Устройство для контроля экспоненциальных процессов Советский патент 1987 года по МПК G05B23/02 

Изобретение огносится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для контроля переходных процессов, имеющих экспоненциальный закон изменения, в различных технологических объектах, например в энергоблоках электростанций.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства за счет прогнозирования времени достижения уровня предаварийной уставки.

На фиг.1 показана структурная схема устройства; на фиг.2 - схема блока

управления; на фиг.З - временная диаг- 5 формирует последовательность тактовых

рамма экспоненциального процесса.

Устройство содержит регистр 1 сдвига, сумматор 2, блок 3 управления, первый 4 и второй 5 пороговые элементы, первьй 6 и второй 7 генераторы Одиночных импульсов, первый 8, второй 9 и третий 10 триггеры, первый 11, второй 12 и третий 13 элементы И, элемент ИЛИ-НЕ 14, первьй 15 и второй 16 элементы ИСКЛЮЧАКВДЕЕ ИЛИ, первьй 17, второй 18 и третий 19 элементы задержки, информационный вход 20, входы первого 21 и второго 22 эталонных напряжений.

Блок 3 управления содержит генератор 23 импульсов, распределитель 24 импульсов, коммутатор 25, ключ 26, первый 27 и второй 28 элементы ИЛИ, элемент 29 задершси, первьй 30, второй 31, третий 32 и четвертьй 33 вы- гистра 1 сдвига четвертых разрядов

ходы.

Устройство для контроля экспоненциальных процессов работает следующим образом.

В исходном состоянии на выходе 30 ключа 26 блока 3 управления действует сигнал логического нуля, которьй поступает на тактовые входы генераторов 6 и 7 одиночных импульсов, блокируя их. Триггеры 8-10 находятся в нулевом состоянии в результате предшествующей работы устройства.

В режиме контроля экспоненциальных процессов (фиг.1) входы 21 и 22. эта

тетрад двоично-десятичного кода, .содержащего п 4т двоичных разрядов, где m - количество десятичных разрядов на последнем п-м выходе распреде40 лителя 24 -импульсов блока 3 управления формируется последовательность импульсов частоты f/n, которая через элемент 29 задержки поступает на длительность тактового импульса и через

45 ключ 26 в режиме контроля - на тактовые входы генераторов 6 и 7 одиночных импульсов.

На. коммутаторе 25 блока 3 управления устанавливают двоично-десятичньй

лонных напряжений подключают к источ- 50 ОД с избытком 6 (согласно таблице) , задающий величину коэффициента К, рассчитываемого по формуле

к- - iBUjI.lsy.,(,-)

InU, - InU, /

55 где и/ и и - уровни эталонного напряжения на входах 21 и 22 соответственно; и, - уровень напряжения предаварийной уставки.

никам эталонных напряжений, задающих два уровня эталонного напряжения и и UA, а на информационньй вход 20 устройства подается аналоговый сигнал и , изменяющийся по экспоненциальному закону Ug , где U,- начальное значение входного напряжения, oL- показатель экспоненциальной функции, t - время. Как только вход

ное нал ряжение, действующее на информационный вход 20, достигает первого уровня эталонного напряжения U , срабатывает пороговый элемент 4, на выходе которого формируется сигнал логической единицы, запускающий генератор 6 одиночных импульсов.

На тактовые входы генераторов 6 и 7 одиночных импульсов поступает последовательность импульсов через ключ 26 с выхода элемента 29 задержки блока 3 управления, который работает следующим образом. Генератор 23 импульсов (фиг.2) блока 3 управления

сигналов частоты f, которая поступает на входы синхронизации регистра 1 сдвига, элементов 18 и 19 задержки, а также на входы распределителя 24

импульсов. На п выходах распределителя 24 импульсов формируются п последовательностей сигналов частоты f/n, сдвинутых друг относительно друга на время 1/f. Выходы распределителя 24 импульсов, имеющие номера 41, где i 1,2,...,m, подключены к входам элемента ИЛИ 28 блока 3 управления, на выходе которого формируется последовательность импульсов частоты f/4, поступающая на один из

входов элемента И 13. Последовательность импульсов на выходе элемента ИЛИ 28 блока 3 управления синхронизирует моменты считывания с выхода рететрад двоично-десятичного кода, .содержащего п 4т двоичных разрядов, где m - количество десятичных разрядов на последнем п-м выходе распреде40 лителя 24 -импульсов блока 3 управления формируется последовательность импульсов частоты f/n, которая через элемент 29 задержки поступает на длительность тактового импульса и через

45 ключ 26 в режиме контроля - на тактовые входы генераторов 6 и 7 одиночных импульсов.

