Устройство для централизованного контроля параметров Советский патент 1986 года по МПК G06F11/07 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть применено при построении многоточечных систем централизованного контроля параметров, предназначенных для контроля технологических процессов, выполнения научных исследований, испытания различного оборудование.

Цель изобретения - увеличение быстродействия устройства.

На фиг. 1 приведена структурная схема устройства; на фиг. 2 - структурная схема блока выделения приоритета; на фиг. 3 - структурная схема регистра.

Устройство содержит датчики 1, блоки 2 гальванической развязки, вычитающие блоки 3, блок 4 задания номинальных значений параметров, блоки 5 выделения абсолютного значения сигнала, блок 6 выделения приоритета; регистр 7, первый 8 и второй 9 коммутаторы, блок 10 задания допустимых отклонений параметров, первый 11 и второй 12 блоки сравнения, генератор 13 импульсов, первый 14, второй 15 и третий 16 элементы И, счетчик 17, триггер 18, первый 19 и второй 20 элементы ИЛИ, элемент НЕ 21, блок 22 преобразования кода, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 23 и блок 24 индикации.,

Блок 24 индикации состоит из регистра 25, преобразователей 26 двоичного кода в двоично-десятичный, дешифраторов 27, цифровых индикаторов 28 и блока 29 световой индикации.

Блок 6 образуют диоды 30, операционные усилители 31 и компараторы 32. Кроме того, блок 6 имеет входы 33 н выходы 34.

Регистр 7 (фиг. 3) содержит N (где N - число измеряемых параметров) D-триг- геров 35 (35i-35N). N-1 элементов И 36 (36,-36N-I), N-2 элементов И 37 (37i - 37N-2), информационные входы 38, информационные выходы 39 и вход 40 синхронизации.

Датчики 1 предназначены для преобразования измеряемых технологических параметров в пропорциональный им электрический сигнал. Блок 2 служит для нормализации выходных сигналов датчиков 1. С помощью вычитающих блоков 3 определяется разность между текущими значениями параметров и их номинальными значениями, для формирования и выдачи которых служит блок 4 задания номинальных значений параметров. Блоки 5 выделения абсолютного значения сигнала предназначены для преобразования двухполярных сигналов разности текущих и номинальных значений параметров в однополярный сигнал (в напряжение положительной полярности). Блоки 3 и 5 могут быть реализованы с применением интегральных операционных усилителей. Блок 6 используется для определения номера наиболее активного параметра, т. е. параметра, наиболее отклонившегося от номинального значения. Диоды 30 и операционные усилители 31 образуют схему выделения наибольшего из сигналов, поступающих через входы 33 блока 6 на неинвертирующие входы операционных усилителей 31. При этом на щине, объединяющей катоды

диодов 30 и инвертирующие входы операционных усилителей 31, присутствует уровень напряжения, соответствующий максимальному из напряжений, поданных на входы 33. При этом только один из операционных усилителей 31 охвачен глубокой отрицательной связью, а именно тот, на вход которого подан максимальный сигнал. При этом на его выходе имеется положительное напряжение, равное напряжению, подаваемому на его неинвертирующий вход, за вычетом падения напряжения на соответствующем открытом диоде 30 (напряжение на выходе блоков 5, которое подается на входы блока 6, всегда положительно). Непосредственно на выходах других операционных усилителей 31 устанавливается больщое отрицательное напряжение (близкое к отрицательному напряжению источника питания операционных усилителей, т. е. эти операционные усилители входят в режим насыщения, так как соответствуюц1,ие диоды закрыты, отрицательная связь отсутствует, а напряжение на их инвертирующих входах превыщает напряжение, поданное на неинвертирующие входы). Таким образом, положительное напряжение присутствует на выходе только одного из операционных усилителей 31, на неинвертирующий вход которого подан максимальный сигнал. Выходы операционных усилителей 31 подключены к неинвертирующим входам соответствующих компараторов 32 (например, типа 521СА2), на инвертирующие входы которых подан нулевой потенциал (земля). При этом на выходе любого из компараторов 32 имеется уровень, соответствующий «1 в том случае, если на его неинвертирующий вход подается положительное напряжение. Так как положительное напряжение находится только на выходе одного операционного усилителя 31 (на вход которого подан максимальный сигнал), на выходах 34 блока 6 присутствует единичный позиционный код, соответствующий номеру наиболее активного параметра.

