Резервированная термоизмерительная система Советский патент 1983 года по МПК G05D23/19 H05K10/00 G06F11/20 

11зобретен)1е относится к информационно-измеритсльно11 технике, и может найти применение в информационно-измерительных системах и информационно-измерительных комплексах автоматизированних систем управления технологическими процессами, работаюгдих в непрерывном режиме.

Известно устройство для измерения и контроля различных параметров содержащее датчики и задатчики эталонных параметров, подключенные через коммутаторы и преобразователи к блокам обработки результатов конт роля. Для повышения надежности устройства используется горячее резервирование основных узлов Cl.

Недостаток устройства состоит в том, что в нем не обеспечивается потоянный контроль не исправности всех узлов резервного оборудования, что снижает надежность, так как не исключается возможность переключения на неисправный резерв.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является многоканальная измерительная система с ре зервированием, содержащая аналогоцифровой преобразователь с узлом самоконтроля и п-каналов, каждый из которых содержит резервируе1у1ый аналого-цифров.ой преобразователь с узлом самоконтроля, коммутатор, соединенный с резервным и резервируемым аналого-цифровым преобразовате лем, элементы Н, ИЛИ, триггер, узел переключения коммутирующих элементов. Резервный аналого-цифровой преобразователь АЦП включается в работу лишь в случ;ае неисправности основного Сз .

Однако узел переключения коммутирующего элемента и сам коммутирующий элемент при исправной работе основного АЦП не контролируется, что снижает надежность системы в целом. Кроме того, при использовании в качестве датчиков термоэлектрических термометров (термопар ) невозможно контролировать точность измерений с помощь.Ю калибровочных сигналов, как предлагается в известной системе, так как в измерительной цепи в данном случае присутст зует узел термокомпенсации ЭДС холодных спаев термопар. Узел термoкo meнcaции вырабатывает компенсирующую ЭДС, величина которой зависит от температуры среды, в которо находятся холодные спаи термопар, и, таким образом, не может контролироваться с помощью наперед згщанной уставки.

Цель изобретения. - повышениез на дежности системы за счет постоянног автоматического контроля неисправности как основного так и резервног

оборудования, а также за счет введения в систему контрольного узла термокомпенсации и сравнения результатов измерения ЭДС, вырабатываемых рабочим и контрольным узлами термокомпенсации.

Указанная цель достигается jreM, что в резервированную измерительную систему, содержащую в каждо из двух измерительных трактов, аналого-цифровой преобразователь с узлом самоконтроля, выход которого соединен с первым входом элемента ИЛИ, коммутатор, -первый выход которого соединен с первым измерительным входом аналого-цифрового преобразователя, второй выход - с первым выходом рабочего узла .термокомпенсации, второй выход которого соединен с вторым измерительным входом аналого-цирового преобразователя, и термодатчики, введены переключатель резерва и в каждый измерительный тракт контрольный узел термокомпенсации и алгебраический сумматор, выход которого соединен с вторым входом элемента ИЛИ, выход которого соединен с соответствующим входом переключателя резерва, подключенного выходами к управляющим входам аналогоцифровых преобразователей и коммутаторов и вторым входам алгебраических сумматоров соответствующих измерительных трактов, первый вход коммутатора соединен с вторым выходом коммутатора, второй вход - с первым Выходом контрольного узла термокомпенсации, остальные входы с одноименными входами коммутатора другого измерительного тракта и выводами термодатчиков, первый вход алгебраического -сумматора соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя, второй измерительный вход которого соединен с вторым выходом контрольного узла термокомпенсации .

На фиг. 1 представлена блок- схем предлагаемой системы, на фиг. 2 схема переключателя резерва.

Система (фиг. 1 ) содержит измерительные тракты 1 и 2, каждый из которых состоит из коммутатора 3, рабочего узла 4 термокомпенсации, термочувствительных элементов 5.1 и 5.2, контрольного узла б термокомпенсации, термодатчиков 7.1, 7.2... 7 . аналого-цифрового преобразователя (АЦП ) 8 с узлом 9 самоконтроля , алгебраического сумматора 10 (с входнмл регистром ), элемента ИЛИ 11, переключателя 12 резерва.

