Устройство для управления распределенным объектом

 

Изобретение относится к автоматизированным системам управления технологическими процессами, обеспечивает повышенный контроль за работой объекта управления и проверку функционирования всех, схемньтх элементов устройства в подготовительный период без (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ.

РЕСПУБЛИК

„„Я0„„1363144 (51) 4 С 05 В 23/02 19 18

Н A BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

«Риг. 1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4120932/24-24 (22) 23.06.86 (46) 30.12.87. Бюл. 9 48 (72) В.М, Ноянов и В.А. Астапов (53) 62-50.3(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 890363, кл. G 05 В 19/18, Т980.

Авторское свидетельство СССР

У 1182487, кл. G 05 В 19/18, 1984. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ РАСПРЕЛЕЛЕННЬ1М ОБЬЕКТОМ (57) Изобретение относится к автоматизированным системам управления технологическими процессами, обеспечивает повышенный контроль за работой объекта управления и проверку функционирования всех. схемных элементов уст.— ройства в подготовительный период без

13631 срабатывания его исполнительных механизмов. Цель изобретения — расширение функционального контроля за состоянием объекта управления с сохранением объема тестовых проверок. Это достигнуто за счет подключения информационно-регистрирующей аппаратуры (блока 15 счетчиков числа срабатываний исполнительных механизмов, информационного табло )6, регистратора 17 и контрольного блока 18) к сигнальным элементам 7 рабочих органов 6-1,..., 6-п и к соответствующим клеммам исполнительных механизмов 5-1,...,5n через имитаторы 10-1,...,10п срабатывания объекта и элементы ИЛИ

9-1,...9п. Команды управления вырабатываются программным блоком ) и транI

44 слируются на входы блоков 3-1,..., 3-п управления и далее на исполнительные механизмы 5-1,.. °,5-п через дешифратор 2 ° Выбор режима работы осуществляется переключателем 12 блока ll выбора режима, входы которого соединены с блоком 4 источников питания. Кроме того, предложенное построение контрольного блока повышает надежность автоматического контроля за состоянием объекта управления, поскольку положение его рабочих органов в процессе выполнения технологических операций опрашивается многократно и имеется возможность своевременного обнаружения их несанкционированного срабатывания по каким-либо причинам. 2 з.п.ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано при создании автоматизированных систем управления технологическими процессами (АУСТП).

Цель изобретения — расширение,. функционального контроля за состоянием объекта управления с сохранением объема тестовых проверок за счет подключения информационной айпаратуры к выходам рабочих органов исполнительных механизмов через имитаторы срабатывания объекта.

На фиг.l приведена. функциональная электрическая схема предлагаемого устройства; на фиг.2 — принципиальные электрические схемы имитаторов срабатывания объекта, блока счетчиков и информационного табло с их внешни> ми структурными связями; на фиг.3, 4 и 5 — структурные схемы регистратора, контрольного блока и квантователя входных сигналов соответственно.

Устройство содержит (фиг.1) программный блок 1, дешифратор 2, блоки

3-1,;.;,3-и управления, блок 4 источников питания, исполнительные механизмы 5-1,...,5-п, рабочие органы

6-1,...,6-п исполнительных механизмов (ИМ), каждый из которых снабжен сигнальным элементом 7, элементы

8-1,...,8-п развязки, элементы ИЛИ

) 2

9-1,...,9-п имитаторы 10-1,...,10-п срабатывания объекта, блок 11 выбора режима работы, включающий, например, переключатель 12 и реле 13 времени с

-1

5 входным коммутирующим элементом 14 блок 15 счетчиков числа срабатываний рабочих органов 6-1,...,6-n HM, информационное табло 16, регистратор

17 и контрольный блок 18.

Программный блок 1 содержит гене-. ратор 19 импульсов, элемент И 20, триггер 21, первый 22-! и второй 22-2 счетчики, регистры 23 временных уставок, регистры 24 адресных кодов, !

Г элемент 25 совпадения, элемент 26 задержки, ключи 27 и коммутирующий элемент 28.

