Устройство для вычисления уровня жидких сред Советский патент 1986 года по МПК G06F17/00 

«

Изобретение относится к вычисли- тельной технике и предназначено для использования в нефтехимической и других отраслях промьтленности в составе уровнемеров жидких сред,

Целью изобретения является повы- гаение точности и достоверности работы устройства.

На фиг.) представлена схема устройства; на фиг.2 - схема блока уп- равления; на фиг.З - схема коммутатора; на фиг. 4 - схема блока переключателей; на фиг.З - схема блока синхронизации; на фиг.6 - схема преобразователя; на фиг.7 - таблица, показывающая правило коммутации частот; на фиг.8 - алгоритм вторичной обработки информации об уровне.

Устройство содержит генератор 1 частоты, делитель 2 частоты, комму- Заторы 3 и 4, элементы И 5-12, блок 13 переключателей, блок 14 памяти коэффициентов (ВПК), реверсивный счетчик (РС) 15, вычитающий счетчик (ВС) 6, PC 17, регистр 18, PC 19 и 20, блок 21 управления, блок 22 разрешения зап1; ;и-считыва- ния, группу 23 триггеров, элемент ИЛИ 24, триггер 25 и преобразователь 26 частоты (фиг.1), генератор 27 тактовой частоты,, счетчик 28, дешифратор 29 и группы 30 и 31 элементов И-ИЛИ (фиг.2), элементы И 32-35 и элементы ИЛИ 36 и 37 (фиг.З), частные переключатели 38 - 40 и элементы 41 - 44 коммутации весов кода (фиг.4), элементы И 45 - 47, триггер 48, счетчик 49 и дешифратор 50 (фиг.5), элемент 51, PC 52 и умножитель 53 (фиг.6).

Процесс вычисления кода Np уровня контролируемой среды происходит следующим образом (фиг.8).

В результате i-ro опроса датчик вычисляется код-уровня контролируемой среды путем математической переработки частот измерительного f и компенсационного f каналов датчика по компенсационному алгоритму

z;

fui fi.K

l

cfCH;),

где fp - опорная частота, и моделирование функции

10

Н;(ГЧг;) К„. (N,Z.+N,,)Z,

+ N

ао

обратной кривой Z , ((H;)Полученное таким образом значение кода уровня N( сравнивается с полученным ранее результируюпщм- значением NP кода уровня.

В результате сравнения принимается ретение, попадает ли значение кода NU. в строб. Строб - это область, построенная вокруг значения Np,куда ожидается попадание следующего значения кода уровня.

Границы строба выбираются из значения реального максимально возможного изменения значения кода уровня за время его однократного вычисления.

Возможны два случая: значение кода уровня попало в строб (это значение кода считается верным); значение .кода уровня не попало в строб (это значение кода уровня считается неверным).

Использование такого принципа сортировки значений кода уровня позволяет исключить влияние на формирование результирующего кода случайных отклонений кода уровня из-за помех.

Для получения более точного значения кода уровня используется сглаживание. Расчетная формула для сглаживания при использовании 4 значений кода уровня N... имеет вид

п V

NHV

где п (1,4),

Возможна работа устройства в двух режимах.

Первый режим - захват, В этом режиме устройство работает следующим бразом. Если за один цикл вычисления все четыре значения кода уровня вышли за пределы строба, то считается, что регшьное значение кода уровня также лежит за пределами строба и новое значение результата вычисляется как среднее арифметическое от этих четырех значений. Если хотя бы одно значение кода уровня из четырех попало в строб, то оно принимается за реальное значение результата, а все значения кода уровня, вышед3

тй е за пределы строба, отбрасываются как неверные. Использование такого алгоритма позволяет устройству автома;тически отыскивать верное значение кода уровня в случае сбоя, перебоях в питании и т.п.

Второй режим - сопровождение. В этом случае результат формируется только из значений кодов уровня, попавших в строб. Если же одно значени в строб не попало, то сохраняется прежнее значение результата.

Устройство формирует сигналы достижения уровнем контролируемой среды,- устанавливаемым с дискретностью в 1 см в диапазоне 0-9999 см, значений: Sgfl - Bbmie верхнего аварийного уровня Ngp; Sf, - Bbmie предупредительного уровня Зцд - ниже аварийного уровня N.

Помимо этого, устройство формирует сигналы достижения уровня менее 1 м, сигнал сбоя, свидетельствующий о том, что новое значение лежит за пределами строба. Устройство вьщает также информационные сигналы о правильности решения контрольной задачи и о поступлении в устройство частот f ц и f V .

