Устройство для централизованного контроля параметров Советский патент 1983 года по МПК G05B19/418 

ходов второго дешифратора, а второй вход - с первым выходом генератора импульсов, входы второго элемента ИЛИ соединены с выходами первого и второго блоков сравнения,

второй вход четвертого элемента И подключен к выходу второго элемента И и ко входу элемента НЕ, выход которого соединен с вторым входом третьего элемента И.

Изобретение относится к измерительным информационным системам и может использоваться в машинах цент ралйзованного контроля и регулирования.

Известна измерительная информационная система со сжатием данных, содержащая датчики, выходы которых через блоки преобразования соединены с.входами первого коммутатора, выход которого через последовательно соединенные цифровой преобразователь и блок обработки подключен к входу блока индикации, второй коммутатор, блок сжатия,-входы которого подключены к выходам блоков преобразования, а выходы - через второй коммутатор к входуцифрового преобразователя, дешифратор, тригге генератор, блок установки, две схемы совпадения и два счетчика ij .

Недостатком данного устройства является невозможность обслуживания наихудшего (самого активного параметра) в первую очередь, что не позволяет об.есп-ечить достаточно эффективные контроль и регулирование.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство централизованного контроля и регулирования технологических процессов, содержащее в каждом канале последовательно соединенные датчики, блоки унификации и вычитающие блоки, а также блок задания номинальных значений (находится в центральном запоминающем устройстве ЦЗУ , выходы которого соединены с вторыми входами вычитанмцих блоков, выходы которых соединены с входами первого коммутатора, выход которого соединен с первым входом двухполярного блока сравнения (возможна реализация в виде двух блоков сравнения для каждои полярности отдельно, второй вход которого через .преобразователь полярности соединен с преобразователем двоичного кода в ступенчатоизменяющееся напряжение, второй выход которого подключен к цифровому индикатору, второй вход которого соединен с выходом блока сравнения, второй выход преобразователя полярности подключен к Bxojty блока выдачи результатов контроля, другие выходы блока сравнения через второй коммутатор подключены к входам регуляторов, центральное устройство разверток, соединенное с таймером и с преобразователем двоичного кода в напряжение.

Управление работой устройствапрототипа осуществляется из центра завода (ЦЗ), в который входит тай6мер, блоки индикации и регистрации, объединенные в центральную контрольно-измерительную машину. Таймер является основным управляклцим элемен том к может состоять из генератора,

5 блока запуска (триггер с элементом и) и счетчика таймера с элементом ИЛИ. В устройстве осуществляет: ся контроль разности между параметрами объекта и их номинальными зна0чениями, причем задание допустимых отклонений осуществляется в цифровой форме 2 .

Недостатком известного устройства является жесткая (последователь5ная) программа опроса каналов, что приводит к недостаточной эффективности контроля и регулирования. Это объясняется тем, что выбор частоты проведения операций дискретного

0 контроля и регулирования и, в конечном итоге, частоты опроса каналов с целью обеспечения заданной достоверности контроля и качества регули рования осуществляется с учетом

5 экстремальных динамических свойств самого активного параметра, что приводит к избыточному числу операций контроля (при снижении активности и возможности значительного превышения параметром допустимого значе0ния из-за ожидания своей очереди обслуживания (при повышении активности) .

Цель изобретения - повышение эф5фективности контроля путем сокращения числа операций контроля и обеспечения обслуживания наиболее активных параметров в первую очередь .

0

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для центра{лизованного контроля параметров.

