Устройство для сигнализации Советский патент 1988 года по МПК G08B17/10 

4i

О

30

Изобретение относится к области автоматики, измерительной и вычислительной техники, в частности к автоматическим системам для обнаружения и анализа взрывоопасных концентраций горючих газообразных веществ и их смесей, и является усовершенствованием известного устройства по авт.св. СССР № 1196929. Целью изобретения является повышение помехоустойчивости устройства. При открывании управляемых вентилей первого и второго поверочных баллонов камера датчика заполняется эталонными газами, что обеспечивает поверку детекторов при их опросе. В рабочем режиме датчики опрашиваются поочередно, однако при опросе каждого датчика открываются управляемые входы подготовительных камер всех датчиков, что обеспечивает подачу, вентиляторами очередных проб контролируемого газа в подготовительные камеры так, что при открывании соответствующего управляемого клапана в камеру поступает газ, являющийся смесью проб. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. (Л

N)

Изобретение относится к области автоматики, измерительной и вычислительной технике, в частности к автоматическим системам для обнаружения и анализа взрывоопасных концентраций горючих газообразных веществ и их смесей, и может быть использовано в системах контроля, например, при создании системы мониторинга окружакяцей среды, автоматической системы безопасности, контроля и управления морских стационарных платформ и плавучих буровых установок континентального шельфа.

Целью изобретения является повышение помехоустойчивости устройства.

На фиг.1 изображена функциональная схема устройства для сигнализации; на фиг.2 - функциональная схема синхро- генератора.

Устройство для сигнализации содержит датчики, каждый из которых обра- зован камерой 1, подготовительной камерой 2, детектором 3. Подготовительная камера 2 имеет вентилятор 4. Устройство содержит также мультиплексор 5, блок 6 вычитания, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 7, первый 8, второй 9 и третий 10 регистры, первый 11 и второй 12 блоки элементов И, первый 13 и второй 14 блоки сравнения, первое 15 и второе 16 оперативные запоминающие устройства, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 17, первый 18 и второй 19 поверочные баллоны и синхрогенератор 20, имеющий пусковой вход 21, вход Калибровка 22, установочный вход 23, первый десятый выходы 24-33.

Синхрогенератор 20 содержит (фиг,2 управляемый генератор 34 импульсов, первый 35 и второй 36 триггеры, первый 37, второй 38, третий - пятый элементы И 39-41., первый 42 и второй 43 элементы ИЛИ, инвертор 44, первый 45, второй 46 и третий 47 регистры сдвига, первый - третий элементы 48- 50 задержки, счетчик 5 и демульти- плексор 52.

Камера 1 имеет управляющий вход 53, подготовительная камера 2 - входные и выходные клапаны 54 и 55.

Устройство для сигнализации работает следующим образом.

Перед работой устройства для сигнализации производится начальная установка его элементов и узлов, в частности очистка содержимого оперативных запоминающих устройств, сброс всех регистров и счетчика в синхроге- нераторе, причем исходное состояние счетчика соответствует первом адресу первого датчика.

Далее устройство для сигнализации работает непрерывно в режимах установки нуля, установки нижнего концентрационного предела воспламенения (НКПВ) и измерения, причем установка нуля и установка НКПВ выполняются последовательно и запускаются подачей сигнала Калибровка по входу 22 синхрогенератора 20. При отсутствии сигнала Калибровка работа проходит в режиме измерения.

Режим установки нуля. Синхрогенератор 20 вырабатывает сигнал режима установки нуля, поступающий с выхода 27 на второй вход элементов И блока 12 элементов И и открывающий управляемый вентиль первого поверочного баллона 18 с инертным газом. По сигналу с первого выхода 24 синхрогенератора 20 открываются управляющие входы 53 камер 1 датчиков и инертный газ через открытый управляемый вентиль первого поверочного баллона 18 через первые пробоотборники камер 1 датчиков поступает в камеры 1, под давлением вытесняя газы, оставшиеся в них от предьщущих циклов измерения После заполнения камер 1 датчиков сигнал с первого выхода 24 синхрогенератора 20 снимается и управляющие входы 53 камер 1 датчиков закрываются.

