Устройство для распознавания критических состояний объекта контроля Советский патент 1984 года по МПК G06F17/00 

Изобретение относится к автомати ке и вычислительной технике и может быть применено при регистрации и обработке экспериментальных данных, а также в измерительно-информационных системах контроля состояния окружающей среды для оперативного што мового оповещения о превышении ха-. рактеристикой контролируемого процесса допустимого значения. Известен анализатор длительносте выбросов случайных процессов, содер жащий пороговый блок, формирователь импульсов, генератор Импульсов, регистр сдвига, счетчик интервалов, дешифратор, элементы И,ИЛИ, -накопительные счетчики С И. Недостатком данного устройства является отсутствие скользящего ана лиза длительностей выбросов, так как в каждый момент времени имеется информация от времени начала измерения до текущего интервала измерения. После окончания времени анализа, определяемого частотой генератор импульсов, информация о длительности выброса выдается внешним потреби телем, и цикл анализа повторяется. Для ряда отраслей народного хозяй ства необходимо вести постоянный контроль параметров окружающей среды, достигающих критических значеНИИ. в первую очередь это относится к информации о высоте нижней границы облачности, видимости и боковой составляющей скорости ветра для ави ции при взлете и посадке, величине ветрового давления (напора) для строительства, видимости для автотранспорта. Для каждого вида народнохозяйственной деятельности критические значения параметров, а также продолжительность их наличия различ ны. Так, например, для проектировани и сооружения капитальных зданий и их эксплуатации необходимы осредненные за час (или за 10 минут) значения скорости ветра, для высотных работ и эксплуатации башенных кранов значения максимальных порывов ветра продолжительностью 2-3 с. Критические значения высоты нижней границы облачности и видимости зависят от типа аэродрома, значение боковой сос тавляющей скорости ветра - от типа, самолета и т.д. Все это вызывает необходимость вести постоянный контрол и наблюдения элементов, критические значения которых влияют на народнохозяйственную деятельность в режиме называемом штормовым. От своевременного штормового предупреждения зависит экономический эффект деятельмости, ущерб, а часто и безопасность жизни людей. При наличии обслуживаемых наблюдательных органов штормовые предупреждения зависят от наблюдателя и сопряжены с его некоторой субъективностью, несовершенством приборов, а также при часто меняющихся штормовых ситуациях - с неудобствами для наблюдателя. Создание автоматических станций и автоматизированных систем контроля состояния окружающей среды позволяет устранить субьективйзм в штормовом оповещении, улучшить доведение информации, однако оно вызывает ряд проблем, связанных с распознаванием штормовых ситуаций. Известно также устройство для определения площадей выбросов, содержащее блок вычитания, блок эталонных напряжений, пороговый элемент, экстраполятор нулевого порядка, буферный регистр, накапливающий сумматор, регистратор, секционированную линию задержки, триггер, элемент И, генератор t2 3. По сравнению с устройством tlj это устройство позволяет определять площадь выброса над пороговым значением. За время действия выброса в сумматоре накапливается число, пропорциональное площади выброса. При поступлении на вход устройства следующего выброса цикл анализа повторяется . Недостатком этого устройства так же, как и предыдущего является то, что оценивается площадь каждого выброса в отдельности, причем зремя анализа определяется только длительностью выброса, и анализ каждого выброса проводится независимо от других выбросов. Наиболее близким к предлагаемому по техническому решению является устройство для определения площадей выбросов, содержащее сумматор, блок задания опорных уровней, пороговый блок, аналого-цифровой преобразователь, буферный регистр, блок вычитания накопительный блок, регистратор, элемент задержки, синхронизатор C3J. В известном устройстве напряжение исследуемого процесса Q(t) поступает на первый вход сумматора, на второй вход .которого подается напряжение, соответствующее установленному уровню анализа UQ. Суммирующая схема смещает выброс к нулевому уровню на величину Ujj, Т.е. на ее выходе действует напряжение ди U(t) - U.Мгновенные значения сигнала лU в моменты выборок преобразуются ЛЦП в параллельный двоичный код. Взаимное согласование работы блоков устройства осуществляется с помощью синхронизатора. В первый такт запускается АЦП и прорзводится измерение. При этом в бу-., ферном регистре хранится предыдущее измеренное значение выброса. Оба кода поступают на блок вычитания, на выходе -которого формируется значение кода полуразности соседних отсчетов, а также знак этой полураэности. Во второй такт по сигналу, снимаемому со второго выхода синхронизатора, накопительный блок выполни ет очередное накопление. В третий такт код текущего значения АЦП переписывается в буферный регистр, пос ле чего цикл измерения повторяется, и т.