Программное временное устройство Советский патент 1991 года по МПК G05B19/18 

Изобретение относится к автоматике, в частности к устройствам автоматического управления, и может быть использовано для программного управления различными технологическими процессами в энергетической, газовой, нефтяной и других отраслях п ромыш ле н н ости.

Целью изобретения является упрощение и повышение надежности программного временного устройства.

На фиг.1 дана функциональная схема программного временного устройства; на фиг.2 - схема управляемого блока питания; на фиг.З - схема блока защиты и сигнализации; на фиг.4 - программный блок памяти

управляющих сигналов, на фиг 5 - одновиб- ратор.

Программное временное устройство содержит генератор 1 импульсов, управляемый делитель 2 частоты, счетчик 3 времени, перепрограммируемый блок 4 памяти кодов, элементы 5 и 6 задержки, одновибрато- ры 7 и 8, счетчик 9 номера команды, коммутирующий блок 10, программный блок 11, блок 12 элементов задержки, блок 13 запуска, управляемый блок 14 питания, запоминающий блок 15, блок 16 защиты и сигнализации, магистрали 17 и 18 команд, шину 19 питания и группу выходов 20.

О

гл

Блок 14 питания содержит RS-триггеры 21 и 22, элемент НЕ 23, элемент задержки 24, элементы 2 ИЛИ-НЕ 25и26, элемент ИЛИ 27, ключ 28, включающий Шину питания 29 транзистора 30 и резистор 31.

Блок защиты и сигнализации содержит сигнализирующие датчики 32, формирователи 33 логических сигналов, элементы И 34, RS-триггеры 35, орган 36 квитирования, индикаторные лампочки 37, усилители мощности 38 и элемент ИЛИ 39,

Блок памяти управляющих сигналов содержит группу триггеров 40 - 40п.

Одновибратор 7 содержит RS- триггер 41, элемент ИЛИ 42, дифференцирующие RC-цепи, состоящие из конденсаторов 43 - 45 и резисторов 46 - 48.

При описании работы устройства и его отдельных узлов приняты следующие обозначения логических сигналов: Т - высокий уровень напряжения, О - низкий уровень напряжения или его отсутствие.

Управляемый делитель 2 частоты имеет счетный вход, вход сброса, входы ввода данных для установки коэффициента пересчета и выход. Коэффициент пересчета, значение которого зависит от параллельных кодовых комбинаций логических сигналов, поступающих на входы ввода данных делителя 2 частоты, определяет размерность (номер диапазона) формируемого временного интервала. Число делителей частоты соответствует числу диапазонов формируемых интервалов времени. Счетный вход первого делителя частоты является счетным входом управляемого делителя 2 частоты. Входы сброса всех делителей частоты с постоянным коэффициентом пересчета объединены и образуют вход сброса делителя 2 частоты. Входы делителей частоты через элементы 2 И соединены с многовходовым элементом ИЛИ, выход которого является выходом управляемого делителя 2 частоты. Вторые выходы элементов 2И образуют входы ввода данных делителя 2 частоты. На его выход при отсутствии сигнала сброса поступает выходной сигнал с того делителя частоты, выход которого оказывается соединенным с первым входом элемента 2И, имеющего на своем втором входе сигнал, равный 1. В случае поступления сигнала сброса на вход сброса делителя 2 частоты на его выходе устанавливается постоянное значение сиг- нала, например 0. Со снятием сигнала сброса деление частоты входного сигнала возобновляется в соответствии с установленным коэффициентом.

Счетчик 3 времени имеет счетный вход, вход сброса, входы параллельного ввода в двоичном коде данных установки задания

счета, вход записи и выход, на котором изменение сигнала происходит при совпадении содержимого счетчика с введенными данными.

Перепрограммируемый блок 4 обеспечивает преобразование кодовых комбинаций логических сигналов на его адресных входах в код размерности (номера диапазона) на первой группе выходных шин и код

длительности формируемого временного интервала на второй группе выходных шин. Такой блок может быть выполнен любым известным способом. Например, в нем каждая выходная шина соединена с общей шиной через соответствующий резистор, а программирование осуществляется путем включения между любой выходной шиной и любой адресной шиной соответствующего диода анодом к адресной шине или отключения ранее установленного диода . Число адресных шин соответствует числу интервалов времени, формирумых в ходе программ пуска и останова обьекта управления. Число выходных шин первой группы соответствует

числу размерностей формируемых временных интервалов, а число выходных шин второй группы -числу разрядов параллельного кода их длительности.