содержащееблок задания номинальных значений параметров, первый кo tмyтатор, выход которого подключен к первым входам первого и второго блоков сравнения, вторые входы которых соединены с соответствующими выходами.блока задания допустимых отклонений параметров, управляющие входы первого коммутатора подключены к выходам первого дешифратора, входами соединенного с прямыми разрядными выходами первого счетчика, инверсные разрядные выходы которого подключены к первым информационным входам блока индикации, вторыми информационными входами соединенно-, го с информационными выходами аналого-цифрового преобразователя, третьим и четвертыми информационными входами - с выходами первого и второго блоков сравнения соответственно, а пятым информационным входом с выходом первого элемента ИЛИ, входом установки в единичное состояние |триггера, единичным выходом подклю ченного к первому входу первого элемента И и к входу установки в нулевое состояние второго счетчика, выход переполнения которого соединен с первым входом первого элемента ИЛИ, а счетный вход - с первым выходом генератора импульсов, вторы выходом соединенного с вторым входом перврго элемента И, выход которого подключен к счетным входам первого и третьего счетчиков, прямые разрядные выходы третьего счетчика через- второй дешифратор подключены к управляющим входам второго коммутатора, и в каждом канале последовательно соединенные датчик параметра, блок унификации и вычитающий блок, к второму входу которого подключен соответствующий выход блока задания Номинальных значений параметров, а выходы вычитающих блоко всех каналов соединены с информационными входами первого коммутато,ра, введены второй элемент ИЛИ, элемент НЕ, второй, третий и четвертый элементы И, третий коммутатор и последовательно соединенные блок выделения абсолютного значения сигнала и амплитудный дискриминатор, выход которого подключен, к входу установки в нулевое состояние первого счетчика, а управляющий вход - к выходу второго элемента И, к входу установки в нулевое состояние триггера и к первым входам третьего и четвертого элементов И, выходы которых подключены соответственно к второму входу первого элемента ИЛИ и управляющему входу аналого-цифров го преобразователя, информационным входом подключенного к выходу третьего коммутатора, информационные ( которого соединены с выходамиблоков унификации, а управляющие « входы - с выходами первого дешифратора, вход блока выделения абсолютного значения сигнала подключен к выходу второго коммутатора, первый

вход второго элемента И соединен с одним из выходов второго дешифратора, а второй вход - с первым выходом генератора импульсов, входы второго элемента ИЛИ соединены с выхЬдами первого и второго блр,ков сравнения, второй вход четвертого элемента И подключен к выходу второго элемента И к входу элемента НЕ, выход которого соединен с вторым входом третьего элемента И. .

На фиг. 1 представлена схема устройства для централизованного контроля параметров; на фиг. 2 - схема возможной реализации блока выделения абсолютного значения сигнала; на фиг. 3 - схема амплитудного дискриминатора.

Устройство (фиг. 1) содержит датГИК 1 параметров, блоки 2 унификации, вычитающие блоки 3, блок 4 задания номинальных значений параметров, первый коммутатор 5, блок 6 вьщеления абсолютного значения сигнала амплитудный дискриминатор 7, второй коммутатор 8, первый блок 9 сравнения, второй блок 10 сравнения, блок 11 задания допустимых отклонений параметров, первый элемент ИЛИ 12, элемент НЕ 13, аналого-цифровой преобразователь 14 -(АЩ) ,

блок 15 индикации, генератор 16 им-. пульсов, триггер 17, .первый элемент И 18, второй 19, третий 20- и четвертый 21 элементы И, второй элемент

ИЛИ 22, первый 23 и второй 24 счетчики, первый дешифратор 25, третий счетчик 26, второй дешифратор 27, третий коммутатор 28, регистр 29, преобразователи 30 и 31 двоичного

кода в двоично-десятичный код, дешифраторы 32 и 33, цифровые индикаторы 34 и уэел 35 усилителей индикации блока 15 и блоки 36 и 37 ком. мутации.

Датчики 1 предназначены для преобразования технологических параметров в электрический сигнал. Блок 2 служит для нормализации выходных сигналов датчиков 1. Ёлок 3 преднаэначен для получения отклонения текущего значения параметра от нрминального. Блок 4 служит для формирования и выдали номинальных значений параметров. Блок 6 предназначен для преобразования двухполярных сигналов разности текущих и номинальных значений параметров в однополярный .сигнал.

Блок 6 может быть построен по схеме, изображенной, на фиг. 2 и содержащей резисторы 38-45, операционные усилители 46 и 47 и диоды 48 и 49.

Амплитудный дискриминатор. 7 слулсит для выработки сигнала при превышении текущего значения входного напряжения над предыдущими.

Дискриминатор 7 (фиг, 31 может содержать ключ 50, конденсатор 51, диод 52, резистор 53, операционный усилитель 54 и формирователь 55, например ждущий мультивибратор.