Сигнал с второго выхода 25 синхрогенератора 20 инициирует первый адрес датчика, мультиплексора 5 и оперативных запоминающих устройств 15 и 16. Измеренное значение нулевого разбаланса детектора 3 соответствующего датчика поступает на первый сигнальный вход мультиплексора 5, подключающего первый датчик к одному входу блока 6 вычитания. В связи с произведенным предварительно обнулением третьего регистра 10 другой вход блока 6 также обнулен, вследствие чего сигнал проходит АЦП 7 в данном режиме без изменения. АЦП 7 преобразует аналоговый сигнал в цифровой код и выдает его для хранения на первый регистр 8, откуда он поступает на первые входы элементов И блока 12 элементов И, который разрешает прохождение измеренного значения нулевого

разбаланса датчика на соответствующие входы второго блока 14 сравнения К этому моменту на другие входы блока 14 с второго регистра 9 поступает код максимально допустимого значения нулевого разбаланса датчиков, обусловленного техническими условиями на качество их работоспособности.

Второй блок 14-сравнения произво- дит поразрядное сравнение кодов, поступающих на его входы, и в случае превьшения кодом измеренного значения нулевого разбаланса датчика кода максимально допустимого значения ну- левого разбаланса датчиков вьщает по второму сигнальному выходу устройства для сигнализации информацию высокого уровня, равную 1, о превьше- нии максимально допустимого нулевого разбаланса детектора 3, физически означающего потерю детектором 3 соответствующего датчика работоспособности. Этот же сигнал вместе с измеренным значением нулевого разбаланса датчика, хранимым первым регистром 8 записывается в первое оперативное запоминающее устройство 15, сигнал разрешения записи в которое поступает к этому времени с шестого выхода 29 синхрогенератора. При этом запись контрольной 1 с выхода второго блока 14 сравнения производится в- контрольный бит соответствующего байта первого оперативного запоминающего устройства 15,

В случае нахождения кода измеренного значения нулевого разбаланса со- отв.:2тствующего датчика в пределах до- пуска, ограниченного кодом максимально допустимого значения нулевого разбаланса датчиков на втором регистре 9, с выхода второго блока 14 сравнения производится в контрольньй бит первого оперативного запоминающего устройства 15 запись О. На этом съем и обработка измеренной информации с детектора 3 первого датчика прекращается, и синхрогенератор 20 с второго выхода 25 выдает адрес следующего датчика. Далее цикл обработ- кк данных в режиме установки нуля повторяется. Таким образом, производится опрос всех датчиков и установ- ление значений нулевого разбаланса каждого датчика с их записью в соответствующие ячейки первого оперативного запоминающего устройства 15.

Режим установки НКПВ. Синхрогенератор 20 вырабатывает сигнал режима установки НКПВ, поступающий с пятого выхода 28 синхрогенератора 20 и открывающий управляемый вентиль второго поверочного баллона 19, в котором находится взрывоопасный газ, характерный для данной контролируемой среды и концентрация которого соответствует нижнему концентрационному пре делу воспламенения. Цель режима - установка индивидуальных значений НКПВ с учетом технических особенностей датчиков, например нулевого разбаланса датчиков.

С первого выхода 24 синхрогенератора поступает сигнал, открывающий управляющие входы 53 камер 1 датчиков. Газ повышенной концентрации (уровня НКПВ) поступает в камеры 1 датчиков и под давлением вытесняет инертный газ, оставшийся в них от предыдущего режима работы устройства После заполнения камер 1 датчиков взрывоопасным газом концентрации НКПВ сигнал с первого выхода 24 синхрогенератора снимается и управляющие входы 53 камер 1 закрываются.

Синхрогенератор 20 по второму выходу 25 инициирует адрес первого датчика, в котором детектором 3 производится измерение сигнала. Измеренное значение отработки детектором 3 уровня НКПВ (в дальнейшем - индивидуальное значение НКПВ) с выхода первого датчика поступает на соответствующий сигнальный вход мультиплексора 5, выполняющего коммутацию измерительного канала к одному входу блока 6 вычитания.