Элементы 5 и 6 задержки выполнены любым известным способом так, что они задерживают выходной логический сигнал относительно входного логического сигнала на время, равное или несколько большее

времени распространения сигнала счетчиками 9 и 3 соответственно. Причем элемент 6 задержки должен обеспечивать задержку только среза входного импульсного сигнала. Такие элементы задержки могут содержать последовательно соединенные интегрирующую RC-цепь и пороговый элемент.

Одновибраторы 7 и 8 предназначены для генерации одного положительного импульса при поступлении на любой из его входов логического сигнала, равного 1.

Счетчик 9 номера команды имеет счетный вход, вход сброса и разрядные выходы. При отсутствии сигнала сброса счетчик 9

обеспечивает счет номера команды, формируя 1 на том разрядном выходе, номер которого соответствует номеру команды. На остальных выходах при этом сигналы должны соответствовать О. На первом разрядном выходе сразу же после включения электропитания устанавливается 1.

Коммутирующий блок 10 имеет группу входов, две группы выходов и управляющий вход. Прм наличии на управляющем входе сигнала, равного Т, должно обеспечиваться подключение входов к второй группе выходов, а при поступлении на управляющий вход сигнала, равного O i - к первой группе выходов. Этот блок может быть выполнен любым известным способом и, например, содежит две группы элементов 2И, число которых в каждой группе равно числу входов коммутирующего блока 10. Выходы элементов 2И первой и второй групп образуют соответственно первую и вторую группы выходов блока 10, их первые входы соединены с входами этого блока, вторые входы второй группы элементов 2И соединены с управляющим входом блока 10 непосредственно, а вторые входы первой группы элементов 2И - через логический инвертор.

Программный блок 11 имеет три группы входов, одну группу выходов и предназначен для передачи сигналов с входов на выходы по определенной программе.

Блок 12 элементов задержки содержит несколько элементов задержки, входы которых образуют входы блока, а выходы - выходы блока. Элементы задержки могут быть выполнены аналогично элементам 5 и 6 задержки. Блок 12 предназначен для резервного формирования наиболее ответственных команд управления магистрали 17 (команд пуска управляемого обьек- та).

Наиболее ответственные команды управления магистрали 17 - это такие команды, формирование которых в ПВУ по каким-либо причинам после формирования предыдущих на один номер команд может привести к аварийным ситуациям на управляемом объекте. Поэтому такие команды, поступающие на первые входы программного блока 11, резервируются (подстраховываются) выходными сигналами блока 12 элементов задержки, поступающими одновременно (или с допустимыми погрешностями по времени) на третью группу входов программного блока 11, первые и третьи входы последнего могут быть просто объединены между собой в этом блоке. Выходные же сигналы блока 12 формируются путем временной задержки входных сигналов, которыми являются команды с номерами на единицу меньшими, чем номера ответственных команд. Таким образом ответственные команды формируются одновременно двумя способами: с помощью блока 12 элементов задержки и счетчика 9 номера команды, что обеспечивает повышение надежности ПВУ.

Блок 13 запуска предназначен для формирования сигнала запуска программы пуска () или программы останова () управляемого объекта, прерывания программы пуска и запуска программы останова по сигналу с блока 16 защиты и сигнализации, блокировки запуска программы пуска по сигналу с третьего выхода блока 15

Блок 13 может содержать RS-триггер,

R-вход которого подключен к выходу элемента 2ИЛИ, выход - к выходу элемента 2И, а инвертирующий вход - к выходу блока 13 запуска. Первый вход элемента 2ИЛИ сое0 динен с входом блока 13, второй вход которого через инвертор соединен с первым входом элемента 2И. Вторые входы элементов 2И и 2ИЛИ соединены соответственно с органами запуска программ пуска и остано5 ва. Под органом запуска программ для блока 13 запуска подразумевается элемент, обеспечивающий формирование выходного сигнала, равного 0 , до и после воздействия на него оператором и сигнала, равного 1,