Конденсатор 51 выполняет функции запоминающего устройства, где хранится прёдьздущее максимальное значение разности между контролируемым параметром и номинальным его значением. При превышении входным напряжением, поступающим от блока 6, напряжения, запомненного конденсатором 51, на выходе усилителя 54 появляется сигнал, по которому ждущий мультивибратор 55 формирует импульс, поступающий на сброс счетчика 23. В конце цикла опроса каналов по- сигналу элемента И 19 замыкается ключ 50, тем самым сбрасывается память . диcкpи шнaтopa 7. Коммутатор 8 предназначен для последовательного переключения каналов. На Коммутатор 8 поступают напряжения, представляющие собой разности текущих и номинальных значений параметров. Число ключей в коммутаторе 8 равно числу каналов. Блоки 9 и 10 предназначены для выработки сигналов 1 при достижении текущей положительной (блок 9) и отрицательной (блок 10) разности значения допустимого отклонения соответствующего знака, т,е, вырабать1ваются логические сйгнгшы, больше и меньше. Блок 11 предназначен .для форг-шрования и выдачи зна.чений допустимых отклонений параметров от номинальных значений и представляет собой два источника напряжений разной полярности. Элемент ИЛИ 22 служит для выработки сигнала 1 при выходе контролируемого параметра из допустимой зоны, а элемент НЕ 13 - для выработки сигнала Норма. , соответствующего нахождению контролируемого параметра в допустимой зоне, АЦП 14 служит для преобразования текущего значения выбранного параметра, вышедшего из допустимой зоны, в двоичный код. Блок 15 предназначен для отображения значения выбранного параметра на циф- ровых индикаторах и индикации направления выхода параметра из зоны допустимых значений - больше или меньше. Блок 15 содержит регистр 29, предназначенный для записи, хранения и выдачи кода значения выбранного параметра и представляющий собой регистр с параллельной установкой и съемом информации, преоб разователи 30 и 31 двоичного кода значений выбранного параметра и номера канала соответственно в двоично-десятичный код, дешифраторы 32 и 33 двоично-десятичного кода в де-сятичный позиционный код, необхоДимый для управления цифровыми индикаторами 34, блок 35 индикации отклонений выбранного параметра из зоны допустимых значений (больше 1или меньше и содержащий усилители с лампами накаливания, подсвечивающими соответствующие транспоранты), Генератор 16 предназначен для формиройания импульсов, обеспечивающих синхронную работу устройства. Генератор 16 представляет собой автоколебательный мультивибра.тор с двумя выходами. Триггер 17 служит для управления работой счетчиков 23 и 26, разрешая или запрещая прохождение на них импульсов от генератора 16 через элемент И 18 выполняющий функцию вентиля. Элемент .И 19 выполняет функцию вентиля, сбрасывая память дискриминатора 7 по управляющему сигналу с последней шины дешифратора 27 и импульсам с второго выхода генератора 16 (которые противоположны по фазе импульсам с первого.выхода генератора 16) . Элемент И 20 служит для формирования через элемент ИЛИ 1.2 сигнала, устанавливающего триггер 17 в состояние, разрешающее прохождение импульсов от генератора 16 через элемент И 18 (обеспечение следующего цикла опроса). Элемент И 21 предназначен для формирования сигнала запуска ЛЦП 14, в случае, если хотя бы один из контролируемых параметров вышел из зоны допустимых значений. Счетчик 23 предназначен для подсчета числа импульсов, поступающих от генератора 16, по которым осуществляется переключение каналов в коммутаторах 5 и 28. Сброс счетчика 23 в исходное состояние осущезствляется по сигналам с дискриминатора 7. Счетчик 23 пред-. ставляет собой двоичный счетчик, с прямых выходов разрядов которого код поступает на дешифратор 25, а с инверсных - на блок 15, Дешифратор 25 предназначен для преобразования двоичного кода в единичный позиционный код, управляющий переключением КсШалов в кo 1мyтaтopax 5 и 28.