Для контроля, правильности функцио нирования устройства, оно через каждые 15 циклов вычисления кода уровня (Тц 5 с) автоматически переходит в режим Контроль. Б этом случае на вход устройства вместо частот fy и fj коммутируются внутренние контрольные частоты f, и f. Работа устройства в релшмах Работа и Контроль полностью идентич- -на, за исключением того, что в ре- жиме Контроль к вычисленному на основании переработки частот f и значению кода уровня прибавляется поправочный коэффициент NIJ, дополняющей вычисленное значение до значения кода уровня, соответствующего уровню 15 м.

Вычисленное в режиме автоматического контроля значение кода уровня не индицируется, и о правильное- ти вьтолнени я контрольного режима свидетельствует осведомительный сигнал. В режиме контроля под управлением оператора контрольный код индицируется.

Коммутатор 4 переключает частоты сглаживания .f, f/2, f/3, f/4 на сум мирующий вход PC 17. Частота с выхо

014

да делителя 2 используется для вы- полнения математических операций с целью формирования сигналов достижения аварийных и предупредительных уровней, фиксируемых на триггерах группы 23. PC 19 и 20 служат для на каапивания до четырех верных (по-, павших в строб)и четьфех неверных значений соответственно в течение одного цикла вычисления результирующего кода уровня.

Блок 22 формирует сигналы R и В на основе сигнала с выхода счетчика 15.

Сигнал R определяет, в какой из счетчиков 19 и 20 занести очередное значение кода уровня.

Сигнал В определяет, откуда списывать код результата (из счетчика 19 или 20) для помещения его в регистр 18 .

Загрузка кодов в счетчики 15,16 и 17 производится в момент поступления сигналов с выхода блока 21.

По сигналу q новое значение результата из счетчика I7 фиксируется в регистре 18 и результаты сравнения сигнальных уровней с кодом результата фиксируются на триггерах 23.

Рассмотрим работу устройства в . течение одного цикла (Тц) образования результирующего кода уровня, - когда степень аппроксимирующего полинома п 2. Цикл V О - V 3 - 4 цикла вь;числения кода уровня.

Цикл V О.

Такт О О. В начале такта Q О по сигналу q,, код NQ. , выбираемый из блока 14, загружается в счетчик 1 5.

Такт Q1. В начале такта в счетчик 16.из счетчика 15 передается значение кода Noz а-в счетчик 15 загружается код Ng. В счетчике 16 код списьгоается импульсами f ,, поступающими на его вычитающий вход через элемент И 7,

На выходе триггера 25 формируется временной интервал длительностью.

г

Nai f.

который заполняется импульсами частот f ц и f , поступающими на входы элементов И 5,6 через коммутатор 3, На выходах.элементов И 5,6 образуются число-импульсные .коды п,, f,

и n fj . которые образуют в счетчике 15 код

Npc,

iu-il t

if}

N

32.

Такт Q2r В начале второго такта код и счетчике 15 передается в счетчик б, а в счетчик 15 заносится код Ng .В течение второго такта код Р.- описывается импульсами частоты , поступающими через элемент И 7 на вычитающий вход счетчика 16 до момента его обнуления. При этом на выходе триггера 25 формируется временной интервал длительностью

л - -Eli.

f. :

Интервал с заполняется импульсами частот fy и fкS поступающими на входы элементов И 5,6. В счетчике 15 образуется код

,

,

iid

fo

K

4 1 2

Хц-Г

Nij - V( f/ , t(i

Такт Q3. В начале такта Q3 код NHJпереносится в счетчики 16 и 17, а результирующий код, полученный во время предьщущего цикла из регистра 18, загружается в счетчик 15.

Код уровня списывается из счетчика импульсами частоты fj и формируемый временной интервал заполняется на элементе И 6 импульсами частоты t , На вычитающий выход счетчика 15 поступает число импульсов iig t f, ив нем образуется .разност- ный код

л л м - н --- а ,м, 1Мр и ц.

Такт Q4. В начале четвертого так- т а код NO,( 10 см (равный половине строба) загружается в счетчик 15, откуда в счетчик 16 ранее бьш переписан разностный код i.N; . Код Д N; списывается из сЧетчика 16 импульсами частоты f, и формируемый временной интервал AN;

заполняется импульсами частоты t , формируя разностный код UN|.Возможны два варианта: 1) uNj Ng . В блоке 22 на основании сигнала заема, снимаемого с выхода счетчика 15, формируется сигнал R О, свидетельствующий о том, что код уровня лежит за пределами строба и поэтог-гу должен быть занесен в счетчик 20;

2) U N, . Сигнал заема не формируется, R - 1 ; код уровня попал в строб и должен быть занесен в счетчик 19.