Регистр 7 служит для запоминания единичного позиционного кода, поступающего на его информационные входы с блока 6, на время анализа состояния наиболее активного параметра.

Информационные входы 38 регистра 7 соединены с D-входами триггеров 35i-35N. Запись информации в регистр 7 осуществляется подачей импульса на синхровход 40. Схема выделения параметра, имеющего наибольший приоритет, состоящая из элементов И 36i-36N-1 и 37i-37N-2, предназначена для выбора канала, если в триггеры 35i-35N по каким-либо причинам (например, когда максимальное отклонение параметров от их номинальных значений одинаковое для

нескольких параметров, или происходит сбой в работе устройства) записывается код, содержащий более чем одну единицу. В этом случае на выходах 39 регистра 7 присутствует единичный позиционный код, соответствующий номеру одного из самых активных параметров, имеющего наивысший приоритет. При этом более высокий приоритет имеет канал с наименьщим номером. Например, пусть триггер 35i (который соответствует параметру с первым номером) находится в единичном состоянии. В этом случае уровень «1 с прямого выхода триггера 35i подается непосредственно на выход регистра 7, в то же время нулевым уровнем с его инверсного выхода все элементы И 36i-Збя-i , 37i-37N-2 закрываются и, следовательно, не- зависимо от состояния триггеров 352-35N на всех выходах 39, кроме первого, присутствует нулевой логический уровень. Если триггер 35i находится в нулевом состоянии, а триггер 352 - в единичном, то срабатывает элемент И Збь в то же время все остальные элементы И 862-36N-1, 37 -37N-2 закрываю- ются нулевым логическим уровнем с инверсного выхода триггера 352

Таким образом, независимо от состояния триггеров 35з-35N, уровень «1 присутствует только на втором выходе регистра 7 и т.д.

Коммутатор 8 предназначен для подключения выхода одного из блоков 3 (на выходе которого напряжение максимально) к входам первого 11 и второго 12 блоков сравнения. Второй коммутатор 9 служит для подключения выхода одного из блоков 2 к информационному входу АЦП. Блок 10 предназначен для формирования и выдачи значений допустимых отклонений параметров от номинальных значений и представляет собой два источника напряжений разной полярности. Блоки И и 12 вырабатывают сигналы «1 при достижении текущей положительной (блок 11) и отрицательной (блок 12) разности значения допустимого отклонения соответствующего знака, т. е. логические сигналы «Больще и «Меньше. Генератор 13 импульсов предназначен для синхронизации работы устройства и представляет собой автоколебательный мультивибратор, в котором используются два противофазных выхода, образующие первый и второй выходы генератора. Первый элемент И 14 формирует импульс, поступающий на синхровход регистра 7. Второй элемент И 15 разрещает прохождение импульсов с первого выхода генератора 13 на счетный вход счетчика 17, если наиболее активный параметр превыщает установленную зону допуска. С помощью этих импульсов производится также запуск АЦП и установка в нулевое состояние триггера 18. Третий элемент И 16 служит для формирования сигнала, устанавливающего триггер 18 в единичное состояние и обнуляющего регистр 25 блока 24 индикации по окончании регулирования параметра. Счетчик 17 формирует временной

интервал, равный максимальному времени регулирования. Триггер 18 предназначен для запрета прохождения импульсов с выхода генератора 13 через первый элемент И 14 на синхровход 40 регистра 7 на время регулирования параметра, превышающего верхний или нижний допуск, а также для установки в нулевое состояние счетчика 17. Первый элемент ИЛИ 19 формирует сигнал окончания регулирования параметра.

