Устройство для вычисления уровня жидких сред

Устройство для вычисления уровня жидких сред

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано , например, в-нефтехимической промьпплениости. Целью изобретения является повьгаение точности и достоверности работы устройства. Устройство содержит элементы И, генератор частоты, триггер, реверсивные и вычитающий счетчики, делитель частоты, регистр, коммутаторы, преобразователь частоты, блок переключателей , группу трип еров, элемент ИЛИ, блок управления, блок памяти коэффициентов , блок разреше}1ия записи-считывания . Устройство позволяет формировать значение результирующего кода уровня, не зависящее от электрофизических свойств сред и линейно связанное с уровнем измеряемой среды, производит сличение нового значения кода уровня со старым и сглаживание накопленных кодов для получения точного значения результата. 2 з.п. ф-лы, 8 ил. § (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) 4 G 06 F 15/20

g÷- г -, ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕРЬСТВУ кой промышленности. Целью изобретения является повышение точности и достоверности работы устройства.

Устройство содержит элементы И, генератор частоты, триггер, реверсиннше и нычитающий счетчики, делитель частоты, регистр, коммутаторы, преобразователь частоты, блок переключателей, группу триггеров, элемент ИЛИ, блок управления, блок памяти коэффициентов, блок разрешения записи-считывания. Устройство позволяет формировать значение результирующего кода уровня, не зависящее от электрофизических свойств сред и линейно связанное с уровнем измеряемой среды, произнодит сличение нового значения кода уровня со старым и сглаживание накопленных кодов для получения точного значения результата. 2 э.п. ф-лы, 8 ил.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3844893/24-24 (22) 12.12.84 (46) 15.08.86.Вюл. У 30 (71) Рязанский радиотехнический институт и Рязанский завод тепловых приборов "Теплоприбор" (72) Н.И.Иола, B.Н.Локтюхин, В.П.Марфин, Ф.З.Розенфельд и А.Н.Терехин (53) 681.325.22 1088.8) (56) Патент США Ф 4327412, кл. G 06 F 15/20,1982.

Анторское свидетельство СССР

Р 1142840, кл. G 06 F 15/20, 1983. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫЧИСЛЕНИЯ УРОВ"

НЯ ЖИДКИХ СРЕД (57) Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано, например, в нефтехимичес„„SU„„1251101 А 1

Изобретение относится к вычислительной технике и предназначено для использования в нефтехимической и других отраслях промышленности н составе уровнемеров жидких сред.

Целью изобретения является повышение точности и достоверности работы устройства.

На фиг.l представлена схема устройства; на фиг.2 — схема блока управления; на фиг.3 — схема коммутатора; на фиг. 4 — схема блока переключателей; на фиг.5 — схема блока синхронизации; на фиг.б — схема преобразователя; на фиг,7 — таблица, показывающая правило коммутации частот; на фиг.8 — алгоритм вторичной обработки информации об уровне.

Устройство содержит генератор 1 частоты, делитель 2 частоты, коммутаторы 3 и 4, элементы И 5-12, блок

13 переключателей, блок 14 памяти коэффициентов (БПК), реверсивный счетчик (РС) 15, вычитающий счетчик (ВС) 6, PC 17, регистр 18, РС 19 и 20, блок 21 управления, блок 22 разрешения зап :, :и-считывания, группу 23 триггеров, элемент

ИЛИ 24, триггер 25 и преобразователь 26 частоты (фиг.l), генератор

27 тактовой частоты, счетчик 28„ дешифратор 29 и группы 30 и 31 элементов И-ИЛИ (фиг.2), элементы

И 32-35 и элементы ИЛИ 36 и 37 (фиг.3), частные переключатели 38

40 и элементы 41 — 44 коммутации весов кода (фиг.4), элементы И 45

47, триггер 48, счетчик 49 и дешифратор 50 (фиг.5), элемент 51, РС 52 и умножитель 53 (фиг.6).

