Устройство для сигнализации Советский патент 1991 года по МПК G08B17/10 

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

Цель изобретения - повышение надежности устройства за счет выполнения контроля горючей газовоздушной среды по адресу неисправных датчиков путем ее перераспределения исправным датчикам.

На фиг.1 изображена функциональная схема устройства для сигнализации на фиг.2 - функциональная схема синхрогене- ратора.

Устройство для сигнализации содержит датчики 1, каждый из которых выполнен в виде камеры с установленными в ней детектором 2, мультиплексор 3, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 4, блок 5 вычитания, первый 6 и второй 7 регистры, первый 8 и второй 9 блоки элементов И, первый 10 и второй 11 блоки оперативной памяти, первый 12 и второй 13 блоки сравнения, всасывающие насосы 14, первый 15 и второй 16 поверочные баллоны с управляемыми вентилями 17 и 18 соответственно, магистраль 19, управляемые вентили 20 маOS

ю со о to

о

1истрали, установленные между подключениями к ней пробоотборников камер датчиков В каждой камере 1 патрубок с насосом завершен управляющим входом 21. Устройство содержит также синхрогенератор 22, имеющий пусковой вход 23, вход Калибровка 24, установочный вход 25, выход 26 управления камерами датчиков, адресные выходы 27, выход 28 разрешения считывания и передачи данных, выход 29 управления поверочным баллоном и передачи данных, выход 30 управления поверочным баллоном и разрешение считывания, первый выход 31 разрешения записи, выход 32 разрешения считывания, второй выход 33 разрешения записи, выходы 34 управления вентилями магистрали, выходы 35 управления насосами.

На фиг.1 позициями также отмечены установочный вход 36 устройства, его первый 37 и второй 38 сигнальные выходы и адресный выход 39.

Синхрогенератор 22 содержит управляемый генератор 40 импульсов, первый 41, второй 42 и третий 43 триггеры, первый 44, второй 45, третий 46, четвертый 47 и пятый 48 элементы И, первый 49, второй 50, третий 51, четвертый 52 и пятый 53 элементы ИЛИ, блок 54 элементов ИЛИ, элемент НЕ 55, первый 56, второй 57, третий 58 и четвертый 59 регистры сдвига, первый 60, второй 61, третий 62, четвертый 63 и пятый 64 элементы задержки, счетчик 65, регистр 66, первый 67 и второй 68 демультиплексоры

Устройство для сигнализации работает следующим образом.

Перед включением в работу производится установка элементов и узлов, в частности, очистка содержимого блоков оперативной памяти, сброс регистров (цепи управления не показаны)

Работа устройства производится непрерывно в режимах установки нуля, установки нижнего концентрационного предела воспламенения (НКПВ) и измерения, причем первые два режима выполняются последовательно и запускаются подачей сигнала Калибровка по входу 24 синхроге- нератора 22 При отсутствии этого сигнала работа устройства выполняется в режиме измерения

Режим установки нуля В исходном состоянии на выходе 27 синхрогенератора 22 устанавливается адрес первого датчика 1, измерительного канала мультиплексора 3, блоков 10 и 11 оперативной памяти

Синхрогенератор 22 выдает последовательную серию сигналов, которыми с выхода 34 открываются управляемые вентили 20 магистрали 19, с выхода 26 - управляющие

входы 21 камер датчиков 1, с выхода 29 - управляемый вентиль 17 поверочного баллона 15с инертным газом Последний сигнал подготавливает также к работе блок 9

элементов И. Инертный газ поступает в камеры датчиков, после заполнения которых их управляющие входы 21 закрываются снятием сигнала с выхода 26 синхрогенератора. Измеренное значение нулевого

0 разбаланса детектора 2 через мультиплексор 3, АЦП 4 и блок 5 вычитания поступает на хранение в регистр 6, откуда, пройдя через элементы И блока 9 элементов И, сравнивается блоком 13с кодом максималь5 но допустимого значения нулевого разбаланса датчиков, снимаемого с регистра 7. Логическая 1 выдается блоком 13 сравнения в случае превышения первым кодом второго, означающая потерю работоспо0 собности детектора 2 и записывается в контрольный бит соответствующего байта блока 10 оперативной памяти по сигналу с выхода 31 блока 22 вместе с записью в остальные значимые разряды байта кода из5 меренного сигнала. Запись в контрольный бит логического О производится в противном случае.