Цикл VI.

Такт QO. В начале такта (30 код Нд2,из блока 14 переносится в счетчик 15. Код уровня из счетчика

17 списывается импульсами частоты f , На выходе из триггера 25 формируется временной интервал, который при R I на элементе И 5 заполняется импульсами частоты f , и в

счетчик 19 заносится код уровня. Если R 0, на элементе И 11 временной интервал f заполняется импульсами частоты iy и код уровня заносится счетчик 20 Так происхоДит накапливание верных и неверных значений в -счетчиках 19 и 20.

Действия, выполняемые в тактах Q1 - Q4, аналогичны действиям, выполняемым в тактах Q1 - Q4 цикла VO.

Циклы V 2,3. Действия в них аналогичны действиям в дикле V 1. Действия, вьтолняемые во время диклов V 4 - V 7,направлены на формирование сигналов аварийной и предупредительной сигнализации, а также автомати- ческого контроля исправности работы устройства.

Цикл. V4.

Такт QO. Действия в этом также аналогичны действиям в тактах ЙО циклов V1 - V3.

Такты ( 1 - О 4 - холостые.

Такт Q2. Содержимое счетчика 19, если В 1 (в случае, если в счетчике 1-9 накоплено хотя бы одно значение кода уровня ) или содержимое счетчика 20 (если в нем накоплены 4 значения кода уровня) списывается импульсами частоты i , и образуемый временной интервал с pci9/{ заполняется в коммутаторе 4 т-тпульса- ми частоты f/4, если в счетчике 19 накоплено 4 значения кода уровня;

7

-импульсами частоты -1/3, если в счетчике 19 накоплено 3 значения кода уровня; - импульсами частоты i/2, если в счетчике 19 накоплено 2 значения кода урбвня; - импульсами часто- ты i , если в счетчике 19 накоплено одно значение кода уровня; рсн2о/г заполняется в коммутаторе 4 импульсами частоты i /4, образуя в счет.чи- ке 17 новое значение кода результа- та. В этом случае формируется сигнал сбоя .Sj-, говорящий о том, что новое значение;результата лежит за пределами строба.

Таким образом, осуществляется сглаживание накопленных значений кодов.

Цшсл Y5. Во время этого цикла при наличии сигнала, свидетельствующего о работе устройства в режиме контроля, выполняется автоматический контроль работы.

Такт Q. Формируется контрольное значение кода путем дополнения к вычисленному в режиме Контроль в результате переработки частот f и д(( коду уровня N,1 поправочного коэффициента &N.

Таким образом, в начале такта Q в счетчик 15 загружается из блока 14 Гтоправочньш коэффициент. Код, поме- щенный в счетчик 7 в момент V 4 Q2, преобразуется во временной интервал

вк

i

и на выходе элемента И 5 (если знак

UN., положительный) или элемента И 6

если знак uN отрицательньй } преобразуется в число и myльcoв, зано- симое в счетчик 15.

В счетчике 15 формируется контрольный код

N

як

РП &N, ± . .

Такт Q2. Вычисляется разность между контрольным значением кода Р и контрольным числом N, извлекаемы из блока 14., В начале Q 2 Гц из счетчика переносится в счетчик 16. В счетчик 15 загр5окается М из блока 14.

Код Р| преобразуется во временной интервал

. Ц-,

10 ,«

и в счетчике 15 формируется разност

ЛР, N,- Р -|-Если ЛР превьттает заданное знчение, формируется сигнал S свидетельствующий о том, что контрольная задача решена неверно.

Цикл V 6.

Такт (JO. В счетчик 15 загружается код из.регистра 18.

Такт Q. Код переписывается из счетчика 15 в счетчик 16, а в счетчик 15 загружается из блока 14 код, эквивалентный 1 м.

Вьтолняется операция сравнения

Л. N,- Np -|-.

Если с выхода счетчика I5 не снимается сигнал заема, т.е. NpCN, на триггерах 23 формируется сигнал S,, свидетельствующий о том, что реальное значение уровня менее 1 м.

Такт Q2. В счетчик 15 загружается код из регистра 18.