Процесс вычисления кода N уровР ня контролируемой среды происходит следующим образом (фиг.8).

l25II0l 2

1 И,= q- (К;) =- NÄ.= (И, Z +N„,)Z,+ I обратной кривой Z = g (Н, ) °

Полученное таким образом значение кода уровня NH сравнивается с полу1 ченным ранее результирующим значением N> кода уровня.

В результате сравнения принимается решение, попадает ли значение кода 11„. в строб. Строб — это область, I построенная вокруг значения И ку"

Р) да ожидается попадание следующего значения кода уровня.

Границы строба выбираются из значения реального максимально возможного изменения значения кода уровня за время его однократного вычисления, Возможны два случая: значение кода уровня попало н строб (это значение кода считается верным); значение кода уровня не попало в строб (это значение кода уровня считается неверным).

Использование такого принципа сортировки значений кода уровня позволяет исключить влияние HB AopMHpoBG

30 ние результирующего кода случайных отклонений кода уровня из-за помех.

Для получения более точного значения кода уровня используется сглаживание, Расчетная формула для сглаживания при использовании 4 значеЗ5 ний кода уровня N, имеет вид

Н1

И 1н

Np

40 где п = (l,4) .

Возможна работа устройства в двух режимах.

В результате i-го опроса датчика вычисляется код- уровня контролируемой среды путем математической переработки частот измерительного

fö и компенсационного f каналов датчика по компенсационному алгоритму где f — опорная частота, и моделирование функции

Первый режим — захват. В этом режи- е устройство работает следующим

>бразом. Если за один цикл вычисления нсе четыре значения кода уровня вышли за пределы строба, то считается, что реальное значение кода уровня также лежит за пределами строба и новое значение результата вычисляется как среднее арифметическое от этих четырех значений. Если хотя бы одно

55 значение кода уровня из четырех попало в строб, то оно принимается за реальное значение результата, а все значения кода уровня, нышед-

1251 шие за пределы строба, отбрасываются как неверные. Использование такого алгоритма позволяет устройству автоматически отыскивать верное значение кода уровня в случае сбоя, 5 перебоях в питании и т.п.

Второй режим — сопровождение. В этом случае результат формируется только из значений кодов уровня, попавших в строб. Если же одно значение 10 в строб не попало, то сохраняется прежнее значение результата.

Устройство формирует сигналы достижения уровнем контролируемой среды,. устанавливаемым с дискретностью 5 в 1 см в диапазоне 0-9999 см, значений: S ä — вьш е верхнего аварийного уровня N<д, S« — выше предупредительного уровня Nn S>A — ниже аварийного уровня N 20

Помимо этого, устройство формирует сигналы достижения уровня менее

1 м, сигнал сбоя, свидетельствующий о том, что новое значение лежит за пределами строба. Устройство выдает также информационные сигналы о правильности решения контрольной задачи и о поступлении в устройство частот f« и f„

Для контроля. правильности функцно-З0 нирования устройства, оно через каждые 15 циклов вычисления кода уровня (T 5 с) автоматически пере- . ходит в режим Контроль". В этом случае на вход устройства вместо 35 частот f« и » коммутируются Внут ренние контрольные частоты fö„ и

Работа устройства в режимах "Работа" и "Контроль« полностью идентич— .на, за исключением того, что в ре- 40 жиме "Контроль" к вычисленному на основании переработки частот Ф„„

fкк значению кода уровня Nsê прибавляется поправочный коэффициент АN, дополняющий вычисленное 45 значение до значения кода уровня, соответствующего уровню 15 м.

Вычисленное в режиме автоматического контроля значение кода уровня не индицируется, и о правильнос- 50 ти выполнения контрольного режима свидетельствует осведомительный сигнал. В режиме контроля под управлением оператора контрольный код индицируется. 55

Коммутатор 4 переключает частоты сглаживания.f, f/2, f/3, f/4 на суммирующий вход РС 17. Частота с выхо

201 4 да делителя 2 используется для выполнения математических операций с целью формирования сигналов достижения аварийных и предупредительных уровней, фиксируемых на триггерах группы 23. PC 19 и 20 служат для накапливания до четырех верных (по-. павших в строб)и четырех неверных значений соответственно в течение одного цикла вычисления результирующего кода уровня.