Второй элемент ИЛИ 20 предназначен для выработки сигнала «1 при выходе наиболее активного параметра из допустимой зоны, а элемент НЕ 21 - для выработки сигнала «Норма, соответсгвующего нахождению наиболее активного параметра в допустимой зоне. Блок 22 преобразует единичный позиционный код, соответствующий номеру наиболее активного параметра, в двоичный для регистрации его в блоке 24 индикации. С помощью АЦП 23 осуществляется преобразование текущего значения наиболее активного параметра, вышедщего из допустимой зоны, в двоичный код. Блок 24 индикации содержит регистр 25, предназначенный для записи, хранения и выдачи кода значения наиболее активного параметра и

представляющий собой регистр с параллельной установкой информации, преобразователи 26 двоичного кода значений наиболее активного параметра и номера канала в двоично-десятичный код, дешифраторы 27 двоично-десятичного кода в десятичный позиционный код, необходимый для управления цифровыми индикаторами 28, блок 29 световой индикации, предназначенный для регистрации отклонений наиболее активного параметра из зоны допустимых значений («Больше или «Меньше) и содержащий

усилители с лампами накаливания, подсвечивающими соответствующие транспоранты. Устройство работает следующим образом. С выхода датчиков 1 снимаются электрические сигналы, величина которых соответствует измеряемым технологическим параметрам. После нормализации в блоках 2 сигналы поступают на вход соответствующих вычитающих блоков 3, где определяется разность между текущими значениями измеряемых параметров и их номинальными значениями, формирование которых производится блоком 4. Разность текущих и номинальных значений параметров преобразуется блоками 5 выделения абсолютного значения сигнала в однополярные сигналы. Блоком 6 определяется номер наиболее активного параметра, отклонение которого от номинального значения максимально.

В исходном состоянии на прямом выходе триггера 18 установлен сигнал «1, который разрешает прохождение импульсов с второго выхода генератора 13 импульсов через

первый элемент И 14 на синхровход регистра 7. С приходом каждого импульса в регистр 7 записывается код наиболее активного параметра. Если записанный код содержит более чем одну единицу, схема выделения параметра, имеющего наибольший приоритет, входящий в регистр 7, из нескольких наиболее активных параметров выбирает имеющий наибольший приоритет. Единичный позиционный код с выхода регистра 7 поступает на управляющие входы первого 8 и второго 9 коммутаторов, с помощью которых к входам блоков 11 и 12 сравнения и информационному входу АЦП 23 подключаются выходы соответственно вычитающего ю блока 3 и блока 2 того канала, в котором отклонение измеряемого параметра от номинального значения максимально.

Если отклонение наиболее активного параметра от номинального значения превысило допустимую величину, значение которой для положительных и отрицательных отклонений задается блоком 10, срабатывает первый 11 или второй 12 блок сравнения, а также второй элемент ИЛИ 20, сигнал «1 с выхода которого разрешает прохождение импульсов с первого выхода генератора 13 через второй элемент И 15. Импульс с выхода второго элемента И 15 устанавливает триггер 18 в нулевое состояние, на прямом выходе появляется сигнал «О, который запрещает прохождение импульсов с второго выхо- 25 да генератора 13 через первый элемент И 14 на синхровход регистра 7 до окончания регулирования наиболее активного параметра, выщедшего из допустимой зоны. Импульсы с выхода второго элемента И 15 посту15

20

счетчика 17, время заполнения которого равно максимальному времени регулирования параметра. Первый элемент ИЛИ 19 срабатывает, если в течение времени заполнения счетчика 17 параметр не поддается регулированию и на выходе переполнения счетчика 17 появляется сигнал «1 или сигнал «1 появляется на выходе элемента НЕ 21, т. е. параметр в течение заданного промежутка времени будет отрегулирован.

После срабатывания первого элемента ИЛИ 19 с приходом импульса с второго выхода генератора 13 срабатывает третий элемент И 16, импульс с выхода которого устанавливает регистр 25 блока 24 индикации в нулевое состояние, а также переводит триггер 18 в единичное состояние. Сигнал «1 с единичного выхода триггера 18 устанавливает в нулевое состояние счетчик 17 и разрешает прохождение импульсов с второго выхода генератора 13 через первый элемент И 14 на. синхровход регистра 7, т. е. устройство переходит из режима регулирования параметра, выщедшего из допустимой зоны, в режим анализа наиболее активного параметра.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет определить номер наиболее активного параметра в течение одного такта работы устройства. Повышение быстродействия устройства позволяет повысить скорость обнаружения аварийного состояния контролирупают также на управляющий вход АЦП 23, 30 емого объекта и, следовательно, повысить

