Информационно-измерительная система для контроля загрязнения окружающей среды Советский патент 1982 года по МПК G08C19/28 G08C25/00 

Изобретение относится к телеизмерению и предназначено для контроля загрязнения окружающей среды в пределах промышленного центра или города. Известны информационно-измеритель ные системы наблюдения и контроля ка чества воздуха и воды, содержащие сеть рассредоточенных ю площади автоматизированных кон грольно-замерных станций, укомплект званных метеодатчиками и газоанализаторами вредны ингредиентов, информация с которых ый информапередается на централь ционно-вычислительный центр по каналам связи 1. Недостаток информационно-измерительных систем состоит -в большом объеме передаваемой на центральный пункт информации, так как для решения задач прогнозирования и вь1работки рекомендаций по снижению ущербна от загрязнения в центр должна передаваться подробная информация о мете опараметрах и загрязняющих ингредиентах во всех первичных пунктах зй короткое время. Это требует испольЗования выделенных каналов связи и существенно удорожает систему. Наиболее близким -к предлагаемому по технической сущности является информационно-измерительная система контроля загрязнения окружающей среды, содер)хащая на передаьэщей стороне блок управления,-узел вызова, блок кодирования адреса и времени, элемент ИЛИ, блок регистрации и связи и в каждом информационном канале регистр и последовательно соединенные датчик, аналого-цифровой преобразователь и цифровой фильтр, выходы регистра подсоединены ко входам злемента ИЛИ, выход которого подключен к первому входу блока регистрации и связи, yпpaвля эщиe входы регистров подсоединены к соответствующим управляющим выходам блока управления, адресный выход блока управления подключей ко входу блока кодирований адреса и времени, выход которого сое динен со вторым входом блока регистрации и связи, вход узла вызова подключен к первому выходу блока регистрации и связи, а выход - к управ ляощему входу блока управления, второй выход и третий вход блока регист рации и связи через канал связи соед нены соответ ственно с первым входом и первым выходом блока связи на приемной стороне, содержащей вычислител ное устройство, состоящее из блока обработки (Г.анных и блока прогнозирования, выходной блок и блок управления , первый выход которого соединен управляющим входом блока обработки данных, а второй выход - с первым входом блока связи, второй выход которого подключен к информационному входу блока обработки данных, выход которого соединен с входом блока прогнозирования и пербым входом выходного блока, выход блока прогнозирования соединен с вторым входом блока связи с внешними устройствами, выход которого соединен со входом блока управления . Недостаток системы заключается в невысокой информативности. Цель изобретения - повышен йе информативности системы.. Поставленная цель достигается тем что в информационно-измерительную си стему для контроля загрязнения окружающей среды, содержащую на передающей стороне программно-временной бло адресный выход которого через блок кодирования соединен с первым входом блока регистрации, первый выход кото рого соединен через формирователь ко манд считывания с управляющим входом программно-временного блока, элемент ИЛИ, выход которого соединен с вторы входом блока регистрации, третий и второй выхчод которого подключены к каналу связи и в каждом информационном канале последовательно соединенные датчик параметров окружающей сре ды, аналого-цифровой преобразователь и цифровой фильтри регистр сдвига, управляющие выходы программно-времен ного блока соединены с управляющими входами регистра сдвига всех информационных каналов, выходы которых со динены с соответствующими входами эле мента ИЛИ, на приемной стороне содержащая линейный блок, первые выход и вход которого подключены V каналу СВЯЗИ, второй выход линейного блока соединен с первым входом арифметического блока, выход которого соединен непосредственно с первым входом и через функциональный преобразователь с вторым входом выходного блока, выход которого -соединен с входом логического переключателя, первый и второй выходы логического переключателя соединены с вторыми входами соответственно арифметического и линейного блоков, введены на передающей . стороне в каждом информационном канале блок вычитания, блок сравнения, ключ, элемент задержки, выход цифрового фильтра соединен через элемент задержки с информационным входом ключа и с первым входом блока вычитания, выход которого соединен с первым входом блока сравнения, второй вход которого соединен с шиной допустимой величины погрешности прогноза выход блока сравнения соединен с управляющим входом ключа, выход ключа соединен с информационным входом регистра сдвига, информационные выходы программно-временного блока соединены с вторыми входами блока вычитания информационных каналов, третий выход блока регистрации соединен с информационным входом программновременного блока, на приемной стороне введен блок памяти, вход которого подключен к выходу функционального преобразователя, выходы - к тре.тьему входу линейного блока и третьим входам арифметического блока. На чертеже представлена структурная схема системы. Информационно-измерительная система для контроля аагрязнения окружающей среды на передающей стороне в каждом информационном канале 1 У, датчик 2„ параметров окружающей среды, цифровой фильтр 3 3,, элемент - 4у,задержки ключ 5, регистр ,, блок 7 7,вычитания, блок 8,( - 8 сравнения и аналого-цифровой преобразователь 9 9L, а также элемент 10, блок 11 кодирования, формирователь 12 команд считывания, блок 13 регистрации, шину Il допустимой величины погрешности прогноза и программно-временной блок 15, канал 16 связи. На приемной стороне содержит линейный блок 17 арифметический блок 18, функциональный преобразователь 19, выходной блок 20, 5 буферный блок 21 памяти и логический переключатель 22. Датчики 2 - 2у параметров окружаю щей среды выдают непрерывные электри ческие сигналы (ток, напряжение, сопротивление и т.д.), величины которых зависят от измеряемых параметров гидро-(метео) элементов и элементов загрязнения. , Аналого-цифровые преобразователи 9и преобразуют выходные сигналы датчиков 2 - 2, в число-импульсный код. Цифровые фильтры 3 3 служат для фильтрации (изменения спектрального состава) сигналов с выхода преобразователя Эй- С выхода цифровых фильтров 3 отфильтрованные час тотные сигналы поступают на вход бло ка 7| вычитания и через блоки ty, задержки - на информационные вхо ды ключей 5j 5ц. Блоки 7цвычитания образуют ра ность между истинным значением измеряемой величины и предсказанным, поступающим с соответствующего информа ционного выхода программно-временног блока 15. Блоки 8и сравнения предназначены для формирования управляющего сигнала: если разностный сигнал не превышает допустимой величины (Гд по грешности прогноза, поступающей по шине Т4,( - то на выходе блоков 8ц сравнения фор1 иеуются сигналы запрета, поступающие на управляющий ВХОД ключей 5х( - SKJ. Ключи 5и 5у пропускают информацию на регистры 6vi, если на управляющих входах отсутствуют сигналы запрета. Программно-временной блок 5 служит для формирования сигналов разрешения на управляю1чих выходах при счи тывании информации с регистров , каждого канала - 1,через элемент ИЛИ 10 на вход блока 13 регистрации , поступающих на вход блока 11 кодирования, и сигналов прогнозирования, поступающих с информационных выходов на входы блоков 7 - 7: вычитания. Блоки 11 кодирования предназначены для получения кода адреса и срответствующего ему кода:текущего времени для того параметра, счить;вания которого производится в дан..ныи момент. , , , 6 Формирователь 12 предназначен для формирования команды считывания информации при поступлении на его вход сигналов запроса, поступающих из блока 13 регистрации, Блок 13 регистрации предназначен для формирования кода сообщений (по кодам элементов ИЛИ 10 и блока 11 кодирования) выдачи их в канал связи по сигналу запроса, передачи сигналов предсказания на информационный вход блока 15, а также для регистрации информациио измеренных значениях параметров на долговременной носитель (магнитная лента, перфоратор). Блок 13 регистрации совместно с линейным блоком 17 на приемной стороне обеспечивает прием и передачу сигналов при работе по каналу 1б саязи между передающей и приемной сторонами системы. Арифметический блок 18 предназначен для выполнения арифметических операций над числовыми кодами по заданным алгоритмам по сигналам управления. функциональный, преобразователь 19 по заложенной в нем модели загрязнения вырабатывает сигналы прогнозирования загрязнения, и реализует алгоритмХки-1 х + P„lx, - шх , где ,щц - прогнозное значение параметра; текущее значение параметра Slj- корреляционная функция; ЙЦ- математическое ожидание. Выходной блок 20 предназначен для приема, преобразования и выдачи сигналов на внешние системы (потребители информации о состоянии окружающей среды , регистрирующие устройства И,наоборотV с внешних стистем через блок 20 связи на переключатель 22 (сигналы запроса потребителей, например, коды текущего времени, сигналы состояний загрязнения в соседних регионах, и т.