0 при воздействии на него оператором. Такой орган может быть выполнен последовательным включением замыкающей кнопки и резистора между положительной и общей шиной питания, при этом выход органа за5 пуска образован точкой соединения резистора и кнопки. Кроме того, должны быть предусмотрены меры по установке RS-триг- гера в состояние О в момент включения электропитания блока 13 запуска, например

0 подключением конденсатора между R-вхо- дом и положительной шиной питания. При включении электропитания сигнал, равный 1, с положительной шины питания через конденсатор в виде импульса поступает на

5 R-вход триггера и устанавливает его в состояние О (на инвертирующем выходе 1), поэтому на выходе блока 13 запуска сигнал Zo равен Т . С помощью органа запуска программы (ПУСК) при отсутствии на втором

0 входе блока 13 сигнала блокировки, равного 1, RS-триггер переключается в состояние 1, при этом на выходе блока 13 устанавливается сигнал, равный О. С помощью органа запуска программы останова

5 (ОСТАНОВ) или при поступлении на первый вход блока 13 запуска сигнала, равного 1, RS-триггер устанавливается в первоначальное состояние, а выходной сигнал блока 13 равен Т.

0 Управляемый блок 14 питания предназначен для включения напряжения питания узлов 1-12 только на время отработки программ пуска или останова объекта управления. Управляемый блок 14 должен включать

5 электропитание указанных узлов по сигналам запуска программ пуска () или останова (), а отключить его по последним командам пуска () или останова () соответственно. Причем электропитание указанных узлов устройства по сигналу Zo°1 включается только в том случае, если при

предшествующем пуске объекта формируется команда управления Zi-1. В противном случае, если при обработке программы пуска сигнал на запуск программы останова поступает до формирования команды , электропитание узлов 1-12 устройства не должно включиться, поэтому запуска программы останова не происходит. Такой алгоритм работы управляемого блока 14 питания позволяет не запускать программы останова обьекта, если при пуске не сформируется команда управления, после которой запуск этой программы необходим. Например, до этой команды при пуске выполняются только подготовительные операции по установке управляемого объекта в определенное состояние и в случае прерывания программы пуска останов объекта обеспечивается одновременным отключением всех его исполнительных устройств, т.е. без формирования временных интервалов. Такой управляемый блок 14 питания может быть выполнен подсхеме, приведенной на фиг.2, где он содержит RS-триггеры 21 и 22, R и S-входы которых образуют соответственно с первого по четвертый входы блока 14.

Запоминающий блок 15 имеет входы управления, первую, вторую группы выходов и третий выход. Этот блок предназначен для запоминания сигналов, поступающих на входы управления. При поступлении сигнала, равного 1, на вход сброса значения выходных сигналов блока 15 должны устанавливаться в первоначальное (исходное) состояние.

Блок 16 защиты и сигнализации предназначен для прерывания программы пуска управляемого объекта и запуска программы его останова при предельных отклонениях от нормы технологических параметров, а также для индикации причины останова. По сигналам, поступающим в заданной последовательности на его входы, разрешается контроль сигналов с датчиков технологических параметров. При поступлении контролируемых сигналов о аварийной ситуации блок 16 формирует на своем выходе логический сигнал, равный Г, который, поступая на первый вход блока 13 запуска, обеспечивает прерывание программы пуска и запуск программы останова управляемого объекта.

В исходное состояние блок 16 приводится подачей на R-входы всех триггеров 35 сигнала, равного Т , с помощью органа 36 квитирования после исчезновения аварийной ситуации или после поступления на первые входы блока 16 сигналов, равных О.

Устройство работает следующим образом.