осуществляя его запуск. После преобразования аналогового значения наиболее активного параметра в двоичный код он по сигналу «Конец преобразования АЦП записывается в регистр 25 блока 24 индикации, и далее после преобразования в соответствующих блоках 26 и 27 значение измеренного параметра отражается на цифровом индикаторе 28. АЦП 23 работает в режиме периодического запуска, что позволяет оператору следить за изменением параметра в ходе его регулирования.

Номер наиболее активного параметра в виде единичного позиционного кода, снимаемого с выходов регистра 7, преобразуется блоком 22 в двоичный код, и после его преобразования в соответствующих блоках 26 и 27 блока 24 индикации, номер измеряемого параметра отражается на цифровом индикаторе 28. Блоком 29 световой индикации фиксируется, какой допуск превышен наиболее активным параметром, верхний или нижний.

К устройству может быть подключен регулятор, на вход которого с блока 22 поступает двоичный код номера параметра, который необходимо регулировать, а также информация с блоков 11 и 12 в том, какой допуск, верхний или нижний, превышен параметром.

Одновременно импульсы с выхода второго элемента И 15 поступают на счетный вход

эффективность централизованного контроля технологических параметров.

35

Формула изобретения

Устройство для централизованного контроля параметров, содержащее в каждом из каналов последовательно соединенные датчик, блок гальванической развязки, вычита4Q ющий блок, а также блок задания номинальных значений параметров, блок выделения абсолютного значения сигнала в каждом из каналов, два коммутатора, блок задания допустимых отклонений параметров, два блока сравнения, генератор, три элемента И, два

45 элемента ИЛИ, триггер, элемент НЕ, аналого-цифровой преобразователь и блок индикации, причем к второму входу вычитающего блока каждого из каналов подключены соответствующие выходы блока задания номинальных значений параметров, выходы

50 вычитающего блока каждого из каналов подключены к соответствующим информационным входам первого коммутатора, управляющие входы которого соединены с соответствующими управляющими входами второго коммутатора, а выход соединен с первыми входами первого и второго блоков сравнения, вторые входы котбрых соединены соответственно с первым и вторым выходами блока задания допустимых отклонений

55

5

0

счетчика 17, время заполнения которого равно максимальному времени регулирования параметра. Первый элемент ИЛИ 19 срабатывает, если в течение времени заполнения счетчика 17 параметр не поддается регулированию и на выходе переполнения счетчика 17 появляется сигнал «1 или сигнал «1 появляется на выходе элемента НЕ 21, т. е. параметр в течение заданного промежутка времени будет отрегулирован.

После срабатывания первого элемента ИЛИ 19 с приходом импульса с второго выхода генератора 13 срабатывает третий элемент И 16, импульс с выхода которого устанавливает регистр 25 блока 24 индикации в нулевое состояние, а также переводит триггер 18 в единичное состояние. Сигнал «1 с единичного выхода триггера 18 устанавливает в нулевое состояние счетчик 17 и разрешает прохождение импульсов с второго выхода генератора 13 через первый элемент И 14 на. синхровход регистра 7, т. е. устройство переходит из режима регулирования параметра, выщедшего из допустимой зоны, в режим анализа наиболее активного параметра.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет определить номер наиболее активного параметра в течение одного такта работы устройства. Повышение быстродействия устройства позволяет повысить скорость обнаружения аварийного состояния контролиру0 емого объекта и, следовательно, повысить

эффективность централизованного контроля технологических параметров.