Такт Q3. Загруженньй код переносится в счетчик 16, а в счетчик 15 загружается код предупредительного уровня, выбираемьй из блока 13. Вьтолняется операция

Ч Nn - Np

Если с выхода счетчика 15 снимается сигнал заема, т.е. Np , то на триггерах 23 формируется сигнал 5р, свидетельств тощий о превышении уровнем среды значения предупре дительного уровня.

Такт Q4 - холостой такт.

Цикл V 7.

Такт QO. Код из регистра 18 загружается в счетчик 15.

Такт QI. В начале такта код переписывается в счетчик 16, а в счетчик 15 загружается код Ngд верхнего аварийного уровня из блока 13.

Если в результате операции сравнения

л V - м iL 3 б А р f

С выхода счетчика 15 поступает сигнал заема Z,, то на триггерах 23 формируется признак Sp,, свидетель- ствугаций о превыгаении уровнем значения кода N ря.

Такт Q2, Загрузка кода результата в, счетчик 15.

Такт Q3. Загруженньй код переписывается в счетчик 16, а счетчик 5 загружается код нижнего аварийного уровня из блока 13.

Вычисляется операция сравнения

Np-f

Если в результате не сформирован сигнал заема, то на триггерах 23 формируется сигнал , говорящий о том, что уровень среды опустится ниже нижнего аварийного.

Такт Q 4 - холостой такт.

Устройство предназначено для работы с радиолокационным датчиком. Оно позволяет формировать значение результирующего кода уровня, не зависящее от электрофизических свойств сред и линейно связанное с уровнем измеряемой среды. Устройство реализует алгоритм вторичной обработки информации, включающий операции по вычислению компенсационной зависимости и кодов уровня , обладает режимами автоматического захвата и сопровождения уровня, сличения вновь вычисленного значения со старым, сортирует значения на, верные и неверные, что исключает влияние помех на выходной результат, осу1п1ест:зляет сглаживание накопленных кодов для по лучения точного значения результата усредняет входную информацмо. Устройство формирует осведомительные сигналы дискретно настраиваемт 1х значений аварийных уровней,, уровня менее метра, сигнала контроля ПП и ВП,

Формула изобретения

1.Устройство для вычисления уровня жидких сред, содержащее элементы И, генератор частоты, триггер, первы реверсивный счетчик и делитель частоты, отличающееся т ем, Ч то, с целью повышения точности и достоверности, в него введены вычи- тающий счетчик, регистр, коммутаторы преобразователь частоты, второй, третий и четвертый реверсивные счетчики, блок переключателей, группа триггеров, элемент ИЛИ, блок управления, блок памяти коэффициентов, блок разрешения записи-считьгоания,причем выход генератора частоты соединен с

5

0

5

0

5 О

5 О 5

101 0информационным входом делителя частоты, первый и второй выходы частоты которого подключены к первому и второму информационным входам первого комг-1утатора, третий, четвертый, пятый и шестой выходы частоты делителя частоты подключены соответственно к первому, второму, третьег ту и четвертому информадионным входам второго коммутатораS седьмой выход частоты делителя частоты соединен с первые входом первого элемента И, выход которого подключен к счетному входу вычитающего счетчика, восьмой и девятый выходы частоты делителя частоты соединены соответственно с первым и вторым синхронизирующими входами преобразователя частоты, информационный вход которого является первым информационным входом устройства, третий и четвертый информационные входы первого коммутатора соединены соответственно с выходом преобразователя частоты и с вторым информационным входом устройства, первый и второй выходы первого коммутатора соединены соответственно с первыми входами второго и третьего элементов И, выходы которых подключены соответственно к суммирующему и вычитающему.входам первого реверсивного счетчика, выход второго коммутатора соединен с суммирующим входом второго реверсивного счетчика, вычитающий вход которого соединен с выходом четвертого элемента И, выход старшего разряда первого реверсивного счетчика соединен с информационными входами триггеров группы и блока разрешения записи-считывания и с первьм входом элемента ИЛИ, второй, третий, четвертый и пятый входы которого соединены соответственно с выходами старших разрядов вычитающего счетчика, второго, третьего и четвертого реверсьвных счетчиков, первый выход блока разрешения записи-считывания соединен с первыми входами пятого и шестого элементов И, второй выход соединен с первыми входами седьмого и восьмого элементов И, вычитающий и суммирующий входы третьего реверсивного счетчика соединены соответственно с выходами пятого и седьмого элементов И, вычитающий и суммирующий входы четвертого реверсивного счетчика соедине ЕЫ соот I 1