При включений электропитания на выходе блока 13 запуска устанавливается сигнал , на выходе управляемого блока 14 питания, следовательно, и на шине 19 питания напряжение отсутстувует. Поэтому узлы 1 - 12 не получают электропитания, значит, значения всех команд управления Zi-Zn и

Xi-Xm в магистралях 17 и 18 соответственно равны 0. Это приводит к формированию программным блоком 11 и запоминающим блоком 15 определенных сигналов (см. таблицу), обеспечивающих установку исполнительных устройств объекта управления в исходное состояние и разрешающих в блоке 16 защиты и сигнализации контроль сигналов с датчиков некоторых технологических параметров. Если в это время блок 16 не

фиксирует аварийной ситуации, т.е. его выходной сигнал, поступающий на первый вход блока 13 запуска, равен О, то с помощью соответствующего органа блока 13 возможен запуск программы пуска. Когда

это происходит, выходной сигнал блока 13 принимает значение , которое поступает на вход программного блока 14 питания и обеспечивает включение напряжения питания на его выход и шику 19 питания. При

этом запитываются обесточенные ранее узлы устройства, генератор 1 начинает формировать импульсы, одновременно одновибратор 8 выдает одиночный положительный импульс, который, поступив непосредственно на входы сброса счетчика 9 номера команд, запоминающего блока 15 и через одновибратор 7 на входы сброса управляемого делителя 2 частоты и счетчика 3 времени-, устанавливает их в первоначальное состояние - О. Одновременно выходной импульс одновибратора 7 через элемент 6 задержки поступает на вход записи счетчика 3 времени и задерживается там на некоторое время элементом 6. Кроме того,

после включения электропитания узлов 1 - 12 коммутирующий блок 10 по сигналу обеспечивает коммутацию входов с выходами, соединенными с магистралью 17 команд. Так как при включении электропитания на

первом выходе счетчика 9 номера команд имеет место I, а на остальных его выходах О, то эта Т в виде команды управления Zi 1 через коммутирующий блок 10 и магистраль 17 команд поступает на первый вход

- первой группы программного блока 11. Это приводит в соответствии с заданной программой к формированию программным блоком 11 выходных сигналов, которые запоминаются запоминающим блоком 15 Кроме того, команда поступает и на первый адресный вход первой группы входов перепрограммируемого блока 4, на всех остальных адресных входах которого сигналы остаются равными О. Это обеспечивает формирова- ние на первой группе его выходов параллельного кода размерности, а на второй группе - параллельного кода длительности первого временного интервала, которые по

ступают соответственно на входы ввода

данных управляемого делителя 2 частоты и счетчика 3 времени. К моменту поступления указанных кодовых сигналов на входы ввода данных делителя 2 частоты и счетчика 3 времени значение выходного сигнала одно- вибратора 7 на их входах сброса остается равным 1, поэтому выходные импульсы генератора не изменяют их состояния. Только после того как выходной сигнал одновибратора 7 примет значение О, им- пульсы с выхода генератора 1 через делитель 2 частоты, делящий их на коэффициент, заданный кодом размерности, начинают поступать на вход счетчика 3 времени. После подачи О на входы сброса делителя 2 частоты и счетчика 3 времени в течение некоторого времени, определяемого временем задержки элемента 6, на входе записи счетчика 3 сигнал остается разным 1. В это время в счетчик 3 с второй группы выходов перепрограммируемого блока 4 вводятся данные для счета. До поступления первого импульса на счетный вход счетчика 3 на его входе записи элементом 6 задержки устанавливается сигнал, равный О, который блокиоует входы ввода данных счетчика 3 Поэтому в него оказываются введенными данные для счета, поступившие непосредственно перед подачей О на вход записи. После этого начинается формирование пер- вого интервала времени.

По окончании заданного интервала времени, когда число импульсов, сосчитанных счетчиком 3 времени, совпадает с числом, введенным в него по входам ввода данных при записи, на его выходе формируется сигнал, равный О, который обеспечивает сдвиг 1 с первого выхода счетчика 9 номера команды на второй его выход и, следовательно, с первой шины магистрали 17 команд на ее вторую шину. Таким образом команда 2i принимает значение О, а 2г - 1, значения остальных команд управления не изменяются. Такое изменение команд приводит к сдвигу 4 с первого адресного входа перепрограммируемого блока1 4 на его второй адресный вход первой группы и с первого входа на второй вход первой группы программного блока 11. При этом блок 4