На. коммутаторе 25 блока 3 управления устанавливают двоично-десятичньй

Заданное значение двоично-десятичного кода коэффициента К устанавливается на коммутаторе 25 путем коммутации выходов распределителя 24 импульсов и входом элемента ИЛИ 27 в еди- яичных разрядах задаваемого кода. Поле установки на коммутаторе 25 заданного значения коэффициента К на вн- ходе элемента ИЛИ 27 формируется последовательный Ага-разрядный двоично- десятичный кед, период повторения которого равен n/f или п 4т тактов

Генератор 6 одиночных импульсов выделяет по сигналу запуска с выхода порогового элемента 4 одиночный им- пульс из последовательности импульсов, действующей на его тактовом входе. Выходной импульс генератора 6 одиночных импульсов устанавливает триггеры 8 и 9 в единичные состояния

Триггер 9 находится в единичном состоянии п тактов и сбрасывается в нулевое состояние следующим импульсом из последовательности импульсов, поступающих с выхода элемента 29 задерж- ки блока 3 управления через ключ 26. В единичном состоянии триггер 9 нулевым сигналом инверсного выхода блокирует элемент И 12, обеспечивая этим стирание двоично-десятичного кода, сдвигаемого с выхода регистра 1 сдвига под действием тактовых импульсов генератора 23 импульсов блока 3 управления. Триггер 8 в единичном состоянии открывает элемент И 11, под- ключая к одному из входов сумматора выход элемента ИЛИ 27 блока 3 управления .

Последовательный двокчно-десятич- ный код коэффициента К поступает, начиная с младшего разряда, с выхода элемента ИЛИ 27 блока 3 управления на вход сумматора 2, с выхода суммы которого через элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 15 и 16 и элементы 18 и 19 за- . держки двоично-десятичный код коэффициента К поступает на информационный вход регистра 1 сдвига и записывается под действием тактовых импульсов генератора 23 импульсов блока 3 управ- ления. Регистр 1 сдвига содержит, п-2 двоичных разряда и дополняется эле-. . ментами 18 и 19 задержки на такт до п 4т двоичных разрядов. В случае отсутствия сигнала переноса из чет- вертого разряда каждой тетрады двоично-десятичного кода коэффициента К, представленного кодом 8421 с избытком шесть, на выходе элемента ИЛИ-НЕ

14 формируется сигнал логической единицы, который открывает элемент И 13 Выходной импульс элемента ИЛИ 28 блока 3 управления, совпадающий по времени с моментом действия на выходе суммы сумматора 2 четвертого разряда младшей тетрады двоично-десятичного кода коэффициента К, поступает через элемент И 13 на один из входов элемента ИСКЛЮЧАЩЕЕ ИЛИ 15, а также устанавливает триггер 10 в единичное состояние к моменту считывания с выхода элемента 19 задержки второго разряда младшей тетрады. В это время на выходе элемента 18 задержки действует сигнал третьего разряда младшей тетрады двоично-десятичного кода коэффициента К.

Поступление единичных сигналов на входы элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 15 и 16 с выходов элемента И 13 и триггер 10 соответственно обеспечивает преобразование двоично-десятичного кода коэффициента К из системы 8421 с избытком 6(шесть) в обычную систему 8421 путем вычитания из каждой тетрады кода 0110 (шесть). Вычитание в каждой тетраде кода 0110 (шесты) заменяется суммированием в каждой раде дополнительного кода 1010 без учета переноса из младшей тетрады в старшую. Преобразование младшей тетрады двоично-десятичного кода коэффициента К, действующей на выходе суммы сумматора 2, выполняется следующим образом. I

Установка триггера 10 в единичное состояние к моменту действия на выходе элемента 19 задержки второго разряда младшей тетрады обеспечивает прибавление единицы во второй разряд младшей тетрады. Единичный сигнал на прямом выходе триггера 10 обеспечивает инвертирование кода младшей тетрады, начиная с второго разряда, до появления первого единичного сигнала на выходе элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 16, который записывается в регистр 1 сдвига и спустя время задержки элементом 17 задержки, равное длительности тактового импульса, возвращает триггер 10 в нулевое состояние. При нулевом состоянии триггера 10 остальные разряды кода, считаемь е с выхода элемента 19 задержки, проходят элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 16 без изменения и записьшаются в регистр 1 сдвига.