п.). Логический переключатель 22 предназначен для формирования сигналов запроса, поступающих на вход линейного блока 17 связи, и команд обработки информации, поступающих на управляюсций вход арифметического блока 13. Информационно-измерительная система для контроля загрязнения окружающей среды работает следующим образом. На передающей стороне с выходов датчиков - 2у1 каждого информацион ноге канала - 1 поступает информация о соответствующих параметрах окружающей среды. Сигнал датчика 2 преобразуется аналого-цифровым преобразователем 9 8 цифровой код, фил руется цифровым фильтром 3 и через элемент задержки поступает на клю 5. Одновременно код измеренного в данный момент параметра поступает н блок 7 вычитания, на выходе которого образуется разностный сигнал меж ду измеренным значением и предсказанным, поступающим с соответствующего выхода блока 15. Если разностный сигнал не превышает допустимого значения погрешности прогноза do , образованного на шине Ц, то на выходе блока 8 сравнения формируется -прещающии уровень, который закрывае ключ 5. Если же измеренное значение параметра существенно отличается от прогнозируемого f больше do), то на выходе блока 8 разрешающий уровень и код Параметра через ключ 5 поступает на информационный вход регистра 6. Элемент k задержки обеспечива уверенное без потерь прохождение и формации через ключ 5 так как задерживает сигнал на время операций вычитания и сравнения. Считывание информации с регистро 6 производится поочередно по сигналам с управляЮ114их выходов блока 15, а также по запросу с центрального пункта. По сигналу запроса, поступающему на формирователь 12 с выхода блока 13, в блоке 15 формируются импульсы опроса каналов и соответст вующие сигналы на адресном выходе. На блок 13 поступают коды измеряемы параметров элемента ИЛИ 10 и коды с ответствующего адреса и времени с б ка 11 кодирования, из которых блоком 13 формируется код сообщения, поступающий на второй выход блока 13, а также используемый для регистрации параметра на месте установки пункта контроля окружающей среды Блок регистрации может быть также установлен и на центральном пункте. формируемый в блоке 13 код сообщения за очередной срок измерения или по запросу с приемной стороны по прямому каналу 1б связи поступает на блок 17 приемной стороны, со второго выхода которого поступает в блок 18. Блок 18 по заданному режиму осуществляет оперативную обработку поступающей информации: расчет средних значений по данным нескольких пунктов, формирование картины загрязнения и т.д. Выходная информация используется для регистрации через блок 20, а также является исходной для выработки прогнозных сигналов блоком 19 прогнозирования. Блок 19 прогнозирования формирует прогнозную картину загрязнения, т.е. прогнозируемые знамения по каждому измеряемому параметру, которые поступают на блок 20 для выдачи потребителю, (с цельюпринятия мер по предупреждению загрязнения) и через блок 21 буферной памяти на третий вход блока 17, далее по каналу 16 свя зи на третий вход блока 13 с третьего выхода которого на информационный .