Блок 22 формирует сигналы R и В на основе сигнала с выхода счетчика 15.

Сигнал R определяет, в какой иэ счетчиков 19 и 20 занести очередное значение кода уровня.

Сигнал В определяет, откуда списывать код результата (из счетчика 19 или 20) для помещения его в регистр 18

Загрузка кодов в счетчики 15,16 и 17 производится в момент поступления сигналов с выхода блока 21.

По сигналу q новое значение результата из счетчика 17 фиксируется в регистре 18 и результаты сравнения сигнальных уровней с кодом результата фиксируются на триггерах 23.

Рассмотрим работу устройства в течение одного цикла (Т, ) образования результирующего кода уровня, когда степень аппроксимирующего полинома тч = 2. Цикл V Π— Ч 3 — 4 цикла вычисления кода уровня.

Цикл V О.

Такт Л О. В начале такта Q О по сигналу q,, код N,,выбираемый из блока 14, загружается в счетчик 15.

Такт Ql . В начале такта в счетчик !6 из счетчика 15 передается значение кода Na, а.в счетчик 15 загружается код N . В счетчике 16 код списывается импульсами f, поступающими на его вычитающий вход через элемент И 7.

На выходе триггера 25 формируется временной интервал длительностью.

Nor который заполняется импульсами частот f« и Ек, поступ"ющими на входы элементов И 5,6 через коммутатор 3.

На выходах. элементов И 5,6 образуются число-импульсные .коды и,„ = У с

1251 ) 01 и n,„= f,r, которые образуют в счетчике 15 код

Такт Q2. В начале второго такта код в счетчике 15 передается в счетчик 16, а в счетчик 15 заносится код Nö, течение второго такта код до

P описывается импульсами частоты

»» поступающими через элемент И 7 о на вычитающий вход счетчика 16 до момента его обнуления. При этом на выходе триггера 25 формируется временной интервал длительностью

Интервал о заполняется импульсами частот f« v f„, поступающими на входы элементов И 5,6. В счетчике

15 образуется код

4- к

)»)Н =Но»о »: y к»до а» о о

Такт 1 3. В начале такта QÇ код

N»»;переносится в счетчики !6 и 17, а результирующий код, полученный во время предыдущего цикла из регистра !

8, загружается в счетчик 15.

Код уровня списывается из счетчика импульсами частоты f и формируемый временной интервал заполняется на элементе И 6 импульсами частоты г, На вычитающий выход счетчика 15 поступает число импульсов п =л. ь f и в нем образуется .разностный код

4М = N — N р н, Такт Q4, В начале четвертого такта код Яо» = 10 см (равный половине строба) загружается в счетчик 15, откуда в счетчик 16 ранее был переписан разностный код h N;. Код Ь N, списывается из счетчика 16 импульсами частоты f, и формируемьй временной интервал заполняется импульсами частоты К, формируя разпостный код 6И .Воэ1 можны два варианта:

)) »»,N; ) N < . В блоке 22 на основании сигнала заема, снимаемого с выхода счетчика 15, формируется сигнал R = О, свидетельствующий о том, что код уровня лежит за пределами строба и поэтому должен быть занесен в счетчик 20;

2) Л М (Nо ». Сигнал заема не формируется, )1 =- 1; код уровня попал в строб и должен быть занесен в счет15 чик 19 °

Цикл 71.

Такт QÎ. В начале такта QO код Ж«,из блока 14 переносится в счетчик 15. Код уровня из счетчика

17 списывается импульсами частоты

На выходе из триггера 25 формируется временной интервал, который при R = 1 на элементе И 5 заполняется импупьсами частоты 1, и в

25 счетчик 19 заносится код уровня.

Если )» = О, на элементе И ll временной интервал r заполняется импульсами частоты t« и код уровня заносится счетчик 20, Так происхо3(j дит накапливание верных и неверьых значений в .счетчиках 19 и 20.