В состав каждого из блоков 3 управления входят, например, триггер

29 управления (фиг.2) и элемент И 30 °

Имитаторы 10 срабатывания объекта предназначены для передачи в схему устройства сигналов обратной связи дискретной формы, формируемых, напри25 мер, концевыми выключателями рабочих органов 6-1,,6-и объекта управления, сигнализаторами давления. Они должны обеспечивать гальваническую развязку входов используемой информаЗО ционно-регистрирующей аппаратуры (блоков 15 — 18 )и поэтому могут быть построены на оптронных или релейноконтактных элементах. На фиг.2 показана схема имитаторов на электромагнитных реле 31.

Основу блока 15 составляют электромеханические счетчики 32-1,..., 32 -, обмотки которых подключены к входам блока через конденсаторы 33 и к минусовой шине питания через диодные развязки 34. Кроме того, в состав этого блока включены две группы резисторов 35 и 36, соединяющие конденсаторы 33 с шиной П „, Информационное табло 16 представляет собой мнемосхему объекта управления, на которой его рабочие органы

6-1, ;,6-и в общем составе технологического оборудования выделены светодиодами 37-1, ° ..,37-п. В цепь питания светодиодов включены нагрузочные резисторы 38-1,...,38-п.

Регистратор 17 дискретных сигналов содержит квантователь 39 входных сигналов, регистр 40, элементы 41-1,..., 41-k совпадения, ключи 42-1,..., 42-q, группу регистров 43-1, ...,43-q, первый 44-1 и второй 44-2 счетчики, формирователь 45 кода времени, включающий, например, счетчик 46 текущего времени и генератор 47 импульсов, счетчик 48 кадров, генератор 49 импульсов, элемент И 50, элемент 51 памяти, первую 52-1,...,52-k и вторую

53-1,...,53-k группы элементов И, коммутатор 54, элементы 55-1,...,55-3 задержки, блок 56 памяти, модуль 57 вывода данных на печать и коммутирующий элемент 58..

Контрольный блок 18 содержит (фиг.4) квантователь 59 входных сигналов, элементы 60-1,...,60-k совпадения, ключи 61-1,...,61-q, блок 62 регистров, первый 63-1 и второй 63-2 опросные счетчики, счетчик 64 выбора регистров блока 62, счетчик 65 кадров, группу элементов И 66-1, °, 66-k элементы И 67 и 68, генератор

69 импульсов, триггер 70, блок 71 памяти, индикатор 72, элемент ИЛИ 73, элементы задержки 74-1,...,74-3 и коммутирующий элемент 75.

Квантователи 39 и 59, схемы которых используются в регистраторе 17 и контрольном блоке 18 для организации последовательно сменяющихся групп входных сигналов, поочередно подключаемых к их схемем совпадения, построены, например, на элементах И

76-1,...,76-п.. 1363144 4

Устройство работает следующим образом.

В блок 1 вводят программу управления объектом, предусматривающую включение и выключение исполнительных механизмов 5-1,...,5-п в той последовательности, которая необходима для обеспечения заданных режимов техноло ð гического процесса. Программа записывается в регистры 23 и 24 в виде последовательностей двух кодов, содержащих информацию о времени следования команд и адресов их поступления с

)g признаками ВКЛЮЧЕНО или ВЫКЛЮЧЕНО (адрес команды означает, например, порядковый номер блока 3 управления, :,состояние которого необходимо изменить, а признак исполнения обозначается содержанием старшего разряда командного слова ). После формирования определенного числа. управляющих команд орГанизуется контроль за их исполнением, для этого в память регист25 ров 62 блока 18 заносится состояние рабочих органов 6-1,...,6-п которое они должны принимать в контролируемые моменты времени.

Перед включением устройства в ра30 боту проверяют правильность функционирования программного блока и исправность всех других схемных элементов (дешифратора, блоков управления, регистратора, контрольного блока и т.д.). Проверку. осуществляют без сра-. батывания исполнительных механизмов.

Для этого переключатель 12 блока 11 устанавливают в положение КОНТРОЛЬ, в котором снимается напряжение с ми-.

40 нусовых шин питания исполнительных механизмов 5-1,...,5.-n и блока 15 счетчиков, а также с общей питающей шины сигнализаторов 7 рабочих органов 6-1,...,6-п. Затем включают в ра4> боту блок 1 и регистратор 17 поочередным замыканием коммутирующих элементов 28 и 58. В блоке i триггер 21 устанавливается в единичное состояние, вседствие чего открывается элемент И 20 и импульсы напряжения с выхода генератора 19 начинают поступать на вход счетчика 22-1, последовательно увеличивая его содержимое. Элемент

25 сравнивает коды, поступающие на его входы с выходов. счетчика 22-1 и регистров 23 и при их совпадении формирует импульсы напряжения, которые транслируются в два адреса: на вход элемента 26 задержки и на вход управ!