Так как перенос измладшей ды в старшую не учитывается в процессе преобразования двоично-десятичного кода из системы 8421 с избытком 6 в обычную систему 84216, то прибавление единицы в четвертом разряде младшей тетрады заменяется суммированием по модулю два с помощью элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 15, на один из входов которого поступает импульс с выхода элемента И 13.

В результате код в младшей тетраде преобразуется из системы 8321 с избытком 6 в обычную систему 8421 и записывается в регистр 1 сдвига под действием тактовых импульсов генератора 23 импульсов блока 3 управления. Например, если в младшей тетраде двоично-десятичного кода коэффициента К содержится код в системе 8421 с избытком 6 (шесть) 1011, то в случае отсутствия сигнала переноса из четвертого разряда младшей тетрады этот код преобразуется в обычную систему кодирования 8421 следующим образом. Элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 15 формирует в четвертом разряде младшей тетрады нулевой сигнал, а элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 16 инвертирует код, начиная с второго разряда, до первого единичного сигнала, который формируется на выходе элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 16 в третьем разряде. В результате вместо кода 1011 в регистр 1 сдвига записывается код.0101 (пять) в обычной системе 8421.

Преобразование кодов из системы 8421 с избытком 6 в обычную систему 8421 в случае отсутствия сигнала переноса из четвертого разряда во всех последующих тетрадах двоично-десятичного кода коэффициента К осуществляется последовательно во времени аналогично преобразованию в младшей тетраде.

Спустя п 4т тактов после установки триггера 8 в единичное состояние в регистре 1 сдвига содержится двоично-десятичный код коэффициента К в обычной системе 8421, который в следующие п тактов сдвигается под действием тактовых импульсов генератора 23 импульсов блока 3 управления через элемент И 12 на один из входов сумматора 2, на другой вход которого через элемент И 11 поступает с выхода элемента ИЛИ 27 блока 3 управления двоично-десятичный код коэффициента К в системе 8421 с избытком 6.

12820876

тетра- В результате последовательнсч-о двоичного сложения сумматором 2 на выходе суммы его формируется новый двоично-десятичный код удвоенного

значения коэффициента К в системе

8421 с избытком 6, если из четвертого разряда тетрады сигнал переноса отсутствует, или в обычной системе 8421, если на выходе переноса суммаtO тора 2 формируется сигнал переноса из четвертого разряда тетрады.

В случае отсутствия сигнала переноса из четвертого разряда тетрады код этой тетрады преобразуется эле15 ментами ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 15 и 16 из системы 8421 с избытком 6 в обычную систему 8421, как описано.

В случае формирования сигнала переноса из младшей тетрады в следую20 щую тетраду код в младшей тетраде формируется в обычной системе 8421, а сигнал переноса из четвертого разряда младшей тетрады, действующий на выходе переноса сумматора 2, форми25 рует на выходе элемента ИЯИ-НЕ 14 сигнал логического нуля, блокирующий элемент И 13. Блокировка элемента И 13 обеспечивает сохранение триггером 10 нулевого состояния. В результате

30 на выходах элемента И 13 и триггера 10 действуют нулевые сигналы, которые, обеспечивают прохождение двоично-десятичного кода тетрады через элементы ИСКЛЮЧАЩЕЕ ИЛИ 15 и 16 без

35 изменения, т.е. в системе 8421.

Таким образом, спустя 2п тактов после установки триггера 8 в единичное состояние в регистре 1 сдвига со40 держится удвоенное значение коэффициента К в двоично-десятичном коде 8421.

На последующих шагах вычислений (каждьш шаг вычислений содержит

45 п тактов) устройство работает аналогичным образом, а на i-м шаге вычислений в регистре 1 сдвига формируется двоично-десятичньм код в системе 8421 величины i К. Так продолжается

50 до тех пор, пока не срабатывает пороговый элемент 5 при достижении входного напряжения на информационном входе 20 второго уровня эталонного напряжения U .