Действия, выполняемые в тактах ф — Q4, аналогичны действиям, выполняемым в тактах Ql — 04 цикла Y О.

Циклы V 2,3. Действия в них аналогичны действиям в цикле V 1. Действия, выполняемые во время циклов

Ч 4 — Ч 7,направлены на формирование сигналов аварийной и предупредитель—

40 ной сигнализации, а также автомати. ческого контроля исправности работы устройства.

Цикл Y 4.

Такт QO. Действия в этом также

45 аналогичны действиям в тактах Q,O циклов Y 1 — Ч3.

Такты Q 1 — Q 4 — холостые.

Такт g 2. Содержимое счетчика 19, 50 если В == ) (в случае если в счет1 чике 19 накоплено хотя бы одно значение кода уровня) или содержимое счетчика 20 (если в нем накоплены

1 значения кода уровня) списывается импульсами частоты 3, и образуемый

55 временнои интервал о = ро»»/ зао 9 полняется в коммутаторе 4 импульсами частоты 1 /4, если в счетчике !

9 накоплено 4 значения кода уровня;

7 251

-импульсами частоты J/3, если н счетчике 19 накоплено .3 значения кода уровня; — импульсами частоты, 2, / если в счетчике 19 накоплено 2 значения кода уройня — импульсами частоты f если в счетчике 19 накоплено у одно значение кода уровня; в = pc a)g заполняется в коммутаторе 4 импульсами частоты 1 /4, образуя в счетчике I 7 новое значение кода результа- 10 та. В этом случае формируется сигнал сбоя !, говорящий о том, что новое значение результата лежит за пределами строба.

Таким образом, осуществляется 15 сглаживание наКопленных значений кодов.

Цикл V5. Во время этого цикла при наличии сигнала, свидетельствующего о работе устройства в режиме 20 контроля, выполняется автоматический контроль работы.

Такт Ql Формируется контрольное значение кода Р путем дополнения и и к вычисленному в режиме Контроль 25 в результате переработки частот и Г„ коду уровня И В попраночп пк ного коэффициента ЬНх.

Таким образом, н начале такта Q l З0 в счетчик 15 загружается из блока 14 поправочньп коэффициент. Код, помещенный н счетчик I? в момент V 4 Q2, преобразуется во временной интервал

В1С

К (. =

1 и на выходе элемента И 5 (если знак !

1Ч положительный или элемента И 6 к ! если знак 1 ь! отрицательный) прек образуется в число импульсов, зано симое в счетчик 15.

В счетчике 15 формируется контрольный код

N вк 45

Р =AN +

2 ((Тахт Q? . Вычисляется разность между контрольным значением кода Р и контрольным числом N„, извлекаемым

50 из блока 14. В начале Ч2 Р„из счетчика переносится в счетчик 16.

В счетчик 15 загружается М„ из блока 14.

Код P преобразуется во временк

55 ной интервал

Рк с = --->

101 Я и в счетчике 5 формируется разность

AP =N — P к k К

Если АР„ превьппает заданное значение, формируется сигнал б„., свидетельствующий о том, что контрольная задача решена неверно.

Цикл V 6.

Такт g0. В счетчик 15 загружается код иэ регистра 18.

Такт gl. Код переписывается из счетчика 15 в счетчик 16, а в счетчик 15 загружается из блока 14 код, эквивалентный 1 м.

Выполняется операция сравнения

N — °

О

Если с выхода счетчика 15 не снимается сигнал заема, т.е. И c N„, на триггерах 23 формируется сигнал

5<, свидетельствующий о том, что реальное значение уровня менее 1 м.

Такт Ц2. В счетчик 15 загружается код из регистра 18.

Такт Q3. Загруженньп код переносится в счетчик 16, а в счетчик

15 загружается код предупредительного уровня, выбираемьп из блока 13.