363144

20 ления ключей 27. Последние открываются, и очередная кодовая команда счи тывается на выходе блока 1. С выходов этого блока команда поступает в дешифратор 2, где она преобразуется в импульсный сигнал, возбуждаемый на одном из его выходов. После прохождения очередной команды (по заднему фронту импульсов, формируемых элементом 25 ) срабатывает элемент 26 задержки и содержимое счетчика 22-2 увеличивается на единицу. Вследствие этого из регистров 23 и 24 выбираются следующая установка времени и адресный код команды, который должен быть считан на этой уставке. ..

Если формируемые команды предназначены, например, для последовательного включения исполнительных механизмов 5-1-, 5-2,...,5-i, то &пульс" ные сигналы, поочередно возбуждаемые на первом, третьем и т.д. выходах дешифратора 2, поступают на первые входы триггеров 29 блоков 3-1,3-2,...,3- и уСтанавливают их в единичное состояние. При этом открываются элементы

И этих блоков, и напряжение с шины питания +U (фиг.2) через обмотки ис1 полнительных механизмов 5-1, 5-2,..., 5-1 и элементы ИЛИ 9 вЂ, 9-2,...,9-i поступает на входы реле 31 имитаторов

10-1, 10-2,...,10-i. Реле 31 срабатывают и своими замыкающимися контактами 31-1 воздействуют на схемы блоков

16, 17 и 18, В блоке 16 загораются светодиоды

37-1, 37-2,. ° .,37-i сигнализируя о прохождении управляющих команд на исполнительные механизмы 5-1, 5-2,..., 5-i.

Регистратор 17 после замыкания коммутирующего элемента 58 начинает работать в режиме циклического опроса информационных цепей, подключенных к входам I-р, 2-р,.,n-ð квантователя 39. Схема опроса построена на двух кольцевых счетчиках 44-! и 44-2, переклЮчаемых импульсами напряжения, которые возбуждаются генератором 49.

В начале каждого цикла оба счетчика обнулены, элементы И 52-1,...,53- закрыты, а в регистры 43-1,...,43- q, записана информация о состоянии рабочих органов объекта управления, полученная на предыдущем опросе. На выходе 0 счетчика 44-2 сформирован электрический сигнал, соответствующий

"1", который поступает на нулевой .

ДО

50 .55 вход квантователя 39 и через коммутатор 54 на вход управления ключами

42-1. В квантователе 39 этот сигнал открывает элементы И 76-!,...,76-k первой группы, вследствие чего информационные сигналы с его входов

I-р,...,l-(р-k) транслируются в ре-. гистр 40, фиксируются в нем импульсом напряжения, поступающим на его вход перезаписи с выхода О счетчика 44-1 и передаются на первые входы элементов 41-1,...,41-k совпадения. Другие входы этих элементов с помощью замкнутых ключей 42-1 соединены с выходами регистра 43-1.

Затем начинается заполнение первого счетчика 44-1 импульсами напряжения, вырабатываемыми генератором 49.

При этом поочередно открываются элементы И 52-1,...,52-k первой группы, подключая выходы элементов 41-1

41-k совпадения к счетному входу счетчика 48 кадров и через элемент

55-3 задержки к входу записи блока

56 памяти. Если состояние имитаторов

10-1,...,10-k по отношению к предыдущему опросу не изменилось, то содержимое регистра 40 полностью соответствует коду регистра 43-1 и сигналы на выходах элементов 41-1,...,4l-k совпадения отсутствуют. Напротив, если произошло переключение каких-либо имитаторов, например 10-1, то на выходе первого элемента совпадения формируется электрический сигнал, соответствующий "1", который следующим образом видоизменяет состояние схемы регистратора: сбдержимое счетчика 48 увеличивается на единицу; к информационным .входам блока 56 памяти коммутируется регистр, в кото. рый через интервал времени, равный настройке элемента 55-3 задержки и достаточный для прохождения переходных процессов в счетчике 48 и блоке

56, записывается код, сформированный счетчиками 44-1 и 44-2, обозначающийпорядковый номер опрашиваемого имитатора и код текущего времени, вырабатываемый формирователем 45. Кроме того, в отдельную ячейку этого регистра будет записан сигнал, указывающий на то состэяние опрашиваемого имитатора, которое он принял в данный момент времени ("!" означает включение имитатора, а "О" — его выключение), Этот сигнал поступает на вход О/!