Установкой следующего адреса на выходе 27 синхрогенератора 22 повторяется

0 цикл обработки данных в режиме, после завершения которого синхрогенератор 22 обнуляет выход 29 и управляемый вентиль 17 поверочного баллона 15 закрывается.

Режим установки НКПВ Устройство ус5 танавливается в исходное состояние. Синх- . регенератор 22 с выхода 26 открывает управляющие входы 21 камер датчиков 1, с выхода 30 - управляемый вентиль 18 второго поверочного баллона 16 со взрывоопас0 ным газом концентрации НКПВ. Газ поступает в камеры датчиков, после заполнения которых их управляющие входы 21 закрываются снятием сигнала с выхода 26 синхрогенератора. Измеренное значение

5 обработки детектором 2 индивидуального уровня НКПВ через мультиплексор 3 и АЦП 4 поступает на блок 5 вычитания. Сигнал с выхода 30 синхрогенератора 22 также разрешает выборку значений нулевого разба0 ланса датчика из блока 10 оперативной памяти, контрольный бит которого по входу 25 блока 22 разрешает обработку данных в режиме (при нулевом сигнале), либо ее блокирует (при единичном сигнале) по данному

5 адресу и инициирует переход к следующему адресу.

Блоком 5 производится установление динамического диапазона измерения, значение которого хранится регистром 6 и по сигналу с выхода 33 синхрогенератора 22

записывается в соответствующий байт блока 11 оперативной памяти.

Установка следующего адреса производится сигналом с выхода 27 блока 22. Так производится опрос всех датчиков 1 устройства, за исключением тех, для которых в режиме установки нуля в контрольный бит байтов блока 10 оперативной памяти записана логическая 1. После завершения цикла выход 30 синхрогенератора 22 обнуляется и управляемый вентиль 18 поверочного баллона 16 закрывается.

Режим измерения. Устройство приводится в исходное состояние. Обнуляются все разряды на выходе 34 синхрогенератора 22, перекрывая тем самым управляемыми вентилями 20 магистраль 19, и его выход 26 открывает управляющие входы 21 датчиков 1. Значение концентрации анализируемого газа через мультиплексор 3 и АЦП 4 подается на блок 5 вычитания. Код нулевого разбаланса датчика выбирается из блока 10 оперативной памяти (учитывается содержимое контрольного бита) по сигналу с выхода 32 синхрогенератора и подается на блок 5. В нем определяется нулевая точка отсчета сигнала по амплитуде, которая хранится регистром 6.

Выборка кода индивидуального НКПВ из блока 11 оперативной памяти производится по сигналу с выхода 28 блока 22, по которому код с регистра 6 через блок 8 элементов И поступает на блок 12 сравнения. При равенстве кодов или превышении первым второго, на сигнальный выход 37 устройства выдается тревожный сигнал и синхрогенератор 22 на выходе 27 устанавливает следующий адрес.

Равенство логической 1 контрольного бита соответствующего байта блока 10 оперативной памяти свидетельствует о неработоспособности по данному адресу детектора 2 по фактору превышения им максимально допустимого нулевого разбаланса датчиков. При этом синхрогенератором 22 с последующей фиксацией этого адреса с выхода 35 включается соответствующий всасывающий насос 14, закачивающий вход 21, камера неисправного детектора 2 и его пробоотборник в магистраль 19.

Сигналом с выхода 34 блока 22 открывается управляемый вентиль 20, освобождающий газовоздушной среде доступ по магистрали 19 к второму датчику 1. Синхрогенератор 22 на выходе 27 устанавливает адрес второго датчика 1, измерительного канала мультиплексора 3, блоков 10 и 11 оперативной памяти. Блок 22 последовательно с выходов 32 и 28 производит из блоков 10 и11 оперативной памяти выборку

содержимого, в то числе контрольного бита по данному второму адресу и по входу 25 его проверку. Логический О в контрольном бите вызывает обработку концентрации газо- 5 воздушной среды, поступившей по месту локализации первого (неисправного) датчика 1, вторым (исправным) датчиком 1 согласно описанному алгоритму. После этого управляемый вентиль 20 перекрывает маги- 0 страль 19 между датчиками 1 с предыдущим и настоящим (первыми и вторыми) адресами с отключением соответствующего насоса 14 и под управлением синхрогенератора 22 на- 5 чинается измерение концентрации газовоздушной среды вторым датчиком 2 по месту его собственной локализации,

В случае появления при опросе датчиков 1 более двух соседних неисправных про- 0 изводится дополнительное включение в цепочку соответствующих управляемых вентилей 20 магистрали 19 и по аналогии - опрос среды последовательно по адресу каждого неисправного датчика. 5 В общем случае алгоритм опроса может меняться и закладывается в структуру синхрогенератора 22.