55 . В этом случае срабатывает пороговый элемент 5, на выходе которого формируется сигнал логической единицы, запускающий генератор 7 одиноч «.1х импульсов. Одиночный импульс геиеряТаким образом, спустя 2п тактов после установки триггера 8 в единичное состояние в регистре 1 сдвига со40 держится удвоенное значение коэффициента К в двоично-десятичном коде 8421.

На последующих шагах вычислений (каждьш шаг вычислений содержит

45 п тактов) устройство работает аналогичным образом, а на i-м шаге вычислений в регистре 1 сдвига формируется двоично-десятичньм код в системе 8421 величины i К. Так продолжается

50 до тех пор, пока не срабатывает пороговый элемент 5 при достижении входного напряжения на информационном входе 20 второго уровня эталонного напряжения U .

55 . В этом случае срабатывает пороговый элемент 5, на выходе которого формируется сигнал логической единицы, запускающий генератор 7 одиноч «.1х импульсов. Одиночный импульс геиеря7

тора 7 одиночных импульсов устанэБ- ливает триггер 8 в нулевое состояние при котором элемент И 11 блокируется а на выходе элемента ИЛН-НЕ 14 формируется сигнал логического нуля, блокирующий элемент 13. В результате .триггер 8 в единичном состоянии индицирует факт нахождения контролируемого процесса между уровнями эталонного напряжения U и U . В цепи цир- куляции кодов регистра 1 сдвига через элемент И 12, сумматор 2, элемент ИСКЛЮЧАЩЕЕ ИЛИ 15, элементы 18 и 19 задержки и элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 16 фиксируется динамическим способом двоично-десятичный код в системе 8421 прогнозируемого времени достижения экспоненциальным процессом, действующим на информационном входе 20, уровня предаварийной устав ки Uj (фиг.3).

Каждый шаг вычислений устройство выполняет за время , где t 1/f, f - тактовая частота генератора 23 импульсов блока 3 управления. Если между моментами времени срабатывания генераторов 6 и 7 одиночных импульсов устройство выполняет Р шагов вычислений, то интервал времени между моментами прохождения уровней эталонных напряжений U и U, составляет . п-Т или Р- n/f, где f - тактовая частота, а в регистре 1 сдвига формируется двоично-десятичный код числа

Р К, где К определяется соотношением (1). Если тактовую частоту f генератора 23 импульсов блока 3 управления выбирают таким образом, чтобы

и -9

-f 1U , где q - целое число, то

число Р К определяет интервал времени между моментом прохождения входного напряжения уровня U и уровня и ;з предаварийной уставки. Б этом мож- но убедиться из следующих соотношений. В моменты времени t ,t,., и t. (фиг.З) входное напряжение, действующее на информационном входе 20, достигает соответственно уровней U,Uj и

(2).

и, и, Uce-f ;

Uj и„е-

(3) (4)

Разделив соотношение (2) на (3) и (3) на (4), а затем логарифмируя полученные соотношения, получают

InU,- lnU d-(tj- t, );(5)

InU,- ( t,j).

(6)

0878

Разделив ct oTnoujeHiie (6) на C), получают

t -1 (t,-1,), (7)

, a InU - InU.j 5

где t 2- t, P n/f;

P - количество шагов вычислений;

п 4m - разрядность двоично- десятичного кода результата;

t - тактовая частота. Таким образом, устройство для контроля экспоненциальных процессов формирует в момент прохождений уровня эталонного напряжения 11, двоично-десятичный код прогноза времени достижения вхрдным напряжением уровня 1) предаварийной уставки, что позволяет принять решение и своевременные меры воздействия на ход технологического процесса, изменяющегося по экспоненциальному закону. Кроме того, устройство позволяет контролировать ход экспоненциального процесса между двумя уровнями эталонного напряжения U и Uj, а также прогнозировать в десятичной форме время достижения экспоненциальным процессом уровня U предаварийной уставки, что существенно расширяет функциональные возможности устройства.

