Система для контроля параметров технологических объектов

Полезная модель относится к автоматике, вычислительной технике. Устройство предназначено для контроля и прогнозирования технического состояния радиоэлектронных объектов и может быть использовано в технике связи, телеметрии, управлении. При проведении измерений устройство позволяет осуществлять оценку параметра в соответствии с динамикой роста изменения параметров разных приоритетов. Для повышения оперативности оценки технического состояния объекта предлагается измерение и последующую оценку параметра осуществлять в соответствии с динамикой роста изменения параметров. Положительный эффект от внедрения предлагаемой модели заключается в том, что система позволяет обеспечивать контроль динамики скорости выхода изменяемых параметров различных приоритетов за допустимые пределы и тем самым своевременно обнаружить предаварийную ситуацию технологических объектов.

Область техники, к которой относится полезная модель

Полезная модель относится к автоматике, вычислительной технике. Предназначено для контроля и прогнозирования технического состояния радиоэлектронных объектов и может быть использовано в технике связи, телеметрии, управлении.

Уровень техники

Известно устройство для контроля технического состояния радиоэлектронных объектов, содержащее датчики 1 ₁÷1_m параметров, коммутатор 2, нормализатор 3, аналого-цифровой преобразователь 4, первый 5 и второй 19 блоки памяти, первый 6 и второй 16 блоки алгебраического суммирования, блок 7 сравнения, блок 8 задания констант, первый 9 и второй 13 блоки умножения, блок 11 задания коэффициентов сглаживания, первый 12 и второй 24 сумматоры, блоки ключей с первого по седьмой 15, 17, 18, 23, 25, 10, 14, регистр 20 сдвига, блок 21 задания эталонов, индикатор 22, генератор 26 тактовых импульсов, делитель 27 частоты. Устройство вычисляет разность между прогнозируемым и измеренным значениями параметра, интерпретируя ее как скорость его изменения, выбирая в зависимости от скорости соответствующее значение коэффициента сглаживания (см. Авторское свидетельство СССР 1272341, кл. G06F 15/46, опубл. 23.11.1986 г.).

Недостаток известного устройства - низкая достоверность и оперативность оценки технического состояния объекта вследствие несвоевременного обнаружения предаварийной ситуации.

Наиболее близким по своей технической сущности к заявляемой полезной модели является устройство для контроля технического состояния радиоэлектронных объектов, недостатком которого являются низкая оперативность оценки технического состояния объекта вследствие отсутствия учета динамики повышения скорости выхода изменяющихся параметров за допустимые пределы (см. Авторское свидетельство СССР 1325515, кл. G06F 15/46, опубл. 23.07.1987 г.).

В устройстве каждый параметр объекта контролируется с периодом T₀, независимо от его скорости изменения, то есть контроль множества параметров реализуется с использованием принципа временного разделения.

Адаптация устройства и скорость изменения параметра проявляется только при дифференцированном выборе коэффициента сглаживания в случае экстраполяции значений параметра. Однако при возрастании скорости изменения значений отдельных параметров они могут достичь допустимых значений за время, меньшее фиксированного периода T₀ (начиная с момента последнего измерения параметра). В этом случае устройство не сможет своевременно отреагировать на недопустимые изменения параметра, что приведет к отказу контролируемого объекта. Для устранения данного недостатка и повышения оперативности оценки технического состояния объекта и своевременного обнаружения предаварийной ситуации, предлагается измерение и последующую оценку параметра осуществлять в соответствии с динамикой роста изменения параметров. При этом в качестве косвенного показателя скорости изменения параметра следует использовать коэффициенты сглаживания _i, выбираемые в зависимости от значений разности измеренного j-го параметра U_nj на текущем n-том шаге анализа и оцененного значения j-го параметра на предыдущем (n-1)-том шаге анализа. Правило выбора коэффициентов сглаживания _i предполагает наличие некоторых констант ₁, ₂, ₃, ₄ и состоит в следующем:

Таким образом, чем больше скорость изменения параметра, а соответственно и разность , тем меньше значение коэффициента _j, a следовательно для данного параметра (как наиболее критического) необходимо обеспечить более высокую частоту измерений. Для приведенных выше значений коэффициентов сглаживания имеем следующие соотношения относительных значений частот измерения параметров

При фиксированном периоде опроса параметров T_nj=const(j) его значение в прототипе определяются как , где L - количество исследуемых объектов, m - количество опросов параметров Т_nj, а скорость формирования импульсов опроса:

Поэтому для получения абсолютных значений скоростей формирования импульсов опроса параметров (с учетом адаптации к скорости временного измерения параметров) при сохранении той же длительности опроса T_nj=const(j) используется формула:

где - количество параметров, для которых установлен коэффициент сглаживания _i (с соответствующей частотой f_i измерения параметров).

Раскрытие полезной модели

Технический результат, который может быть достигнут с помощью предлагаемой полезной модели, сводится к повышению эффективности контроля параметров технологических объектов.

Технический результат достигается тем, что в устройство для контроля технического состояния радиоэлектронных объектов, содержащее датчики 1_i÷1_m параметров, коммутатор 2, нормализатор 3, аналого-цифровой преобразователь 4, первый блок 5 памяти, первый блок 6 алгебраического суммирования, первый блок 7 сравнения, первый блок 8 задания констант, первый блок 9 умножения, шестой блок 10 ключей, первый блок 11 задания коэффициентов сглаживания, первый сумматор 12, второй блок 13 умножения, седьмой блок 14 ключей, первый блок 15 ключей, второй блок 16 алгебраического суммирования, второй 17 и третий 18 блоки ключей, второй блок 19 памяти, регистр 20 сдвига, блок 21 задания эталонов, индикатор 22, четвертый блок 23 ключей, второй сумматор 24, пятый блок 25 памяти, генератор 26 тактовых импульсов и делитель 27 частоты, дополнительно введены блок 28 делителя, накопительный сумматор 29, восьмой блок 30 ключей, третий блок 31 памяти, третий блок 32 алгебраического суммирования, второй блок 33 сравнения, второй блок 34 задания констант, девятый блок 35 ключей, третий блок 36 умножения и управляемый делитель 37.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 изображена функциональная электрическая схема системы для контроля параметров технологических объектов.

Система содержит датчики 1_i ÷1_m параметров, коммутатор 2, нормализатор 3, аналого-цифровой преобразователь 4, первый блок 5 памяти, первый блок 6 алгебраического суммирования, первый блок 7 сравнения, первый блок 8 задания констант, первый блок 9 умножения, шестой блок 10 ключей, первый блок 11 задания коэффициентов сглаживания, первый сумматор 12, второй блок 13 умножения, седьмой блок 14 ключей, первый блок 15 ключей, второй блок 16 алгебраического суммирования, второй 17 и третий 18 блоки ключей, второй блок 19 памяти, регистр 20 сдвига, блок 21 задания эталонов, индикатор 22, четвертый блок 23 ключей, второй сумматор 24, пятый блок 25 памяти, генератор 26 тактовых импульсов и делитель 27 частоты, блок 28 делителя, накопительный сумматор 29, восьмой блок 30 ключей, третий блок 31 памяти, третий блок 32 алгебраического суммирования, второй блок 33 сравнения, второй блок 34 задания констант, девятый блок 35 ключей, третий блок 36 умножения и управляемый делитель 37.

Осуществление полезной модели

Система для контроля технического состояния радиоэлектронных объектов работает следующим образом.

Генератор 26 и делитель 27 частоты вырабатывают сигналы:

задающие последовательность обработки информации, и синхронизируют работу узлов устройства.

От датчиков 1_i÷1_m, характеризующих текущее техническое состояние объектов, электрические сигналы в аналоговой форме поступают на коммутатор 2, который обеспечивает поочередное подключение сигналов от каждого из объектов по каждому из параметров и представляет собой электронный коммутатор, состоящий из L×m схем электронной селекции, на которые поступают сигналы от датчиков параметров, управляющие сигналы опроса и сигналы синхронизации от делителя 27 частоты.