д. За время действия выброса в сумматоре накопительного блока накапливается число, пропорциональное площади выброса. К выходу сумматора подключен пороговый блок, которыйос осуществляет, сравнение сигнала ди с нулевым уровнем и формирование прямоугольного импульса с длительнрс тью, равной длительности выброса. Задним J)poHTOf-i это.го импульса значение накопительного блока фиксируется в регистраторе, после чего/ импульсом, снимае ым с элемента задерж ки, накопительный блок и буферный ре гистр обнуляются, подготовливая тем самым схему к новому измерению. Недостаток известного устройства так же, как и описанных, заключается в том, что оно не позволяет контролировать площсщь выбросов за время анализа в скользящем режиме, т.е непрерывно. В накопительном блоке записывается значение кода, пропорционального площади только одного, текущего выброса. После окончания одиночного выброса все блоки устройctBa приводятся в исходное состояние и цикл анализа повторяется. Цель изобретения - повышение достоверности выявления штормовых ситуа ций в процессе скользящего допускового контроля состояния объекта. Поставленная цел достигается тем что в устройство для распознования критических состояний объекта контроля, содержащее синхронизатор,первый выход которого соединен с первым входом аналого-цифрового преобразова теля, второй вход которого соединен с входной шиной, а выход - с первым входом блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом блока задания порогового уровня и счетчиком, снабжено регистром сдвига, дешифратором и блоком определения измерения площади выбросов, первый информационный вход которого соединен с выходом регистра сдвига, второй информационный вход - с первым выхо дом блока сравнения, а первый выход синхронизатора соединен .с третьим входом блока сравнения и первым упр ляющим входом блока определения изм нения площади выбросов, второй упра ляющий вход которого соединен со вторым выходом синхронизатора, соеди ненным также с управляющим входом ре гистра сдвига, информационный вход которого соединен со йторым входом блока сравнения, выходы блока определения изменения площади выбросов Ьоединены с входами счетчика, выход, которого соединен с первой выходной шиной с входом дешифратора, выход которого соединен со второй выходной шиной. Блок определения изменения площади выброса содержит первый элемент И, первый вход которого является первым управляющим входом блока, генератор, соединенный с первым входом второго элe 4eнтa И, выход, которого соединен с одним из входов элемента ИЛИ, второй вход которого является вторым информационным входом блока, а выход элемента ИЛИ соединен с вычитающим входом счетчика, установочный вход которого является первым информационным входом блока, а вход обнуления счетчика является вторым управляющим входом блока, который соединен также с R-входом первого триггера, Sвход которого соединен с выходом счетчика и S-входом. второго триггера, R-вход которого соединен с выходом первого элемента И, а выход второго триггера соединен со вторым входом второго элемента И, прямой выход первого триггера соединен с первым входом третьего э;7емента И, второй вход которого соединен .со вторым информационным входом блока, выход которого соединен со вторым информационным входом блока, выход второго и третьё1го элементов И являются выходами блока. На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства; на фиг. 2 временные диаграммы, иллюстрирующие работу предлагаемого устройства (на фиг. 2а - текущие значения NJ измеряемого, параметра; Nfjg - пороговое значение измеряемого параметра; на фиг. 26 - скользящие интервалы анализа Т, t, tj, t, t - дискретные моменты времени измерения (импульсы с генератора 9 синхронизатора 3); на фиг. 2в - значение площади выброса контролируемого параметра за скользящее время анализа Sgi o допустимое значение площади вцброса . которое соответствует критической ситуации; на фиг. 2г - сигнал на выходе устройства, который равен значимому уровню все время, пока Sg7, ),}. Устройство для распознавания критических состояний объекта контроля содержит блок 1 задания порогового уровня, аналого-цифровой преобразователь 2, синхронизатор 3, блок 4 сравнения, блок 5 определения изменения площади выбросов, регистр б сдвига,, счетчик 7, дешифратор 8. В состав синхронизатора 3 входят генератор 9 импульсов, элемент 10 задержки . В состав блока 4 сравнения входят счетчик 11, триггер 12, элемент И 13, счетчик 14. В состав блока. 