5

0

5 0 5 0 5 0

5 0 5

формирует код второго временного интервала и подает его на входы ввода данных делителя 2 частоты и счетчика 3 времени, но до поступления сигнала записи состояние счетчика 3 не изменяется Программный блок 11 в соответствии с заданной программой формирует новые значения выходных сигналов, которые запоминаются блоком 15 и поступают на его выходы По истечении времени задержки, заданного элементом 5, с его выхода на первый вход одновибратора 7 поступает 1. которая приводит к формированию одиночного импульса, соответствующего по значению 1. Этот импульс, воздействуя на входы сброса,устанавливает делитель 2 частоты и счетчик 3 времени в состояние О и одновременно поступает через элемент 6 задержки на вход записи счетчика 3. После изменения значения выходного сигнала одновибратора 7 с Ч на О осуществляется по входам ввода данных задание нового коэффициента пересчета делителя 2 частоты и запись данных для счета счетчиком 3 времени. По истечении времени задержки, задаваемого элементом б, на входе записи счетчика 3 сигнал принимает значение О, которое блокирует его входы ввода данных. Начинается отсчет второго интервала времени. Далее процессы формирования временных интервалов повторяются и команды управления Z3...Zn, равные 1, формируются аналогично команде 7.2

Наиболее ответственные команды управления магистрали 17 резервируются сигналами, поступающими на третью группу входов программного блока 11 с выходов блока 12 элементов задержки. Указанные команды формируются блоком 12 по предыдущим командам управления магистрали 17 путем их временной задержки, равной соответствующим интервалам времени, формируемым счетчиком 3 времени по этим же командам.

Если до формирования команды Zrt по какой-либо причине (по сигналу с блока 16 защиты и сигнализации или с органа останова блока 13 запуска) происходит прерывание пуска управляемого объекта и сигнал Z0 принимает значение 1, то по этому сигналу управляемый блок 14 питания отключает электропитание узлов 1 - 12 и возвращает его в первоначальное состояние, которое сохраняется до последующего запуска программы пуска. При этом по сигналу ZoHl одновибратор 8 формирует импульсный сигнал 1, обеспечивающий сброс в первоначальное состояние запоминающего блока 15.

В случае прерывания программы пуска после возникновения команды устройство возвращается в первоначальное состояние аналогично предыдущему случаю, но по истечении временной задержки, заданной в управляемом блоке 14 питания, питание узлов 1-12 вновь включается и осуществляется запуск программы останова управляемого объекта, при котором все процессы проходят, как и при запуске программы пуска. Разница лишь з том, что после включения электропитания указанных узлов коммутирующий блок 10 по сигналу обеспечивает трансляцию входных сигналов на выходы, подключенные к магистрали 18 команд, куда поступают формируемые счетчиком 9 команды управления Xi-Xm, равные 4. При этом с момента формирования до момента формирования запоминающим блоком 15 по сигналу с программного блока 11 выдается на третий выход сигнал, равный Т, который, поступая на второй вход блока 13 запуска, обеспечивает блокировку запуска программы пуска на все время отработки программы останова управляемого объекта. По последней команде острнова управляемый блок 14 питания от ключает электропитание узлов 1 - 12 и устройство переводится в первоначальное состояние.

Когда же программа пуска завершается формировнием команды ZnHl, то по этой команде управляемый блок 14 питания отключает электропитание узлов 1 - 12 и они переводятся в режим хранения, сохраняя свой рэсурс и обеспечивая экономию электроэнергии. В этом состоянии устройство находится до запуска программы останова,

8 случае аварийного отклонения какого-либо технологического параметра, контролируемого блоком 16 защиты и сигнализации, при пуске упргвлремого объекта или после его окон«ання через неопределенный промежуток времени на выходе блока 16 формируется 1, которая, поступая на первый вход блока 13 запуска, обеспечивает установку на его выходе сигнала 7.0, равного 14. Этот сигнал, как было описано выше, вызывает прерывание программы пуска, если он формируется при пуске объекта, и запуск программы останова. Причина прерывания программы пуска, индицирующаяся с помощью соответствующей индикаторной лампочки 37 блока 16, может быть квитирована с помощью соответствующего органа 36 этого блока как во время отработки программы останова, так и после ее завершения.