К этому времени сигнал режима установки НКПВ с пятого вькода 28 синхрогенератора 20 позволяет чтение (по первому входу разрещения считывания информации из оперативного запоминающего устройства 15) измеренного в предыдущем режиме значения нулевого разбаланса первого датчика, которое выбирается из соответствующей ячейки оперативного запоминающего устройства 15. Одновременно с кодом нулевого разбаланса датчика, посту- пакщего на входы третьего регистра 10 и преобразующегося в аналоговуА форму ЦАП 17, содержимое контрольного бита нулевого разбаланса датчика поступает на установочный вход 23 синхрогенератора 20 и либо разрешает

при нулевом сигнале продолжение обработки данных в режиме, либо блокирует (при единичном сигнале) обработку данных по данному адресу и иниции- рует по следующему адресу переход к второму датчику.

Таким образом,,на другой вход блока 6 вычитания (при нулевом сигнале) с выхода ПАП 17 поступает зна- чение нулевого разбаланса этого же датчика, происходит вычитание (установление динамического диапазона измерения) , затем преобразование в цифровую форму АЦП 7 разностное сигнала измерения и его хранение в первом регистре 8. I

С восьмого выхода 31 синхрогенера- тора 20 с задержкой на второе опера- тивМое запоминающее устройство 16 поступает сигнал разрешения записи, после чего в соответствующую ячейку второго оперативного запоминающего устройства 16 производится запись кода индивидуального НКПБ, соответствующего динамическому диапазону подключенного датчика. На этом съем и обработка измеренной информации с первого датчика прекращается, и син- хрогенератор 20 с второго выхода 25 выдает адрес следующего датчика. Так производится опрос всех датчиков устройства (за исключением тех, для которых в режиме установки нуля в конт рольньй бит была записана 1), и установление и определение индивидуальных значений НКПВ с учетом динамического диапазона с их записью в соответствующие ячейки второго оператив- ного запоминающего устройства 16.

Режим измерения. Сигнал режима измерения поступает с седьмого выхода 30 синхрогенератора 20 и однозначно соответствует сигналу разрешения счи тывания информации по второму входу разрешения считывания оперативного запоминакяцего устройства 15 из ячейки, определяемой адресом, инициируемым синхрогенератором 20 сигналом по его второму выходу 25, Подключение приточных вентиляторов 4 производится либо этим же. сигналом с выхода 30 синхрогенератора 20 (на фиг.1 цепи подключения не показаны), либо оператором с пульта управления.

С первого выхода 24 синхрогенератора 20 поступает сигнал, открывающий

О , о

5

управлякщие входы 53 камер 1 датчиков, после проветривания которых управляющие входы 53 камер 1 датчиков закрываются, и синхрогенератор 20 с девятого выхода 32 выдает сигнал, открывающий управляющие входы входных клапанов 54 подготовительных, камер 2 датчиков на время забора (поступления) одной пробы (порции) газа из контролируемой среды. Это время определяется частотой следования импульсов, вырабатываемой управляемым генератором 34 импульсов в синхроге- нераторе 20. Проба газа с помощью вентилятора 4 поступает в подготовительную камеру 2, после чего управляемые .входы входных клапанов 54 подготовительных камер 2 датчиков закрываются. Вырабатываемый синхрогенератором 20 сигнал с соответствующего разряда десятого выхода 33 открывает управляемый клапан 55 только первого опрашиваемого датчика, и отобранная ранее в подготовительную камеру 2 проба газа поступает в камеру 1 датчика, после чего управляемый клапан 55 первого датчика закрывается.

Детектором 3 определяется концентрация находящегося в камере 1 первого датчика анализируемого газа, аналоговое значение которой через мультиплексор 5 поступает на один - Вход блока 6 вычитания.

К этому времени код нулевого разбаланса датчика считывается из соответствующей ячейки первого оперативного запоминающего устройства 15, записьшается в третий регистр 10 (значение содержимого контрольного бита учитывается идентично режиму установки НКПВ), преобразовывается в аналоговую форму ПДП I7 и поступает в аналоговой форме на другой вход блока 6 вычитания. В блоке 6 вычитания происходит определение (с учетом значения нулевого разбаланса датчика) нулевой точки отсчета сигнала по амплитуде, затем измеренное значение текущей концентрации газа АЦП 7 преобразуется в цифровую форму и поступает на хранение в первый регистр 8.

