛИ, связанного вторым входом с выходом второго элемента И, а выходом - с единичным входом триггера, подключенного прямым выходом к входу сигнализатора неисправности и второму входу первого элемента ИЛИ, нулевой вход второго триггера объединен с вторым нулевым входом первого триггера и является входом "Сброс" устройства, отличающееся тем, что в устройство введены регистратор, второй формирователь импульсов, четвертый элемент И и второй элемент НЕ, подключенный входом к выходу первого формирователя импульсов, а выходом к единичному входу первого триггера и к первому входу четвертого элемента И, связанного вторым входом с выходом первого элемента И, а выходом - с управляющим входом второго коммутатора, второй формирователь импульсов подключен входом к выходу коммутационного блока, а выходом - к третьему входу третьего элемента И, информационный вход регистра соединен с выходом согласующего блока, выход источника рабочего опорного напряжения подключен через делитель напряжения к второму информационному входу второго коммутатора, выход источника эталонного напряжения связан с вторым информационным входом первого коммутатора.