7 13 блока 56 с первого выхода регистра 40 через открытий элемент И 53-1.

Гсли в результате опроса будет зафиксировано переключение другиХ имитаторов, например 10-2, 10-3,..., 10-i, то информация об этих событиях будет обработана аналогичным образом и записана в новые регистры блока 56, вь:бираемые счетчиком 48.

При возбуждении импульсного сигнала на выходе (k + 1) счетчика 44-1 коммутатор 54 устанавливается в положение, в котором все его входы О, 1,...,m соединяются с входами перезаписи регистров 43-1,...,43-q но поскольку под напряжением в данный момент времени находится только один вход (нулевой), то содержимое входного регистра 40 будет считано в регист 43-1. После снятия сигнала с выхода (k + 1) коммутатор возвращается в исходное состояние.

По заполнении счетчика 44-1 возбуждается сигнал ка его последнем выходе (k + 2), под действием которого переключается счетчик 44-2 и через интервал времени, соответствующий настройке элемента 55-1 задержки, устанавливается в исходное состояние счетчик 44-1;

После переключения счетчика 44-2 появляется электрический сигнал на его первом выходе, который через коммутатор 54 замыкает ключи 42-2 и в квантователе 39 задействует в работу элементы И 76-(k + 1),..., 76-21с, подготавливая к опросу вторую группу имитаторов 10-(k +1), ...,10-2k, состояние которых предварительно записывается в регистр 40. Опрос произво-. дится в той же последовательности и все несравнения элементов 41-1,..., 41-k фиксируются в соответствующих регистрах блока 56 вместе с кодом текущего времени. По окончании опроса кодовый вектор состояния имитаторов

10-(k + 1),...,.10-2k переписывается в регистр. 43 2. Затем с помощью счетчика 44-2 организуется контроль состояния следующей группы имитаторов (по 10-31< включительно) и т.д.

Таким образом,.в памяти блока 56 будут зафиксированы все переключения имитаторов 10-1,...,10-п осуществляемые программным блоком 1 с привязкой к текущему времени (в том числе указанные вьппе включения имитаторов

10-1, 10-2,...,10-i).

63144

В предлагаемом устройстве реализован принцип группового контроля исполнения управляющих команд, формируемых программным блоком 1. Преимущество его заключается в том, что он позволяет увеличить частоту следования команд на входы блоков управления (команды на выходах блока 1 возбуждаются вне зависимости от времени их реализации рабочими органами исполнительных механизмов )и многократно контролировать состояние объекта управления, например, при изменении режимов его работы перед выполнением технологических операций повьппенной ответственности и т.д.

Контрольный блок 18 включается в работу периодически по командам, формируемым командным блоком 1 в заранее выбранные моменты времени. Они записываются в отделъных ячейках ре— гистра 24 и считываются на вход обнуления триггера 21 для останова программы .и через второй вход блока 18, видоизменяя состояние его схемы: счетчик 64 (фиг.4). каждый раз увеличивает свое содержимое на единицу и подключает к выходам блока 62 регистр, в котором хранится информация о положении рабочих органов объекта управления в данный момент времени; триггер 70 переключается в единичное состояние, открывая элемент И 67, вследствие чего импульсы напряжения с выхода генератора 69 начинают пЬс1упать на вход счетчика 63-1; счетчик 63-1 вырабатывает импуль" сные команды, по которым элементы И

66-1,...,66-k поочередно подключают выходы элементов 60-. 1,...,60-k совпадения к входу счетчика 65 и через элемент 74-3 задержки к входу записи блока 71 памяти; по заполнении счетчика 63-1 он перезапускается и одновременно с помощью счетчика 63-2 производит подключение к элементам совпадения очередкой группы входных цепей 1-а,. ° ., п-а.