Выполняется операция

Ь = N — N а "р

Если с выхода счетчика 15 снимается сигнал заема, т. е. NP N и 1 то на триггерах 23 формируется сигнал 5П, свидетельствующий о преньппении уровнем среды значения предупре дительного уровня.

Такт Я4 — холостой такт.

Цикл V 7.

Такт QO. Код из регистра 18 загружается в счетчик 15.

Такт gl. В начале такта код,переписывается в счетчик 16, а в счетчик 15 загружается код N верхнего аварийного уровня иэ блока 13.

Если в результате операции сравнения

Ь =:1 р — И с выхода счетчика 15 поступает сигнал заема Z<, то нл триггерах 23 формируется признак Вп„, свидетельствующий о превьппении уровнем значения кода Ыпр., 51101

Такт g2. Загрузка кода резуль. ата в счетчик 15.

Такт 63. Загруженный ;oq переписывается в счетчик !6, а счетчик 15 загружается код нижнего аварийного уровня N l, из блока 13, Вычисляется операция epàâÿeíèë

Я ь

4 ka Р Е

Если в результате не сформирован сигнал заема, то на триггерах 23 формируется сигнал Я„„, говорящий о том, что уровень среды опустится l5 ниже нижнего аварийного.

Такт Я 4 — холостой такт.

Устройство предназначено для ра— боты с радиолокационным датчиком.

Оно позволяет формировать значение

20 результирующего кода уровня, не зависящее от электрофизических свойств сред и линейно связанное с уровнем измеряемой среды. Устройство реализует алгоритм вторичной обра25 ботки информации, включающий опера— ции по вычислению компенсационной зависимости и кодов уровня, обладает режимами автоматического захвата и сопровождения уровня, сличения вновь вычисленного значения со старьы, сортирует значения на верные и неверные, что исключает влияние помех на выходной результат, осуще<..твляет сглаживание накопленных кодов для получения точного значения результата 35 усредняет входную информацию. Устройство формирует осведомительные сигналы дискретно-настраиваемьгх значений аварийных уровней„ уровня менее метра, сигнала контроля ПП и PTI. 4О

Формула изобретeния

l,Óñòðîéñòâî для вьгчисления уровня жидких сред, содержащее элементы

И, генератор частотьг, триггер, первый реверсивный счетчик и делитель часто-ты, отличающее с я тем, что, с целью повышения точности и достоверности, в него введены вычи— тающий счетчик, регистр, коммутаторы,, преобразователь частоты, второй, гретий и четвертый реверсивные счетчики, блок переключателей, группа триг-геров, элемент ИЛИ, блок управления, блок памяти коэффициентов, блок paçрешения записи-считывания, причем выход генератора частоты соединен с информационным входом делителя частоты, первый и второй выходы частоты которого подключены к первому и второму информационным входам первого коммутатора, третий, четвертый, пятый и шесток выходы частоты делителя частоты подключены соответственно к первому, второму, третьему и четвертому информационным входам второго коммутатора, седьмой выход частоты делителя частоты соединен с первым входом первого элемента И, выход которого подключен к счетному входу вычитающего счетчика, восьмой и девятый выходы частоты делителя частоты соединены соответственно с первым и вторым синхронизирующими входами преобразователя частоты, информационный вход которого является первым информационным входом устройства, третий и четвертый информационные входы первого коммутатора соединены соответственно с выходом преобразователя частоты и с вторым информационным входом устройeòâà, первый и второй выходы первого коммутатора соединены соответственно с первыми входами второго и третьего элементов И, выходы которых подключены соответственно к сумми— рующему и вычитающему.входам первого реверсивного счетчика, выход второго коммутатора соединен с суммирующим входом второго реверсивного счетчика, вычитающий вход которого соединен с выходом четвертого элемента И, выход старшего разряда первого реверсивного счетчика соединен с информационными входами триггеров группы и блока разрешения записи-считывания и с ZIepBbQ входом элемента ИЛИ, второй, третий, четвертый и пятый входы которого соединены соответственно с выходами старших разрядов вычитающего счетчика, второго, третьего и четвертого реверсьвных счетчиков, первый выход блока разрешения записи-считывания соединен с первыми входами пятого и шестого элементов И, второй