ветственно с выходами шестого и восьмого элементов И, первьй вход четвертого элемента И и вторые входы элементов И с пятого по восьмой соединены с первым выходом частоты сглаживания делителя частоты, вторые входы элементов И с первого по четвертый, третьи входы элементов И с пятого по восьмой, установочный, вход делителя частоты и пятый ин- формационный вход второго коммутатора соединены с выходом триггера, нулевой вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ, единг-иньш выход триггера соединен с синхронизи рующим выходом блока управления, выход блока переключателей соединен с первым информационным входом блока памяти коэффициентов, второй информационный вход которого, и ин- формационный выход устройства соединены с выходом регистра, выход блока памяти коэффициентов соединен с информационным входом первого реверсивного счетчика, инфор мационный выход которого соединен с информа- ционным входом вычитающего счетчика, выход которого подключен к информационному входу второго реверсивного счетчика, выход которого соединен с. информационным входом регистра, выход выборки кодов блока управления соединен с адресным входом блока памяти коэффициентов и с входом блока переключателей, первый и вто- рой коммутирующие выходы блока управления соединены соответственно с управляющими входами первого и второго коммутаторов, выход тактов и выход циклов блока управления соедине- ны соответственно с входами тактов и циклов блока разрешения записи-считывания и триггеров группы, выходы которых являются сигнальными выходам устройства, синхронизируюпцй выход блока управления подключен к входам разрешения записи реверсивнь1х счетчиков с первого по четвертый, вычитающего счетчика и триггеров группы, причем блок управления содержит две группы элементов И-ИЛИ, дешифратор.

10112

счетчик и генератор тактовой частоты, выход кбторого соединен со счетным входом счетчика и с перв1фш вхо дами элементов И-ШТИ первой группы, выходы которых явJrяютcя сигтхрони- зйрующим выходом блока, выход счетчка соединен с входом дешифратора, выход которого подключен к вторьм входам элементов И-1ШИ первой групп к выходу тактов блока и к входам элментов И-ИЛЙ второй группы, выходы которых являются соответственно выхдами циклов, выборки кодов, nepBbw .вторым коммутирующими выходами.

2. Устройство по п.1, о т л и - чающееся тем, что блок разрешения записи-считывания содержит триггер, счетчик, дешифратор, первый, второй и третий элементы И, первые и вторые входы которых соединены соответственно с входами тактов и циклов блока, третий вход первого элемента И является информационным входом блока., выход первого элемента И соединен со счетным входом счетчика и с единичным входом триггера, выход счетчика через дешифратор соединен с третьим входом второго элемента И, выход которого является первым выходом блока, выход триггера подключен к третьеьгу входу третьего элемента И, выход которого соединен с вторым выходом блока и с нулевым входом триггера.

3. Устройство по П.1, о т л и- чающееся тем, что преобразователь частоты содержит элемент И, умножитель и реверсьтный счетчНк, ст, т 1мирую1дий и вычитающий входы которого подключены соответственно к выходу элемента И и к выходу умножителя, выход реверсивного счетчика соединен с информационным входом умножителя, входы элемента И являются соответственно инфopмaциoннJJI I и первым синхронизирующим входами преобразователя, синхронизирующ ш вход умножителя является вторым синхронизирующим входом преобразователя, выход умножителя является выходом преобразователя.

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано, например, в-нефтехимической промьпплениости. Целью изобретения является повьгаение точности и достоверности работы устройства. Устройство содержит элементы И, генератор частоты, триггер, реверсивные и вычитающий счетчики, делитель час- тоты, регистр, коммутаторы, преобразователь частоты, блок переключателей, группу трип еров, элемент ИЛИ, блок управления, блок памяти коэффициентов, блок разреше}1ия записи-считывания. Устройство позволяет формировать значение результирующего кода уровня, не зависящее от электрофизических свойств сред и линейно связанное с уровнем измеряемой среды, производит сличение нового значения кода уровня со старым и сглаживание накопленных кодов для получения точного значения результата. 2 з.п. ф-лы, 8 ил. § (Л

Фие.2

fu lUfuH Mj

f MI и Ул-л- MI

срце.З

,В2,вЗ

- Nnfl6

фие. 4Фие. 6

Grt - j/yooY ноэффицае/ гпа ffi

Фие- 7

( ffoHei

фиг. 8