Синхрогенератор 20 по третьему выходу 26 выдает сигнал разрешения считьгоания, поступающий на одноименный вход второго оперативного запоминающего устройства 16, и разрещает прохождение кода измеренного значения текущей концентрации газа через

первый блок 11 элементов И на соответствующие входы блока 13 сравнения На другие входы блока 13 сравнения поступает из соответствующей ячейки второго оперативного запоминающего устройства 16 код индивидуального , НКПВ, соответствующего динамическому диапазону данного датчика. Блок 13 производит сравнение кодов и в случае равенства или превышения кодом текущей концентрации газа кода индивидуального НКПВ по первому выходу на внешнее устройство индикации производится выдача тревожного сигнала. Далее синхрогенератор 20 с второго выхода 25 выдает адрес следующего датчика. При этом, как и в предыдущем режиме, исключается опрос датчиков , для которых содержимое контрольного бита в первом оперативном запоминающем устройстве 15 равно 1.

При опросе следующего, например второго, работоспособного датчика производится проветривание его камеры 1 через открытый управляющий вход 53 камеры 1 датчика, забор пробы газа в подготовительную камеру 2 датчика через ее клапан 54 и перевод газа из подготовительной камеры 2 в камер 1 через клапан 55 этого же датчика и измерение концентрации газа согласно указанной работе устройства. При этом, поскольку при опросе предыщу- щего (первого) датчика на объединенные клапаны 54 всех подготовительных камер 2 датчиков, в том числе и второго, также поступал сигнал с девятого выхода 32 синхрогенератрра 20, при опросе второго датчика в подготовительную камеру 2 этого датчика поступает уже вторая проба газа, которая, смещиваясь с первой, при ее анализе дает представительность пробы второго уровня. Аналогичным образом накапливается представительность пробы га.за и на остальных датчиках.

Так происходит только при выполнении первого цикла опроса всех датчиков. На втором и последующих циклах представительность пробы концентрации газа устанавливаетс я на постоянном уровне, равном циклу опроса датчиков. При обнаружении неисправных датчиков, как это было указано ранее, они исключаются из циклического опроса и оператор с пульта управления отключает (цепи отключения на

фиг.1 не показаны) венти.пяторы 4 в цепях вторых управляющих входов соот- . действующих подготовительных камер 2 датчиков. При этом дроссельный к.ш- пан у выключенного вентилятора 4 устанавливается в положение, соответствующее перекрытию канала клапана 54, В рабочем состоянии изменение производительности приточного вентилятора достигается управлением его дроссельным клапаном (не показан).

Синхрогенератор 20 работает следующим образом.

С приходом сигнала Пуск на вход 21 запускается управляемый генератор 34 импульсов, вырабатывающий последовательность импульсов с частотой, определяемой временем выполнения микроопераций в регистрах сдвига.

При появлении сигнала на входе 22 Калибровка первый триггер 35 по установочному входу устанавливается в единичное состояние и 1 - с прямого выхода триггера 35 разрешает прохождение импульсов через четвертый элемент 40 И на вход третьего регистра 47-сдвига. При этом с четвертого выхода 27 выдается 1, свиДетельствующая о работе устройства для сигнализации в режиме Установка нуля. Каждый регистр сдвига настроен на выполнение трех микроопераций, поэтому с первого выхода третьего регистра 47 сдвига поступает 1, которая через второй элемент 43 ИЛИ поступает на первый выход 24 и открывает камеры 1 датчиков. При выполнении второй микрооперации сдвига первый

выход 24 обнуляется, управляющие входы камер 1 датчиков закрываются и 1 с второго выхода третьего регистра 47 через третий элемент 50. задержки поступает на щестой выход 29

синхрогенератора 20 и разрешает запись данных в первое оперативное запоминающее устройство 15. Время выдержки элемента 50 обусловлено временем прохождения сигналом измерительного тракта (блоков 1,3,5-8) и отработкой блоков 12 и 14. При выполнении третьей микрооперации/ сдвига 1 с третьего выхода третьего регистра 47 поступает на первьй сигнальный вход триггера 36 и через первый элемент 42 ИЛИ - на вход счетчика 51, изменяя его содержимое на единицу, и определяет тем самым следующий, второй, адрес на втором выходе

25 синхрогенератора 20. Затем цикл операций повторяется, и после отработки поспеднего адреса датчика с выхода старшего разряда счетчика 51 1 по второму входу устанавливает триггер 36 в единичное cocTORime, запрещая по третьему входу прохождение импульсов с управляемого генератора 34 через- четвертый элемент 40 И и отменяя рабочий режим Установка нуля. Этот же сигнал подготавливает по четвертому входу третий элемент 39 И, разрешая прохождение импульсов на вход второго регистра 46 сдвига в следующем режиме.