Коммутатор 28 предназначен для переключения каналов и на его вход поступают напряжения, пропорциональные значениям параметров. Число ключей в коммутаторе 28 равно числу каналов. Коммутатор 28 переключает каналы в обратном порядке, т,е, к первому ключу подключается последний контролируемый канал, к последнему ключу - первый. Счетчик 24 предназначен для формирования сигнала, запускающего устройство через элемент ИЛИ 12 при включении питания, и в случае, если выбранный параметр, вышедший из зоны допуска, не поддается регулированию. На вход счетчика 24 поступают импульсы от генератора 16 и емкость счетчика должна быть достаточной для формиро вания временного интервала, представляющего собой сумму времени опроса всех каналов и максимального времени регулирования. Счетчик 26 предназначен для подсчета числа импульсов , поступающих от генератора 16, по которым осуществляется переключение каналов в коммутаторе 8. Счетчик 26 представляет собой двоич ный счетчик. Дешифратор 27 предназначен для преобразования двоичного кода в единичный позиционный код. Устройство работает следующим образом. Напряжение с выхода датчика 1 поступает на вход блока 2унификации, с выхода которого унифицирован ный сигнсш поступает на вход вычитающего блока 3, где происходит вычисление разности напряжений, поступающих от блока 2 и блока 4 задания номинальных значений параметров Разностные сигналы поступают на первый коммутатор 5 и на второй кЬммутатор 8, а сигналы от блока 2 поступают на третий коммутатор 28, При. включении устройства в работу, если триггер 17 находится в состоянии 1, через элемент И 18 на первый счетчик 23, третий счетчик 26 и коммутатор 8 поступают импульсы от гинератора 16, по которым через дешифраторы 25 и 27 производится переключение каналов. Ес ли триггер находится в состоянии Q, то через некоторый промежуток времени, определяемый начальным состоянием второго счетчика 23, с его выхода появится Сигнал, устанавливающий триггер 17 в.состояние 1, 36 время первого цикла опроса каналов переходного процесса) во можна неправильная выдача результа тов контроля, но при этом устройство автоматически подготавливается к работе, Триггер 17 в состоянии 1 разре шает прохождение импульсов от генератора 16 импульсов через элемент ,И 18 на счетчики 23 -к 26. Коммутатор 8 последовательно опрашивает блоки 3, начиная с первого Если напряжение с последующего блока 3 оказывается больше предащущих по модулю), то на выходе амплитудного дискриминатора 7 появляется сигнал, сбрасывающий счетчик 23. оммутаторы 5 и 28 при этом устанавиваются в начальное положение. При альнейшем поступлении импульсов с генератора 16 по окончании опроса всех блоков 3 коммутатор 8 устанавивается в последнее положение, а коммутаторы 5 и 28 - в положение И - М, 1де М - Номер блока 3, имеющего наибольшее по модулю) напряжение на выходе; N - число канешов. Для правильной работы устройства необходимо, чтобы блоки 3 и 2 с номером R были подключены к ключам коммутаторов 5 и 28 с номеромN-R+1, т.е. первый вычитающий блок и первый блок унификации подключаются к последним ключам коммутаторов 5 и 28, вторые блоки 3 и 2 - к предпоследним ключам коммутаторов 5 и 28 (с номером N - 1) и т.д. Последний вычитающий блок и последний блок унификации подключаются к первым ключам коммутаторов 5 и 28, Таким образом, канал с наибольшим (по модулю) в каждом цикле опроса значением находится между параметром и номинальным значением. При опросе последнего канала с соответствующего выхода дешифратора 27 снимается потенциал, разрешающий прохождение импульсов с генератора 16 импульсов через элемент И 19. Импульсы, поступающие на элемент И 19, противоположны по фазе импульсам, поступающим на элемент И 18, благодаря чему сигнал на выходе элемента И 19 задерживается на время отработки последнего канала, По сигналу с элемента И 19Сбрасывается память дискриминатора 7, триггер 17 устанавливается в состояние О, запрещая поступление им- пульсов с генератора 16 на счетчики 23 и 26,. От вычитающего блока 3 выбранного канала через коммутатор 5 наибольшая (по модулю) разность поступает на входы блоков сравнения 9 и 10, один из которых сравнивает положительные сигналы, а другой - отрицательные. Эта разность сравнивается с сигналом с блока 11 задания допустимых отклонений параметров, и если она больше допустимого значения, то на выходах блока 9 и 10 появляется сигнал 1, Этот сигнал через элемент ИЛИ 22 подготавливает элемент И 21 и через элемент НЕ 13 закрывает элемент И 20, При этом сигнал с элемента И 19 проходит через элемент И 21 на запуск АЦП 14, на вход которого поступает напряжение, соответствующее значению пара-; метра выбранного канала. Если .ни один из контролируемых параметров не выпел из зоны допустимых значеНИИ, то на выходе блоков 9 и 10 будет 6, запрещающий через элемент ИЛИ 22 прохождение импульсов с элемента И 19 через элемент И 21 и разрешающий его прохождение через элемент и 20. Таким образом, в случае отсутствия выхода параметра из зо-ны дoпycти 1ыx значений- сигнал с выхода элемента И 20 через элемент ИЛИ 12 устанавливает триггер 17 в состояние 1, обеспечивая следующий цикл .опроса каналов.