:выход соединен с первыми входами седьмого и восьмого элементов И, вычитающий и суммирующий входы третье-.î реверсивного счетчика соединены соответственно с выходами пятого и седьмого элементов И, вычитаюший и суммирующий входы четвертого реверсивного счетчика соединены соот-. ветственно с Выходами шестого и восьмого элементов И, первый вход четвертого элемента И и вторые входы элементов И с пятого по восьмой соединены с первым выходом частоты сглаживания делителя частоты, вторые входы элементов И с первого по четвертый, третьи входы элементов И с пятого по восьмой, установочный, вход делителя частоты и пятый ин- 1О формационный вход второго коммутато.ра соединены с выходом триггера, нулевой вход которогО соединен с выходом элемента ИЛИ, единичный выход триггера соединен с синхранизи-1 рующим выходом блока управления, выход блока переключателей соеди. нен с первым информационным входом блока памяти коэффициентов, второй информационный вход которого.и информационный выход устройства соединены с выходом регистра, выход блока памяти коэффициентов соединен с информационным входом первого реверсивного счетчика, информационный 25 выход которого соединен с информационным входом вычитающего счетчика, выход которого подключен к информационному входу второго реверсивного счетчика, выход которого соединен с,информационным входом регистра, выход выборки кодов блока управления соединен с адресным входом блока памяти коэффициентов и с входом блока переключателей, первый и второй коммутирующие выходы блока управления соединены соответственно с управляющими входами первого и второго коммутаторов, выход тактов и выход циклов блока управления соедине- „О ны соответственно с входами тактов и циклов блока разрешения записи-считывания и триггеров группы, выходы которых являются сигнальными выходами устройства, синхронизирующий выход блока управления подключен к входам разрешения записи реверсивнЫх счетчиков с первого по четвертью, вычитающего счетчика и триггеров группы, причем блок управления содержит две группы элементов И-ИЛИ, дешифратор, о )2 счетчик и генератор тактовой част-оты, выход кстсрсгс соединен сс счетным входом счетчика и с первьг;и Вха. дами элементов И-ИЛИ первой группы, Выходы которых являются синхрОни зирующим выходом блока, выход счетчика соединен с входом дешифратара, выход которого подключен к вторым входам элементов И-ИЛИ первой группы„ к выходу тактов блока и к входам элементов И-ИЛИ второй группы, выходы которых являются соответственна выходами циклов, выборки кодов, первым и ,вторым коммутирующими выходами.

2. Устройство по п.1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что блок разрешения записи-считывания содержит триггер, счетчик, дешифратор, первый, второй н третий элементы И, первые и вторые входы которых соединены соответственно с входами тактов и циклов блока, третий вход первого элемента И является информационным входом блока, выход первого элемента И соединен со счетным входом счетчика и с единичным входом триггера, выход счетчика через дешифратор соединен с третьим входом второго элемента И, выход которого является первым выходом блока, выход триггера подключен к третьему входу третьего элемента И, выход которогс соединен с вторым выходом блока и с нулевым входом триггера.

3. Устройство но и.1,- с т л ич а ю щ е е с я тем, что преобразователь частоты содержит элемент И, умножитель и реверсивный счетчнк, суммирующий и вычитающий входы которого подключены соответственно к выходу элемента И и к выходу умножителя, выход реверсивного счетчика соединен с информационным входом умножителя, входы элемента И являются соответственно информационньм и первым синхрснизирующим входами преобразователя, синхронизирующий вход умно>кителя является вторым синхронизирующим входом преобразователя, выход умножителя является выходом преобразователя.

125)10)

А

97иг 1

Х М О urt My

Х„М И Хкн 1

Д.7иР. 3

1251101

1251101

1251101

Составитель А.Жеренов

Редактор И.Рыбченко Техред М.Ходанич Корректор Е.Сирохман

Заказ 4413/47 тираж 671 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул. Проектная,