5 определения изменения площади выбро са входят элемент И 15, генератор 1 элемент И 17, триггер 18, элемент ИЛИ 19, счетчик 20, триггер 21, эле мент И 22. На входную шину 23 посту пает исследуемый входной сигнал x(t На выходной шине 24 счетчика 7 в к 1ждый текущий момент времени присутствует код, пропорциональный сум марной площади выбросов над пороговым значением контролируемого параметра. На выходной шине 25 формирует ся сигнал в том случае, если за вре мя анализа значение площади выброса контролируемого параметра над порого вым значением превышает заданную предельно допустимую. , Предлагаемое устройство работает следующим образом. В исходном состоянии перед нача.лом измерения регистр 6 сдвига и счетчик 7 обнуляются (цепь обнулени на фиг. 1 не показана). На вход аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 2 поступает входной электрический сигнал x(t) (ток, сопротивление, частота, напряжение, сдвиги фаз и т.д.) величина которого пропорциональна контролируемому параметру. При поступлении на управляющий вход АЦП 2 сигнсша с выхода генератора 9 синхро низатора 3 на выходе АЦП 2 в. моменты ti формируется код текущего значения N, N, Nj, Щ контролируемого параметра, который в число-импульсном коде поступает на вычитающий вход счетчика 11 блока 4 сравнения. На установочные входы счетчика 11 поступает значение кода, пропорционального пороговому значению контролируемого параметра пор, с выхода блока задания порогового значения 1, выполненного, например, в виде регистра памяти. При поступлении си1- нала с генератора 9 в счетчик 11 записывается код Ыг,д , триггер 12 и счетчик 14 устанавливаются в нулевое состояние. Код, соответствующий теку щему значению параметра , поступает на вычитающий вход счетчика 11 уменьшая его содержимое, В случае счетчик 11 не обнулится В случае N ор счетчик 11 обнули ся, и импульс обнуления счетчика 11 установит в состояние 1 триггер 12, Разрешение с прямого выхода триггера 12 поступает на первый вход элемента И 13, на второй вход которого поступает код с выхода АЦП 2, следовательно на выходе элемента И 1 13 сформируется число-импульсный код AN пар « торий поступает на суммирующий вход счетчика 14. .После этого сигнад с выхода элемента 10 задержки поступает на тактовый вход регистра б сдвига, эаписывая в него содержимое счетчика 14 Величина задержки элемента 10 задержки достаточна, чтобы в счетчик 14 блока 4 сравнения записалось максимальное значение кода &N, а разрядность регистра сдвига 6 зависит от требуемого времени анализа То,. После поступления на тактовый вход регистра 6 количества импульсов, равного разрядности регистра сдвига б, на его выходе появится коддЫ - Т, задержанный относительно текущего значения времени на интервал Т,, (фиг. 2). Таким образом, в любой момент времени совокупность значений КОДОВ, записанный в регистре сдви|га 6, характеризует площадь выбpocdB контролируемого параметра Нс1Д пороговым значением за время анализа Т. Формирование значений кода суммарной площади выбросов в счетчике 7 после включения устройства в работу происходит автоматически, без каких-либо дополнительных сигналов управления. В начале работы устрой счетчик 7 с выходом регистра сдвига 6 за apeivM анализа Т,, поступать только нулевые сигнаэты, следовательно, перед анализом каждого цикла измерения триггер 21 будет находиться в состоянии 1, и все значения 4N будут записаны в счетчик 7. После того, как регистр сдвига б будет,заполнен за время анализа- f, с его выходов на установочные входы счетчика 20 будут поступать не нулевые значения кода , , если конечно, было зафиксировано превышение текущего значения контролируемого параметра над пороговым значением. Далее устройство будет функционировать описанным . образом. Сравнение текущего значения площади выбросов SQ с заданным значением S6 Аоп осуществляется следующим об- разом. Сигнал с выхода генератора 9 синхронизатора 3 в каждый момент измерения поступает на вход записи счетчика 20, переписывая в него значения кода с выходов регистра сдвига 6 и .на R-вход триггера 21, устанавливая его в нулевое состояние. Таким образом, перед началом каждого цикла измерения, который определяется периодом частоты генератора 9, в счетчике 20 хранится значение кода превышения значения контролируемого параметра над пороговым значением, но это значение задержано на время анализа Ту. Код текущего превышения йЩ- поступает через элемент ИЛИ 19 на вычитающий вход счетчика 20. Если то счетчик 20 установит в единичное состояние триггер 21, подавая тем самым разрешение на первый вход элемента И 22, на второй вход которого