Синхрогенератор 22 работает следующим образом. Счетчик 65 устанавливается в 0 состояние, соответствующее первому адресу датчика 1.

В режиме Установка нуля запускаемый с входа 23 синхрогенератора управляемый генератор 40 импульсов через элемент 5 И 48 выдает импульсы на регистр 59 сдвига. Серия управляющих сигналов с выходов блока 59 выдается соответственно через элемент ИЛИ 51 - на выходе 26 синхрогенератора 22 и через элемент 64 задержки - на 0 выходе 31. Сигналом с третьего выхода регистра 59 сдвига взводится триггер 41 и через элемент ИЛИ 49 увеличивается содержимое счетчика 65, что приводит к установке на выходе 27 синхрогенератора 5 следующего адреса. Цикл опроса датчиков 1, во время которого на выходе 33 синхрогенератора присутствует логическая 1, завершается срабатыванием триггера 42 и обнулением выхода 29.

0В режиме Установка НКПВ счетчик 65

устанавливается в исходное состояние. Работа синхрогенератора обусловлена отсутствием логического единичного сигнала блокировки по его входу 25 и разрешением 5 прохождения импульсов с генератора 40 через элемент И 47 на вход регистра 58 сдвига. Синхрогенератор выдает серию сигналов: через элемент ИЛИ 51 - на выходе 26, через элемент 63 задержки - на выходе 33 и поддерживает наличие логической 1 через элемент 60 задержки на выходе 30. Наличие

нулевого логического сигнала на входе 25 синхрогенератора 22 через элемент НЕ 55 и триггер 43 вызывает блокировку элемента И 47 и через элемент И 44 - изменение состояния счетчика 65, а равно и адреса на выходе 37. Цикл опроса датчиков 1 завершатся перебросом триггера 41 и обнулением выхода 30 синхрогенератора.

Работа синхрогенератора 22 в режиме Измерение также обусловлена наличием или отсутствием сигнала блокировки по его входу 25 и аналогична описанному. Счетчик 65 приведен в исходное состояние, выход 34 синхрогенератора 22 обнулен.

Импульсы с генератора 40 (при нулевом сигнале на входе 25) через элемент И 46 поступают на регистр 56 сдвига, который через элемент ИЛИ 51 выдает единичный сигнал на выходе 26 синхрогенератора, через элемент ИЛИ 52 и элемент 62 задержки - на выходе 32 и (при отсутствии логической 1 на входе 25) через элемент 1 задержки - на выходе 28синхрогенератора 22, вызывая через элемент ИЛИ 49 изменение содержимого счетчика 65 и повторное выполнение операций внутреннего цикла.

Логическая 1 на входе 25 через элемент И 45 и регистр 57 сдвига вызывает фиксацию на регистре 66 текущего адреса, снимаемого со счетчика 65, и формировани- е единичного сигнала на соответствующем разряде (в данном случае - первом) демуль- типлексора 68 и выходе 35 синхрогенератора. Через элемент ИЛИ 49 изменяется содержимое счетчика 65 и формируется на выходе 27 следующий адрес и единичный сигнал на соответствующем разряде (в данном случае первом и открывающем вентиль 20 между первым и вторым датчиками 1) де- мультиплексора 67. На выход 32 синхрогенератора через элемент ИЛИ 52 и элемент 62 задержки выдается логическая 1, наличие нулевого сигнала на входе 25 вызывает выдачу логической 1 на выходе 28 синхрогенератора и выполнение внешнего цикла операций.