Нормализатор 3 осуществляет преобразование различных электрических величин контролируемых объектов в определенный масштаб напряжения; коэффициент преобразования автоматически устанавливается управляющими сигналами {A}, {C} в интервале действия сигнала S_i.

Аналого-цифровой преобразователь 4 преобразует напряжение с выхода нормализатора в цифровой двоичный код.

В основе расчета оцененного и экстраполированного значений произвольно взятого параметра лежит, как и в известном устройстве, метод экспериментального сглаживания, при котором предыдущие значения параметров учитываются с убывающими по экспоненциальному закону весами, при этом обеспечивается последовательное на каждом измерении (шаге) уточнение параметров объекта по результатам последующих измерений. Расчет оцененного и экстраполированного значений параметра j на n-м шаге анализа производится при помощи реккурентных выражений:

где _(n) - коэффициент сглаживания на n-м шаге; U _nj - результат измерения параметра j на текущем n-м шаге анализа; - оцененное значение параметра j на предыдущем (n-1)-м шаге анализа.

С выхода АЦП 4 результаты измерений U_nj в цифровой форме поступают в первый блок 5 памяти, который представляет собой ячейку памяти для хранения одного числа в течение времени не менее Т₀. Содержимое этой ячейки считывается дважды за время T₀: первый раз - на вход блока 6 и второй раз - на вход блока 9, после чего ее содержимое стирается.

Первый блок 8 и второй блок 34 задания констант представляют собой постоянные запоминающие устройства с минимальной емкостью четыре ячейки, допускающее многократное считывание информации без ее разрушения. Количество разрядов каждой ячейки памяти должно быть не менее разрядности сравниваемых в блоке 7 чисел.

Шестой 10 и седьмой 14 блоки ключей по построению аналогичны. Каждый из них представляет собой совокупность пяти независимых ключей (по количеству фиксированных значений ), управляемых выходами блока 7.

Подача значения на второй вход блока 6 алгебраического суммирования осуществляется с выхода блока 19 под действием синхросигналов S₁ блока 27.

Результаты измерений U_nj с второго выхода первого блока памяти поступают на первый вход блока 9 умножения, на второй вход которого из блока 11 задания коэффициентов сглаживания через блок 10 ключей поступают значения (1-_(n)). Таким образом, с выхода блока 9 на первый вход блока 12 поступает величина (1-_(n))·U_nj, где она суммируется с величиной , формируемой в блоке 13 и поступающей на второй вход блока 12. Величина _(n) поступает из блока 11 через блок 14 на блок 13 умножения. В итоге на выходе сумматора 12 формируется оцененное значение параметра , в соответствии с выражением (1).

Рассчитанное значение записывается в регистр 20, а также под действием синхросигнала S₅ через блок 15 подается в блок 16, на второй вход которого подается под действием синхросигнала S₅, через блок 18 номинальное значение U_nj параметра j из блока 21 задания эталонов.

В блоке 16 рассчитываются величины и знаки отклонений _j контролируемых оцененных значений параметров от их номиналов (эталонов)

Задатчик эталонов является постоянным запоминающим устройством емкостью L×m ячеек памяти, при считывании содержимого из которого, не происходит разрушение информации.

Значение отклонения _j под действием синхросигнала S₆ через блок 17 выдается на индикатор 22, который используется для визуальной оценки результатов контроля. По каждому параметру на индикаторе отображается номер параметра объекта, верхние и нижние допуски отклонения от номинала, текущие отклонения оцененного значения _j, а также экстраполированное значение , расчет которого осуществляется в блоках 19, 20, 23 и 24.