вход блока 15, откуда сигналы прогнозирования поступают на соответствующие входы блоков 7 - 7и вычитания Информационных каналов 1ц- 1,. Поскольку эти сигналы получены не только по результатам статистического наблюдения данного параметра, а с учетом картины загрязнения и метеообстановки региона в целом, то вероятность их соответствия истинным , очень высока, поэтому в последующие моменты времени будет наблюдаться частое совпадение прогнозных и истинных значений (в пределах допустимой величины do). Ключ 5 закрыт и информация с большинства каналов на центральный пункт не передается. Для ее восполнения в блок 18 в таких случаях поступает предсказанная информация, запоминаемая буферным блоком 21 памяти. Одновременно с сигналами прогнозирования на передающую сторону по обратному каналу связи могут передаваться сигналы принудительного опроса |каналов:с блока 20 через переключатепь 2Z сигнал опроса поступает на второй вход блока 17, далее по каналу 1б связи через блок 13 и формирователь 12 на управляющий вход блока 15. Таким образом, опрос регистров 6(- 6j может осуществляться кик циклически (сборочный), так и по запросу с приемной стороны, например, при поступлении сигналов тревоги от соседних систем контроля (через блок 20, при различных реакциях на рекомандации, вырабатыва;емые данной системой, и т.д. При этом загрузка обратного канала связи не увеличивается, так как сигналы запроса и прогнозирования играют роль квитанций для определения испр ности и работоспособности системы, поэтому специальных сигналов контроля работоспособности системы по обратному каналу связи передавать нет необходимости. Технико-экономическая эффективность информационно-измерительной с стемы контроля загрязнения окружающ среды заключается в существенном повышении .информативности системы при незначительных аппаратурных затратах при сохранении заданной достоверности передачи информации. Это снижает требования к загрузке прямо го канала связи м сокращает время сбора информации. При этом загрузка обратного канала не увеличивается, так как ответными сигналами, подтве ждающими исправность и работоспособ ность системы, являются сигналы запроса и прогнозирования. В результате в качестве каналов связи можно использовать коммутируемые телефонные каналы и отказаться от дорогостоящих выделенных. Формула изобретения Информационно-измерительная система для контроля загрязнения окружающей среды, содержащая на передающей стороне программно-временной блок, адресный выход которого через блок кодирования соединен с первым входом блока регистрации, пе вый выход которого соединен через ф мирователь команд считывания с упра ляющим входом программно-временного блока, элемент ИЛИ, выход которого соединен с вторым входом блока регистрации, третий и второй выход ко торого подключены к каналу связи, и в каждом информационном канале последовательно соединенные датчик параметров окружающей среды, аналогоцифровой преобразователь и цифровой фильтр и регистр сдвига .управляющие в ходы программно-временного блока соединены с управляющими входами регистра сдвига всех информационных каналов, выходы;которых соединены с соответствующими входами элемента ИЛИ, на приемной стороне содержащая линейный блок, первые выход и вход которого подключены к каналу связи, второй выход линейного блока соеди- . нен с первым входом арифметического блока, выход которого соединен непосредственно с первым входом и через функциональный преобразователь с вторым входом выходного блока, выход которого соединен с входом логического переключателя , первый и второй выходы логического переключателя соединены с вторыми входами соответственно арифметического блока и линейного блока, отличающаяся тем, что, с целью повышения информативности системы, в нее введены на передающей стороне з каждом информационном канале блок вычитания, блок сравнения, ключ, элемент задержки, выход цифрового фильтра соединен через элемент задержки с информационным входом клоча и с первым входом блока вычитания, выход которого соединен с первым входом блока сравнения, второй вход которого соединен с шиной допустимой величины погрешности прогноза, выход блока сравнения соединен с управляющим входом ключа, выход ключа соединен с информационным входом регистра сдвига, информационные выходы программно-временного блока соединены с вторыми вхо дами блока вычитания информационных каналов, третий выход блока регистрации соединен с информационным, вхо дом программно-временного блока, на приемной стороне введен блок памяти, вход которого подключен к выходу функ ционального преобразователя, выходы к третьему входу линейного блока и третьим входом арифметического блока Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР М° 610149, кл. G 03 С 19/12, 1976. 2.Авторское свидетельство СССР № , кл. G 05 С 25/00, 1977 (прототип).