В случае выхода параметра из зоны допустимых значений сигнгшы 1 с выходов блока 9 или 10 подаются на блок 35 для индикации результато контроля (больше, меньше) и на регуляторы для регулирования. I Код значения выбранного параметра с выхода АЦП 14 по сигналу Конец преобразования . записывается в регистр 29. От счетчика 23 на преобразователь 31 двоичного кода в двоично-десятичный поступает код адреса выбранного канала, причем со счетчика 23 снимается инверсный код Коды значений выбранного параметра и адреса канала; через преобразователи 30 и 31 и дешифраторы 32 и 33 поступают на цифровые индик.аторы 34

На выход устройства подается адрес канала, подлежащего регулированию, благодаря чему может быть подключен соответствующий регулятор. .По окончании процесса регулирования выбранного параметра на выходаз блоков 9 и 10 появляется сигигш О (норма) , подг.отавливаняций через элементы ИЛИ 22 и НЕ 13 элемент И 2 Импульс с выхода элемента И 19 через элементы И 20 и ИЛИ 12 устанавливает, триггер 17 в состояние 1, сбрасывает счетчик 24 и регистр 29. Устройство начинает новый цикл опроса .:

Если выбранный параметр не поддается .регулированию, то через, заданное время от наЧс1ла цикла опроса : Канало1в (определяемое суммой времени опроса каналов и максимально допустимого времени регулирования) на Звыходе счетчика 24 появляется

сигнал переполнение счетчика, подготавливс1ющий через элемент ИЛИ 12 устройство к новому циклу опроса.

Таким образом, контролю, индикации (регистрации и регулированию 5 в первую очередь подвергаются параметры, которые обладают наибольшим (по модулю) отклонением текущего значения параметра от номинального, т.е. наиболее активные, что повы0 шает эффективность контроля и регулирования, т.е. осуществляется адаптивный контроль. Конкретный выигрыш зависит от закона распределения входных сигналов„количества ка5 налов и требуемой точности. При

адаптивном контроле количество операций контроля при нормальном распределении входных сигналов и вероятности Р 0,997 по сравнению с

0 равномерным дискретным контролем уменьшится в 25 раз, т.е. средняя частота вьщачи результатов контроля может быть уменьшена в 25 раз при сохранении той же погрешности. По5 вышение же средней частора до прежнего уровня приведет к пропорциональному уменьшению погрешности аппроксимации (погрешности контроля}. Приведем данные по технико-эконол мической эффективности предлагаемого устройства для централизованного контраая параметров по сравнению с базовым o6be1tToM. За базовый объект принята информационно-вычис лительная машина ИВ-500, так как .ййа решает задачи, аналогичные зада|чам предлагаемого устройства. При заданной погрешности контроля средняя частота вьщачи результатов контроля в базовом объекте при мерно в 25 раз выше, чем в предлагаемом устройстве, а это означает, что базовый объект сможет проконтролировать лишь 20 параметров из 480 возможных, а предлагаемое уст5 ройство обслужит все каналы за одно и то же время.

Тогда экономический эффект от использования предлагаемого изобретения примерно составит 600х(480 0 20) 276000 руб.

ffnff

PU92

jf

at.S