Количество таких циклов соответствует алгоритму опроса датчиков 1 и связано с возможностью аппаратного наращивания синхрогенератора 22 в пределах неизменяемой структуры устройства Временная дли- тельность элементов 60 - 64 задержки обусловлена временем прохождения сигналом измерительного тракта

Формула изобретения i. .Устройство для сигнализации, содержащее датчики, управляющие входы которых объединены и подключены к выходу управления камерами датчиков синхрогенератора, адресные выходы которого подключены

к адресным входам первого и второго блоков оперативной памяти и мультиплексора и являются адресным выходом устройства, аналого-цифровой преобразователь, блок

вычитания, два регистра, два блока элементов И, два блока сравнения, насос, магистраль, управляемые вентили, два поверочных баллона с управляемыми вентилями, каждый датчик выполнен в виде камеры с одним

0 пробоотборником и с установленным в ней детектором, выходы детекторов подключены к сигнальным входам мультиплексора, выходы первого регистра подключены к первой группе входов первого и второго

5 блоков элементов И, входам сигнала данных первого и второго блоков оперативной памяти, выход разрешения считывания и передачи данных синхрогенератора подключен к второй группе входов первого блока эле0 ментов И и входу считывания второго блока оперативной памяти, выход управления поверочным баллоном и передачи данных синхрогенератора подключен к второй группе входов второго блока элементов И и управ5 ляющему входу управляемого вентиля первого поверочного баллона, выход управления поверочным баллоном и разрешения считывания синхрогенератора подключен к первому входу считывания первого

0 блока оперативной памяти и управляющему входу управляемого вентиля второго поверочного баллона, первый выход разрешения записи и выход разрешения считывания синхрогенератора подключены соответст5 венно к входу записи и второму входу считывания первого блока оперативной памяти, второй выход разрешения записи синхрогенератора подключен к входу записи второго блока оперативной памяти, выхо0 ды первого блока элементов И и информационные выходы второго блока оперативной памяти подключены соответственно к одной и другой группам входов первого блока сравнения, выход которого

5 является первым сигнальным выходом ycTJ ройства, вход второго регистра является установочным входом устройства, выходы второго блока элементов И и второго регистра подключены соответственно к одной и

0 другой группам входом второго блока сравнения, выход которого является вторым сигнальным выходом устройства и подключен к контрольному входу первого блока оперативной памяти, вход Калибровка синхро5 генератора является входом Калибровка устройства, пусковой вход синхрогенератора является пусковым входом устройства, информационные выходы первого блока оперативной памяти подключены к одним входам блока вычитания, а контрольный выход - к установочному входу синхрогенера- тора, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности устройства за счет выполнения контроля горючей газовоздушной среды по адресу неисправных датчиков, в него введены по числу датчиков насосы, дополнительные управляемые вентили, выходы управления дополнительными вентилями магистрали синхрогенератора соответственно подключены кдополнитель- ным управляемым вентилям, число которых на один меньше числа датчиков и которые размещены на магистрали между подключениями к ней пробоотборников датчиков, управляющий вход каждой камеры датчика соответственно соединен с насосом, выходы управления насосами синхрогенератора подключены соответственно к управляющим входам насосов, выходы управляемых вентилей первого и второго поверочных баллонов соединены с магистралью, выход мультиплексора через аналого-цифровой преобразователь подключен к другим входам блока вычитания, выход которого подключен к входу первого регистра.