Работа синхрогенератора 20 в режи .ме Установка НКПВ обусловлена на- ршчием или отсутствием сигнала бло- |кировки по состоянию контрольного бита первого оперативного запоминающего устройства 15, поступающего на вход 23. Счетчик 51 установлен в исходное состояние, соответствующее первому адресу датчика 1, поступающая на установочный вход 23 синхрогенератора 20 вызывает через инвертор 44 блокировку по первому входу третьего элемента 39 И и через первый элемент 37 И и первый элемент 42 ИЛИ изменение состояния счетчика 51 на единицу, осуществляя вьщачу с второго выхода 25 синхрогенератора 20 следующего адреса. О на установочном входе 23 свидетельствует о нормальной работоспособности соответствующего датчика (соответствие его допуску по максимально допустимому нулевому разбалансу)5 закрывает первый элемент 37 И по его первому входу и разрешает прохождение импульсов с управляемого генератора 34 импуль- соЬ через- третий элемент 39 И на вход второго регистра 46 сдвига. При выполнении первой микрооперации сдвига с первого выхода второго регистра .46 сдвига через второй элемент 43 ИЛИ поступает I, которая подается на первый выход 24 синхрогенератора 20 и открывает рабочие секции 1 камер датчиков. При выполнении второй микрооперации сдвига первый выход 24 обнуляется, управляющие входы камер

1 датчиков закрываются и г с второ го выхода второго регистра 46 сдвига через второй элемент 49 задержки поступает на восьмой выход 31 синхрогенератора 20. Время задержки элемента 49 обусловлено временем прохождения

5

0

5

0

5

0

5

сигналом блоков 1,3,5-8,10,15 и 17/ При выполнении третьей микрооперации сдвига 1 с третьего выхода второго регистра 46 сдвига поступает на первый сигнальный вход первого триггера 35 и через первый элемент 42 ИЛИ - на счетный вход счетчика 5 , изме.няя его содержимое на единицу и определяя тем самым следующий адрес на втором выходе 25 синхрогенератора 20. Затем цикл операций повторяется и после отработки последнего адреса датчика с выхода старшего разряда счетчика 51 1 по второму сигнальному входу устанавливает триггер 35 в нулевое состояние по его прямому выходу,, разрешая по его инверсному выходу прохождение импульсов через второй элемент 38 И. Этот же сигнал поступает на седьмой выход 30 синхрогенератора 20, разрешая считывание информации из первого оперативного запоминающего устройства 15. Счетчик 51 установлен при этом в исходное состояние, соответствующее первому адресу датчика.

Работа синхрогенератора 20 в режиме Измерение также обусловлена; наличием или отсутствием сигнала блокировки по состоянию контрольного бита первого оперативного запоминающего устройства 15, поступающего на установочный вход 23 синхрогенератора 20, При этом в случае единичного сигнала осуществляется переход к измерению по следующему адресу (аналогично рассмотренному ранее), В случае нулевого сигнала через инвертор 44 второй элемент 38 И разрешает прохождение импульсов с управляемого генератора 34 импульсов на вход первого регистра 45 сдвига. При выполнении первой микрооперации сдвига с первого выхода первого регистра 45 подается 1, которая через второй элемент 43 ИЛИ поступает на первый выход 24 синхрогенератора 20. При выполнении второй микрооперации сдвига 1 появляется на девятом выходе 32 синхрогенератора 20 и открывает управляющие входы входных клапанов 54 подготовительных камер 2 датчиков. Демульти- плексор 52 подготовлен к выполнению операций нгшичием информации на адресном входе и единицы на входе сигнала данных, поэтому тот же сигнал с второго выхода регистра 45 сдвига, поступаняций на вход синхросигнала