Блок 19 содержит L×m×2 ячеек памяти, в которых хранятся оцененные значения по каждому из параметров всех контролируемых объектов для текущего n-го и предыдущего (n-1)-го шагов анализа. На каждом шаге анализа содержимое накопителя обновляется наполовину. Каждое число хранится в блоке 19 в течение двух периодов измерения, после чего стирается. В регистре 20, в котором записано значение , под действием синхросигнала S₆ происходит сдвиг содержимого на один разряд в сторону старших разрядов, что равносильно умножению записанного числа на 2. Отсюда следует, что разрядность регистра 20 на один превышает количество разрядов, используемых для представления исходного числа. Результат подается на один из входов сумматора 24, на другой вход которого под действием синхросигнала S₆ через блок 23 подается значение из блока 19. Во втором сумматоре 24 происходит формирование значения в соответствии с выражением (2), которое подается под действием синхросигнала S₇ через блок 25 на индикатор 22.

Отображаемые на индикаторе текущие отклонения оцененного значения _j, а также экстраполированные значения в самом индикаторе запоминаются на время T₀ , преобразуются в аналоговую форму, а затем поступают непосредственно на отображение. Номера параметров объектов, а также верхние и нижние допуски на параметры являются постоянно отображаемой информацией и от периода к периоду не обновляются.

Значения коэффициентов сглаживания _i, выбираемые в соответствии со скоростью изменения параметра, с блока 11 через блок 10 ключей поступают также в блок 28 деления для получения величин для -го j-го параметра. Результаты расчета величин с первого выхода блока 28 поступают на информационный вход накопительного сумматора 29, в котором в течение периода T₀ осуществляется подсчет

По окончании длительности периода T ₀ ключ 30 открывается управляющим сигналом и результатом суммирования с блоком 29 подается на информационный 3-й блок 31 памяти, блок 29 при этом обнуляется и готов к приему очередной информации.

Выход 3-го блока 31 памяти подключен к первому входу третьего блока алгебраического суммирования, выход которого соединен с первым входом второго блока сравнения 33, осуществляющего сравнение абсолютных значений времени выхода сигналов различных приоритетов за допустимые уровни (фиг.2). На второй вход блока 31 памяти поступает сигнал с второго блока 34 задания констант. Девятый блок 35 ключей управляется выходами второго блока 33 сравнения, выход которого подключен к первому входу 3-го блока 32 умножения, на второй вход которого подается со 2-го выхода делителя 28 текущее значение величины .

Результаты расчета величины (в соответствии с формулой (3)) с выхода блока 36 подаются на информационный вход управляемого делителя 37 частоты для формирования импульсов управления периодичностью контроля различных параметров.

Таким образом, система позволяет обеспечивать контроль динамики скорости выхода изменяемых параметров различных приоритетов за допустимые пределы и, тем самым, своевременно обнаружить предаварийную ситуацию технологических объектов.

Система для контроля параметров технологических объектов, содержащая датчики I_l-I_m параметров, коммутатор, нормализатор, аналого-цифровой преобразователь, первый и второй блоки памяти, первый и второй блоки алгебраического суммирования, блок сравнения, блок задания констант, первый и второй блоки умножения, блок задания коэффициентов сглаживания, первый и второй сумматоры, блоки ключей с первого по седьмой, регистр сдвига, блок задания эталонов, индикатор, генератор тактовых импульсов, делитель частоты, отличающаяся тем, что в устройство дополнительно введены последовательно соединенные блок делителя, к первому выходу которого подключен накопительный сумматор, соединенный с восьмым блоком ключей и третьим блоком памяти и третьим блоком алгебраического суммирования последовательно, третий блок алгебраического суммирования соединен с первым входом второго блока сравнения, на второй вход которого поступает сигнал со второго блока задания коэффициентов, а выход соединен с управляющим входом девятого ключа, выход которого соединен с первым входом третьего блока умножения, второй выход блока делителя соединен со вторым входом третьего блока умножения, выход третьего блока умножения соединен с первым входом управляющего делителя, на второй вход которого поступает сигнал с генератора тактовых импульсов, который соединен последовательно с делителем частоты, вход блока делителя соединен с выходом шестого блока ключей.