Схема переключателя резерва (фиг. 2 ) содержит два идентичных блока 13 и 132 переключения, два идентичных блока 14-, 142 Управления, каждый из которых выполняет

функцию синхронизации работы всех узлов соответствующего тракта (блоь 14(синхронизипует работу тракта 1, блок тракта 2 и представляет собой тактовый генератор, формирующий такты управления работой АЦП 8 с узлом 9 самоконтроля. алгебраического сумматора 10 (с входным регистром ) и, например, регистр управления коммутатором 3 (фиг. 1).

Блок 13i(132) состоит из двух триггеров 15 и 162(152 и 162), двух временных элементов 17 и 18,, (17х, и 182), двух элементов и 19 и 20(192 и 202) трех элементов ИЛИ 21 , 22 и 23 (212, 22 g и 23 ) и элементов ИЛИ-НЕ 24 242).

Система работает следующим образом.

Тракты 1 и 2 включаются в работ с помощью переключателя резерва поочередно, на время цикла измерения и обработки информации от всех датчиков,

В начале каждого цикла работы тракта 1 (2 ) на вход АЦП 8 с узла 9 подаются калибровочные сигналы, которые после аналого-цифрового преобразователя сравниваются в узле 9 самоконтроля с уставками. При несовпадении кодов узел 9 формирует сигнал ошибки, который через элемент ИЛИ 1 проходит на первый (второй) вход переключателя 12, последний отключает неисправный тракт 1 (2 ) из работы и переводит исправный тракт 2 (l на постоянную, работу. При совпадении кодов работа тракта 1(2) продолжается. Коммутатор 3 осуществляет двухполюсную коммутацию сигналов от термодатчиков 7.1...7п термопар . При этом один из выводов каждого из термодатчика подключается соответствующим ключом на измерительный вход АЦП 8, другой вьавод каждого термодатчика подключается соответствующим ключом ком2«1утатора к первому выходу узла 4. Кроме того, первый выход узла 4 подключается к первому входу коммутатора 3, а первый выход узла 6 термокомпенсации - к второму входу коммутатора 3, с помощью которого в начале каждого цикла рабочий и контрольный узлы 4 и 6 термокомпенсации поочередно подключаются на второй измерительный вход АЦП 8. При этом.узлы 4 и 6 формируют на входе АЦП 8 ЭДС, соответствующие температуре среды, в которой находятся термочувствительные элементы 5.1 и 5.2 и холодные спаи термопар. Полученные результаты аналогоцифрового преобразователя коды ) запоминаются во входном регистре сумматора 10 и сравниваются в нем. Если разность кодов превышает заданную величину допустимой погрешности измерения, то на сумматорп 10, формируется сигнал ошибки, свилстельствующйй о неиспрайности одного из узлов термокомпенсации. Сигнал ошибки через элемент ИЛИ 11 поступает на вход переключателя 12, который выключает йз работы неисправный тракт и включает на постоянную работу исправниП.

Блок 13( переключателя 12 работает следующим образом.

В ИСХОДНОМ состоянии триггеры 15 (IS устанавливаются в нулевые, а триггеры 16 и 162 - в противоположные состояния. Пусть триггер 16 установлен в единичное состояние, а триггер 1б2 - внулевое, тогда единичный логический уровень с единичного выхода триггера 16 ;(1б2)блока 13 (132 подается вход Ьлока 14 разрешая его функционирование. При этом нулевой логический уровень с единичного выхода тригера 16 (1 б-, другого блока 132(13 переключения запрещает функционирование соответствующего блока 142 (14.) управления. Выбранный блок 14 (142) запускается, выхода (252 )единичный логический уровень через элемент И (202) подается на вход элемента ), который вырабатывает единичный сигнал длительностью большей, чем длительность работы блока 14(142). В конце работы блока 14 (142)единичный логический уровень с его выхода 26:.., (262) запускает элемент 17-, (172)и через элементы ИЛИ 22(22) и И 19-, (192) перебрасывает триггер 16..,(1б2)в нулевое состояние. Кроме того, единичный логический уровень с выхода элемента И 19(192) через элемент ИЛИ 23 2(23) другого блока 13.2 (13,,) переключения перебрасывает триггер 16 2 (16) этого блока в единичное состояние. При этом с единичного выхода указанного триггера 162 (16 /единичный логический уровень запускает другой блок 14(142) управления. Далее функционирование переключателя резерва осуществляется аналогично.