При отработке программы останова управляемого объекта могут, как и при пуске, возникать аварийные ситуации, фиксируемые блоком 16 защиты и сигнализации. Поеле завершения программы останова и проведения анализа причин аварийных ситуаций можно с помощью органа 36 квитирования привести блок 16 з первоначальное состояние. В этом случае

на выходе блока 16 устанавливается сигнал, равный О.

Повышению надежности предлагаемого устройства способствует введение блока элементов задержки, который обеспечивает резервирование Формирования наиболее ответственных команд управления в ходе отработки программы пуска объекта.

20

Формула изобретения

Программное временное устройство, содержащее блок запуска, блок памяти управляющих сигналов перепрограммируемый блок памяти кодов, управляемый блок

питания, программный блок, первая и вторая группы входов которого соединены с первой и второй магистралями команд, образованными шинами команд, г такжэ генератор импульсов, выход которого

подключен к информационному входу управляемого делителя частоты, выход которого соединен с счетным входом счетчика времени,, вход сброса подключен в входу сброса счетчика времени, входу элемента

задержки и выходу первого одновибратора, первый вход которого через второй элемент задержки подключен к выходу счетчика вре- лени и входу счетчика номера команды, первая и вторая группы выходов перепрограммируемогс блока памяти кодов соеди- нены с входами ввода данных соответственно управляемого делителя частоты и счьмчика времени, вход записи которого подключен к выходу первого

элемента задержки, первый зход блока запуска соединен с выходом блока защиты и сигнализации, выход управляемого блока питания соединен с шинами питания генератора импульсов, управляемого делителя

частоты, счетчика времени, счетчика номера команды, первого одновибратора, пере- прогрзммйруемого блока памяти кодов, первого и второго элементов задержки, а с первого по четвертый входы управляемого

блока питания соединены соответственно с выходом блока запуска, шиной последней . i-ой команды первой магистрали команд, последней команды второй магистрали команд, отличающеся тем, что, с целью

упрощения и повышения надежности устройства, в него введены коммутирующий блок, блок элементов задержки и второй одновибратор, первый вход которого соединен с выходом управляемого блока питания, второй вход - с выходом блока запуска и управляющим входом коммутирующего блока, а выход - с вторым выходом первого одковибратора, входами сброса счетчика номера команды и входом сброса блока памяти управляющих сигналов, входы управления которого подключены к выходам программного блока, первая группа выходов образует выходы устройства, вторая группа выходов соединена с входами блока защиты и сигнализации, а третий выход - с

0

вторым входом блока запуска, первая и вторая группы адресных входов перепрограммируемого блока памяти кодов соединены с шинами команд соответственно первой и второй магистралей команд, образованными соответственно первой и второй группами выходов коммутирующего блока, подключенного входами к выходам счетчика номера команды, часть шин первой магистрали команд соединена через блок элементов задержки с третьей группой входов программного блока, шина питания которого, з тскже шины питания блока элементов задержки и коммутирующего блока соединены с выходом управляемого блока питания.

г

5х «

04

U|

si

(S

f

N

Ј

i

Шины команд магистрали маштали

17 18

я и 23 ц xixixs

Второй Вход

Изобретение относится к устройствам автоматического программного управления технологическими процессами. Цель изобретения - упрощение и повышение надежности. Устройство содержит блок запуска. управляемый блок питания, запоминающий блок, программный блок, первую и вторую магистрали команд, генератор импульсов, управляемый делитель частоты, счетчик времени, счетчик номера команды, перепрограммируемый блок памяти кодов, блок защиты и сигнализации, первый и второй элементы задержки, первый и второй одно- вибраторы, коммутирующий блок, блок элементов задержки Данное устройство обеспечивает прерывание одной программы и запуск другой при отклонениях технологических параметров управляемого объекта или по сигналу с блока запуска Команды управления в обоих случаях формируются одним и тем же счетчиком номера команды и в зависимости от того, какая программа запущена, подаются коммутирующим блоком в первую или вторую магистраль команд. Электропи- ние узлов, формирующих команды управлеР ния, включается только на время отработки программ 5 ил. 1 табл.

Фиг. 5