35

Формула изобретения

Устройство для централизованного контроля параметров, содержащее в каждом из каналов последовательно соединенные датчик, блок гальванической развязки, вычитаQ ющий блок, а также блок задания номинальных значений параметров, блок выделения абсолютного значения сигнала в каждом из каналов, два коммутатора, блок задания допустимых отклонений параметров, два блока сравнения, генератор, три элемента И, два

5 элемента ИЛИ, триггер, элемент НЕ, аналого-цифровой преобразователь и блок индикации, причем к второму входу вычитающего блока каждого из каналов подключены соответствующие выходы блока задания номинальных значений параметров, выходы

0 вычитающего блока каждого из каналов подключены к соответствующим информационным входам первого коммутатора, управляющие входы которого соединены с соответствующими управляющими входами второго коммутатора, а выход соединен с первыми входами первого и второго блоков сравнения, вторые входы котбрых соединены соответственно с первым и вторым выходами блока задания допустимых отклонений

5

параметров, а выходы, являющиеся соответственно первым и вторым выходами устройства, соединены соответственно с третьим и четвертым информационными входами блока индикации и первым и вторым входами второго элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом элемента НЕ, выходы блоков гальванической развязки каждого из каналов соединены с соответствующими информационными входами второго коммутатора, выход которого соединен с информационным входом аналого-цифрового преобра зователя, управляющий выход которого соединен с первым управляющим входом блока индикации, а информационные выходы соединены с соответствующими вторыми информационными входами блока индикации, первый выход генератора соединен с вторым входом второго элемента И, выход которого соединен с входом установки триггера в нулевое состояние, вход установки триггера в единичное состояние соединен с вторым управляющим входом блока индикации, а прямой выход триггера подключен к первому входу первого элемента И, второй вход которого соединен с вторым выходом генератора и вторым входом третьего элемента И, выход переполнения счетчика соединен с первым входом первого элемента ИЛИ, отличающееся тем, что, с целью увеличения быстродействия, в него введены блок выделения приоритета, регистр и блок преобразования кода, выходы которого, являющиеся информационными выходами устройства, соединены с соответствующими первым информационными входами блока индикации, а входы - с соответствующими управляющими входами первого коммутатора и информационными выходами регистра, информационные входы которого подключены к соответствующим выходам блока выделения приоритета, входы которого подсоединены к соответствующему выходу блока выделения абсолютного значения сигнала каждого из каналов, управляющий вход аналого-цифрового преобразователя соединен с выходом второго элемента И и счетным входом счетчика, вход обнуления которого соединен с прямым выходом триггера, вход установки в единичное состояние которого соединен с выходом третьего элемента И, первый вход ко0 торого соединен с выходом первого элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом элемента НЕ, вход которого соединен с первым входом второго элемента И, выход первого элемента И соединен с входом синхронизации регистра, в каждом из

каналов выход вычитающего блока соединен с входом блока выделения абсолютного значения сигнала.

2 JV

Фиг,, г

38

39

Фиъ.Ъ

Составитель В. Копылов

Редактор М. ДылынТехред И. ВересКорректор А. Ференц

Заказ 3290/48Тираж 836Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Изобретение относится к измерительной технике, может найти применение при построении многоточечных систем централизованного контроля параметров, предназначенных для контроля технологических процессов, и позволяет увеличить быстродействие устройства по обнаружению аварийного состояния контролируемого объекта. Аналоговые сигналы от датчиков 1 через блоки 2 унификации, вычитающие блоки 3 и блоки 5 выделения абсолютного значения сигнала каждого из каналов поступают в блок 6 определения наиболее активного параметра и затем в регистр 7, где происходит определение номера канала с наиболее активным параметром. Коммутаторами 8 и 9 в соответствии с этим номером осуществляется коммутация входной информации. Через блоки 11 и 12 сравнения на выход устройства и в блок 24 индикации поступает информация о знаке отклонения наиболее активного параметра от номинального, а через аналого-цифровой преобразователь 23 в блок 24 индикации поступает информация о величине наиболее активного параметра. С регистра 7 через блок 22 преобразования единичного кода в двоичный на выход устройства и в блок 24 индикации поступает номер канала с наиболее активным параметром. Синхронизирует работу устройства управляемый генератор, собранный на основе генератора 13, счетчика 17, триггера 18, трех элементов И 14, 15, 16, двух элементов ИЛИ 19, 20 и элемента НЕ 21. Устройство, также содержит два задатчика блок 4 задания номинальных значений параметров и блок 10 задания допустимых отклонений параметров. 3 ил. i (Л ьэ ОО оо