Таким образом, блоки управления 14 и 14р работают попеременно, а единичные сигналы с выходов временных элементов 18 и 17 ,,(182 и 175) постоянно накладываются во времени один на другого в результате чег на выходе элемента ИЛИ-НЕ 24 ,,(242) постоянно имеется нулевой логический уровень, не влияющий на функцинирование переключателя 12 резерва. В случае поступления сигнала ошибки с выхода элемента ИЛИ 11 (112)(Фш-1 на первый (второй ) вход переключателя 12 резерва, являющийся первым входом блока управления 14 (14), н выходе 27/1 (27 ) которого Ф Р1 РУется

сигнал неисправности, которьп через элементы ИЛИ, И 21 22 и 19(21, 222, ) перебрасывает триггер 16 X, 1б2 соответствующего блока 13 (132) переключения в нулевое состояние, тем самьом запрещая работу блока 14(142)управления, неисправного тракта 1(2). Кроме того, единичный логически уровень с выхода- элемента ИЛИ 21- (22 2)перебрасывает в единичные состояния триггеры 152 1,15-, )и 16 2 (16) другого блока 13 (13;,) переключения. При этом единичны логический уровень с единичного выхода триггера 15 через элемент ИЛИ 23 2 23 удерживает триггер 16 (iG) в единичном состоянии, а нулевой логический уровень с нулевого выхода указанного триггера 152 (15)блокирует элемент И 19 „(19).

Так.им образом, неисправный блок 14(142 управления оказывается постоянно выключенным, а другой блок 14 (14 ) управления постоянно включенным. Если по окончании работы блока 14 (142)управления на его выходе 26 () сформируется едиН1 чный логический уровень, то не

запустится временной элемент 1.1(11) В результате на выходе элемента ИЛИ-НЕ 24 (242)образуется единичный логический уровень, который поступает на вход элемента ИЛИ 21 5 (21у). В этом случае функционирование резерва аналогично тому случаю, когда один из трактов 1(2 / неисправлен. Аналогично функционирует переключатель резерва и в том случае, когда не перебрасывается триггер 16 (le), т.е. неисправен блок 13 (132 переключения, так как в этом случае н,е запускается временной элемент 18 (1) и на выходе элемента

5 ИЛИ-НЕ 24 (242)формируется единичный логический уровень..

Таким образом, надежность предлагаемой многоканальной измерительной системы повышается за счет контQ роля всех общих узлов измерительного тракта-узла термокомпенсации, АЦП и организации горячего резервирования, при котором постоянно контролируются основные узлы обоих трактов (основного и резервного ), а

также блоки управления и блоки пе реключателя резерва.

РЕЗЕРВИРОВАННАЛ ТЕРМОИЗМЕРНТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА, содержащая в каждом из двух измерительных трактов аналого-цифровой преобразователь с узлом самоконтроля, выход которого соединен с первым входом элемента ИЛИ, коммутатор, первый выход которого соединен с первым измерительным входом аналого-цифрового преобразователя, второй выход - с первым ВЕдкодом рабочего, узла термокомпенсации, второй выход которого соединен с вторым измерительным входом аналого-цифрового преобразователя, и термодатчики, отличающаяс я тем, что, с целью повькаения надежности, она содержит перекдючатель резерва и в каждом измерительном тракте контрольный узел термокомпенсации и алгебраический сумматор, выход которого соединен с вторым входом элемента ИЛИ, выход которого соединен с соответствующим входом переключателя резерва, подключенного выходами к управляющим входам аналого-цифровых преобразователей и коммутаторов и вторьм входом алгебраических сумматоров соответствующих измерительных трактов, первый вход коммутатора соединен с вторым выходом коммутатора, второй вход - с первым выходом контрольного узла термокомпенсации, остальные входы с одноименными входами коммутатора другого тракта и выводами термодатчиков , первый вход алгебраического сумматора соединен с выходом аналого- 5 цифрового преобразователя, второй измерительный вход которого соединен с вторым выходом контрольного узла термокомпенсации. N