Формула изобретения

1. Устройство для контроля экспоненциальных процессов, содерж 1щее регистр сдвига, сумматор, первый и второй триггеры, первый, второй и третий элементы И и блок управления, содержащий генератор импульсов, распределитель импульсов, коммутатор и первьм и второй элементы ИЛИ, причем выход генератора импульсов соединен с входом синхронизации регистра сдвига и входом распределителя импу льсов, выходы которого соединены через коммутатор с входами первого элемента ИЛИ, соединенного выходом с первым входом первого элемента И, второй вход которого подключен к прямому выходу первого триггера, отличающееся тем, что, с Целью расширения его функциональных возможностей путем обеспечения прогнозирования времени достижения уровня предаварийной уставки, введены два пороговых элемента, два генератора одиночных ик- пульсов, третий триггер, элемент ИЛИ-НЕ, два элемента ИСКЛЮЧАЩЕЕ ИЛИ, три элемента задержки, а в блок управления введены ключ и четвертьй элемент задержки, причем выход регистра сдвига соединен с первым входом второго элемента И, второй вход кото рого соединен с инверсным выходом второго триггера, выходы первого и второго элементов И соединены с соответствующими входами сумматора, выход суммы которого соединен с первым входом первого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выходы первого и второго пороговых элементов соединены соответственно с входами запуска первого и второго генераторов одиночных импульсов, тактовые входы которых соединены с R-входом второго триггера и с выходом ключа, управляющий вход которого соединен с общей шиной устройства, информационный вход через четвертый элемент задержки - с последним выходом распределителя импульсов, выход первого генератора одиночных импульсов соединен с S-входами первого и второго триггеров, выход второго генератора одиночных импульсов - с IR-ВХОДОМ первого триггера, инверсный выход которого соединен с первым вхо- дой элемента ИЛИ-НЕ, выход переноса сумматора соединен с вторым входом элемента ИЛИ-НЕ, выход которого соединен с первым входом третьего элемента И, выходы распределителя импульсов с номером 41 (i 1,2,...,m) соединены с входами второго элемента ИЛИ, выход которого соединен с вторым входом третьего элемента И, выход которого соединен с S-входом

Десятичное число

1 2 3 4

5 6

7 8 9

третьего триггера и вторым входом первого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, прямой выход третьего триггера соединен с первым входом второго элемента ИСКЛЮЧАЮ1ЦЕЕ ИЛИ, выход которого соединен с информационным входом регистра сдвига и через первый элемент задержки - с R-входом третьего триггера, выход первого элемента ИСКЛЮЧАЩЕЕ ИЛИ через последовательно соединенные второй и третий элементы задержки соединен с вторым входом второго элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, входы синхронизации второго и третьего элементов задержки соединены с выходом генератора импульсов блока управления, первые входы первого и второго пороговых элементов являются информационным входом устройства, второй

вход первого порогового элемента является входом первого эталонного напряжения устройства, второй вход второго порогового элемента является входом второго эталонного напряжения

устройства.

2, Устройство по п.1, о т л и ч а- ю щ е е с я тем, что коммутатор содержит элементы коммутации, первые

выводы размыкающих контактов которых соединены с общей шиной устройства, вторые выводы соединены с первыми выводами их замыкающих контактов и являются выходами .коммутатора, вторые

выводы замыкающих контактов элементов коммутации являются входами коммутатора.

Тетрада двоично-десятичного кода 8421 с избытком 6

0111 1000 1001 1010

1011 1100

1101 1110 1111

ФЛ

фзг

27

, 28

V4

7 ч v г 5 / i

г

6| о

«ll

I

о О|(

999 т Ч

г

J

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для контроля переходных процессов, имеющих экспоненциальный закон изменения в различных технологических объектах, например энергоблоках электростанций. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства за счет прогнозирования времени достижения уровня предаварийной уставки. Устройство содержит регистр сдвига, сумматор, блок управления, два пороговых элемента, два генератора одиночных импульсов, три триггера, три элемента И, элемент ИЛИ-НЕ, два элемента ИСКЛЮЧАЩЕЕ ИЛИ, три элемента задержки. За счет введения в устройство двух пороговых элементов, двух генераторов одиночных импульсов, дополнительного триггера, элемента ИЛИ-НЕ, двух элементов ИСКЛЮЧАЩЕЕ ИЛИ и трех элементов задержки, а также введения в блок управления ключа и четвертого элемента задержки устройство обеспечивает прогнозирование времени достижения экспоненциальным процессом заданного уровня, что расширяет функциональные возможности устройства. 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 3 ил. i (Л С

г.

10

Составитель Н.Главизнина Редактор И.Дербак Техред В.Кадар Корректор О.Луговая

Заказ 7265/46 Тираж 862Подписное

ВНИИПИ Государственного-комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная, -4

Ри.З