2. Устройство по п. 1.отличающее- с я тем, что синхрогенератор содержит управляемый генератор импульсов, три триггера, пять элементов И, пять элементов ИЛИ, блок элементов ИЛИ, элемент НЕ, че- тыре регистра сдвига, пять элементов задержки, счетчик, регистр и два демуль- типлексора, вход элемента НЕ и первый вход первого элемента И объединены и являются установочным входом синхроге- нератора, управляющий вход управляемого генератора импульсов является пусковым входом синхрогенератора, а выход подключен к второму входу первого элемента И и первым входам второго - пятого элементов И, установочный вход первого триггера является входом Калибровка синхрогенератора, прямой выход первого триггера подключен к вторым входам четвертого и пятого элементов И, первой группе входов блока элементов ИЛИ и третьему входу первого элемента И, выход которого подключен к первому входу первого элемента ИЛИ, выход которого подключен к входу счетчика, выходы разрядов которого подключены к адресным входам первого демультиплексо- ра. входам данных регистра и являются адресными выходами синхрогенератора, инверсный выход первого триггера подключен к первому входу второго элемента ИЛИ и вторым входам второго и третьего элементов И, выход второго элемента ИЛИ подключен к входам сигнала данных первого и второго демультиплексоров, выход третьего элемента И подключен к входу первого регистра сдвига, первый выход которого подключен к первым входам третьего и четвертого элементов ИЛИ, выход второго элемента И подключен к входу второго регистра сдвига, первый выход которого подключен к второму входу третьего элемента ИЛИ, входу синхросигнала выбора второго демультиплексора и входу разрешения регистра, выходы которого подключены к адресным входам второго демультиплексора, второй выход первого регистра сдвига подключен к третьему входу третьего элемента ИЛИ, выход которого является выходом управления камерами датчиков синхрогенера- тора, второй выход первого регистра сдвига подключен к входу второго элемента задержки, выход которого является выходом разрешения считывания и передачи данных синхрогёнератора, инверсный выход второго триггера подключен к третьему входу пятого элемента И и является выходом управления поверочным баллоном и передачи данных синхрогенератора, выход старшего разряда счетчика подключен к первым сигнальным входам первого и второго триггеров, первый вход первого элемента И обь- единен с первым сигнальным входом третьего триггера, прямой выход которого подключен к третьему входу второго элемента И, инверсный выход третьего триггера подключен к третьим входам третьего и четвертого элементов И, выход четвертого элемента И подключен к входу третьего регистра сдвига и входу первого элемента задержки, выход которого является выходом управления поверочным баллоном и разрешения считывания синхрогенератора, первый выход третьего регистра сдвига подключен к четвертому входу третьего элемента ИЛИ и первому входу пятого элемента ИЛИ, выход которого подключен к входу синхросигнала выбора первого демультиплексора, выходы разрядов которого подклю- чены к второй группе входов блока элементов ИЛИ, выход пятого элемента ИЛИ подключен к входу четвертого регистра сдвига, первый выход которого подключен к второму входу пятого элемента ИЛИ и пятому входу третьего элемента ИЛИ, третий выход первого регистра сдвига подключен к шестому входу третьего элемента ИЛИ и второму входу первого элемента ИЛИ, второй выход второго регистра сдвига подключен к седьмому входу третьего элемента ИЛИ к третьему входу пятого элемента ИЛИ, третий выход второго регистра сдвига подключен к второму входу четвертого элемента ИЛИ, выход которого подключен к входу третьего элемента задержки и является выходом разрешения считывания синхрегенератора, восьмому входу третьего элемента ИЛИ, третьему входу первого элемента ИЛИ и четвертому входу пятого элемента ИЛИ, второй выход третьего регистра сдвига подключен к пятому входу пятого элемента ИЛИ м входу четвертого элемента задержки, третий вход третьего регистра сдвига подключен к четвертому входу первого элемента ИЛИ, шестому входу пятого элемента ИЛИ и первому сигнальному входу первого триггера, прямой выход второго триггера подключен к четвертому входу четвертого элемента И, выход элемента НЕ подключен к второму сигнальному входу третьего триггера, второй выход четвертого регистра сдвига подключен к седьмому входу пятого элемента ИЛИ к входу пятого элемента задержки, выход которого является первым выходом разрешения записи синх- рогенератора, выход четвертого элемента

задержки является вторым выходом разрешения записи синхрогенератора, выходы блока элементов ИЛИ являются выходами управления вентилями магистрали синхрогенератора, третий выход четвертого регистра сдвига подключен к пятому входу первого элемента ИЛИ, восьмому входу пятого элемента ИЛИ и второму сигнальному входу второго триггера, выходы разрядов второго демультиплексора являются выходами управления насосами синхрогенератора.

Изобретение относится к автоматическим системам для обнаружения и анализа взрывоопасных концентраций горючих и взрывоопасных газов и может быть использовано в системах мониторинга окружающей среды, например, буровых установок. Целью изобретения является повышение надежности устройства за счет выполнения контроля горючей газовоздушной среды по адресу неисправных датчиков путем ее перераспре- ( деления исправным датчиком Устройство работает непрерывно в режимах установки нуля, установки нижнего концентрированного предела воспламенения и измерения, причем первые два режима выполняются последовательно и запускаются по сигналу Калибровка При отсутствии этого сигнала устройство работает в режиме измерения. Равенство логической 1 контрольного бита первого блока оперативной памяти свидетельствует о неработоспособности по данному адресу детектора, что приводит к переключению управляемых вентилей и обеспечивает обработку концентрации газовоздушной среды следующим (исправным) датчиком. 1 з.п.ф-лы, 2 ил. Ё

20

38

J9 -

Фиг.1