поступает значение кодадЫ е. Таким образом, на суммирующий вход счетчика 7 поступит количество импульсов NTteK Ттек-Тс Следовательно значение кода суммарной площади выбросов в счетчике 7 увеличивается (фиг. 2). Если ДЫГтек т,вн-Та счетчик 20 не обнулится, и триггер 21 не изменит своего состояния.

После окончания цикла измерения сигнал с выхода элемента задержки 10 синхройизатора 3 поступает на первый вход элемента И 15, на второй входкоторого поступает разрешение с инвер«иого выхода триггера 21. Импуль с выхода элемента И 15 поступает на S-вход триггера 18, устанавливая его в состояние 1,подавая тем самым разрешение на элемент И 17, Импульсы с генератора 16, частота которого (зависит только от быстродействия используе мой элементной базы, проходя через злементы И 17 и ИЛИ 19 уменьшают содержимое счетчика 20, после обнуления которого триггер 18 возвращается в исходное нулевое состояние. Таким образом, на вход счетчика 20 поступит количество импульсов N 2 г 4 Мгтек-т« ЛЧ-ис Значение кода Nj с выхода элемента И 17 поступает на вычитающий вход счетчика 7. Следовательно, значение кода суммарной площади выбросов в счетчике 7 уменьшится.

Отметим, что в счетчике 7 и на шине 24 в любой момент времени будет. I находиться значение кода суммарной .площади выбросов N.5: за время анализа Тд. Как только значение кода

jN. достигнет допустимого значе-:

тек

n 2), на выходной имне 25 дешифратора 8 появляется сигнал, который свидетельствует о том, что за время анализа площадь выброса контролируемого параметра превысила заданную критическую.

5

Технико-эконокмческий эффект предлагаемого устройства по сравнению с известным заключается, во-первых, в том, что контроль площади выбросов контролируемого параметра над пороговым значением осуществляется в

0 скользящем режиме, т.е. непрерывно тогда как в известном устройстве площадь каждого выброса формируется, запоминается, регистрируется и конт5 Ролируется только отдельно, во-вторых, достигается повышение быстродействия распознавания критических состояний объектов контроля, поскольку после каждого цикла измерения результат , анализа, контролируемого процесса

0 (сравнение суммарной площади выбросов контролируемого процесса с допустиким значением) уже имеется.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ PACnp3H V ВАНИЯ КРИТИЧЕСКИХ СОСТОЯНИЙ ОБЪЕКТА КОНТРОЛЯ, содержащее синхронизатор, первый выход которого соединен с первым входом аналого-цифрового преобразователя, второй вход которого соединен с входной шиной, а выход с первым входом блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом блока Зсщания порогового уровня и счетчиком, отличающее, с я тем, что, с целью повьаиения достоверности выявления штормовых ситуаций, оно снабжено регистром .сдвига, дешифратором и блоком определения изменения площади выбросов, первый информационный вход которого соединен с выходом регистра сдвига, второй информационный вход - с первым выходом блока сравнения, а первый выход синхронизатора соединен с третьим входом блока сравнения и первым управляющим входом блока определения изменения площади рыбросов, второй управляющий вход которого ссадинен с вторым выходом синхронизатора, соединенным также с управляющим входом регистра сдвига, информаг ионный вход которого соединен с вторым вы-, ходом блока сравнения, выходы блока определения изменения площади выбросов соединены с входами счетчика, выход которого соединен с первой выходной шиной и входом дешифратора, выход которого соединен с второй выходной шиной. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок определения изменения площади выброса содержит первый элемент И, первый вход которого являетср первым управляющим входом блока, генератор, coe i диненный с первым входом второго элемента И, выход которого соединен (Л с одним из входов элемента ИЛИ, второй вход которого является вторым информационным входом блока, а выход элемента ИЛИ соединен с вычитающим входом счетчика, установочный вход которого является первым информацион ным входом блока, а вход обнуления счетчика является вторым управляющим входом блока, который соединен со о о:) также с R-входом первого триггера, S-вход которого соединен с выходом счетчика и S-входом второго триггера, R-вход которого соединен с вы00 ходом первого элемента И, а выход второго триггера соединен с вторым со входом второго элемента И прямой выход первого триггера соединен с первым входом третьего элемента И, второй вход которого соединен с вто рым информационным входом блока, выход которого соединен с вторым информационным входом блока, выход второго и третьего элементов И являются выхода ш блока.

6

SB

Sffgoa

Фиг. г

t