выбора демультиплексора 52, разрешает формирование с его соответствующего выхода разрядов адресного сигнала на десятом выходе 33 синхрогенера- тора 20 и открывает управляющий вход выходного клапана 55 подготовительной камеры 2 первого датчика. Кроме того, 1 с второго выхода первого регистра 45 сдвига поступает через элемент 48 задержки на третий выход 26 синхрогенератора 20. Время задержки элемеята 48 обусловлено временем прохождения сигналом блоков 1-8, 10, 11, 15-17. При выполнении третьей микрооперации сдвига 1 с третьего выхода первого регистра 45 сдвига поступает через первый элемент 42 ИЛИ на счетный вход счетчика 51, изменяя его содержимое на единицу и определяя тем самым адрес следующего датчика и измерительного канала на втором выходе 25 синхрогенератора 20 и настраивая демультиплек- сор 52 на подключение управляющего входа выходного клапана 55 подготовительной камеры 2 следующего, второго, датчика. Затем цикл операций пов- горяется вновь с первого адреса по исходному состоянию счетчика 51 и де- .-ультиплексора 52.

Формула изобретения

I. Устройство для сигнализации по авт. св. (Р 1196929, отличающееся тем, что, с целью повьппе- ния помехоустойчивости, в устройство введены по числу, датчиков подготовительные камеры, вентиляторы, входные и выходные клапаны, входные клапаны через вентиляторы подключены к соответствующим подготовительным камерам, которые через выходные клапаны подключены соответственно к камерам датчиков, управляющие входы входных клапанов объединены и подключены к девятому выходу синхрогенератора, десятый выход которого подключен соответственно к управляющим входам выходных клапанов.

элемента И объединены и являются установочным входом синхрогенератора, выход инвертора подключен к первым

входам второго и третьего элементов И, управляклций вход управляемого генератора импульсов является пусковым входом синхрогенератора, выход управляемого генератора импульсов подключен к первому входу четвертого элемента И и вторым входам первого, вто-, рого и третьего элементов И, установочный вход первого триггера является входом Калибровка синхрогенератора, прямой выход первого триггера подключен к второму входу четвертого элемента И и третьему входу третьего элемента И, инверсньш выход первого триггера подключен к первому входу

пятого элемента И, третьему входу второго элемента И, входу сигнала данных демультиплексора и является седьмым выходом синхрогенератора, выход первого элемента И подключен к

лервому входу первого элемента ИЛИ, выход второго элемента И подключен к входу первого регистра сдвига, первый выход которого подключен к первому входу второго элемента ИЛИ, второй

выход первого регистра сдвига являет- ся девятым выходом синхрогенератора и подключен к входу синхросигнала выбора демультиплексора и выходу первого элемента задержки, выход которого

является третьим выходом синхрогенератора, третий выход первого регистра сдвига подключен к второму входу первого элемента ИЛИ, выход третьего элемента И подключен к входу второго

регистра сдвига, первый выход которого подключен к второму входу второго элемента ИЛИ, второй выход - к входу второго элемента задержки, выход которого является восьмым выходом синхрогенератора, третий выход второго регистра сдви1 а подключен к третьему входу первого элемента ИЛИ и к первому сигнальному входу первого триггера, выход четвертого элемента И подключен к входу третьего регистра

сдвига, первый выход которого подключен к третьему входу второго элемента ИЛИ, выход которого является первым выходом синхрогенератора, второй

выход третьего регистра сдвига подключен к входу третьего элемента задержки, выход которого является шестым выходом синхрогенератора, третий выход третьего регистра сдпнга подключей к первому сигнальному входу второго триггера и четвертому входу первого элемента HJIIi, выход которого подключен к входу счетчика, выход разрядов которого подключен к адресному входу демультиплексора и является вторым выходом синхрогенератора, выход старшего разряда счетчика подключен к вторым сигнальным входам первого и второго триггеров, прямой выход второго триггера подключен к

четвертому входу третьего элемента И и второму входу пятого элемента И, выход которого является пятым выходом синхрогенератора, инверсный выкод второго триггера подключен к третьему входу четвертого элемента И и является четвертым выходом синхрогенератора, выходы разрядов демультиплексора являются десять М выходом синхрогенерато - ра.

Фиг. 1