Проверка заканчивается формированием сигнала на последнем выходе ! счетчика 63-2 и выключением схемы onроса. При этом возможны два результата: кодовый вектор имитируемых сигна" лов обратной связи полностью соответствует записанному в регистре блока

62. Тогда сигналы на выходах всех

1363144

ЗО

40 элементов совпадения отсутствуют, счетчик 65 остается в обнуленном состоянии и сигнал окончания цикла проверки через открытый элемент И 68 поступает в блок 1 для автоматического включения остановленной программы: . кодовый вектор имитируемых сигналов обратной связи по каким-либо причинам, например из-эа неисправности схемных элементов устройства, отличается от .записанного в блоке 62. В этом случае на выходе соответствующих элементов сбвпадения появятся электрические сигналы, под действием которых в регистры блока 71 будут записаны коды чисел, сформированные. счетчиками 63-1 и 63-2, обозначающие порядковые номера опрашиваемых цепей, ° в которых обнаружены неисправности.

Номера этих цепей индицируются на табло 72. Сигнал окончания цикла проверки на выход блока не проходит, так как элемент И 68 закрывается при первом же переключении счетчика 65.

Работа устройства будет продолжена после устранения неисправностей замыканием коммутирующих элементов 75 (для обнуления блока 71 и счетчика

65) и 28 программного блока 1.

По завершении цикла контрольных операций данные, зафиксированные блоком 56 регистратора 17, выводят на цифровую печать (с помощью модуля

57 ) и получают протокол, подтверждающий исправность программного блока и тракта трансляции управляющих команд или имевшие место отклонения от заданной последовательности срабатывания имитаторов 10-1,...,10-п. Затем устройство подготавливают к выполнению технологических операций. Для

1 этого все его элементы, кроме регистров 23, 24 и 62, приводят в исходное состояние (обнуляют счетчики 22-1, 22-2, триггеры блоков 3-1,..., З-п, табло 16, регистратор 17) и устанавливают в положение РАБОТА переключатель 12 блока 11. При этом подается рабочее напряжение на общие шины питания исполнительных механизмов

5-1,...,5-n,íà сигнализаторы 7 и через интервал времени, соответствующий настройке реле 13, на счетчики 32 блока 15 (эта временная выдержка необходима для того, чтобы не бьшо ложного срабатывания счетчиков, если в момент подачи напряжения какие-либо сигнализаторы 7 находятся в замкнутом состоянии — в этом случае соответствующие конденсаторы 33 заряжаются через резисторы 36).

Для выполнения технологических операций кратковременным. замыканием коммутирующих элементов 28 и 58 запускают в работу блок 1 и регистратор 17. Программный блок 1 в заданной последовательности производит включение и выключение исполнительных механизмов 5-1,...,5-п, а следовательно, и рабочих органов 6-1,. ...6-п. Все изменения в объекте управления фиксируются регистратором 17 (с привязкой к текущему времени 1 и отображаются на табло 16, а любое иэ срабатываний рабочих оргайов заносится в память, счетчиков 32 блока 15. После формирования определенного числа управляющих команд их реализация контролируется блоком 18. При этом все сигналы на r информационную аппаратуру (блоки 1518) поступают с сигналиэаторов 7 через имитаторы 10-1,...,10-п срабатывания объекта.

Формула изобретения

1. Устройство для управления распределенным объектом, содержащее блок ввода программы, соединенный первыми выходами с входами дешифратора, вторым выходом — с первым входом контрольного блока, выход которого подключен к коммутирующему входу блока ввода программы, вторые входы контрольного блока соединены с соответствующими первыми выходами имитаторов срабатывания объекта, а также блоки управления, содержащие элемент И, первые входы которых через триггер управления блока управления подключены к соответствующим выходам дешифратора, вторые входы объединены на первый выход блока источника питания, а выход каждого элемента И соединен с первым входом исполнительного механизма, а также. рабочие органы исполнительных механиз50 мов и блок выбора режима работы, вывходы которого подключены к вторым выходам блока источника питания, а первые и вторые выходы — соответственно к исполнительным механизмам и

55 рабочим органам, о т л и ч а ю щ е— е с я тем, что, с целью расширения функционального контроля за состоя-; нием объекта управления с сохранением объема тестовых проверок, введены

11 136 блок счетчиков числа срабатываний рабочих органон, информационное табло, регистратор и элементы ИЛИ по числу исполнительных механизмов, первые входы которых соединены с выходами исполнительных механизмов, вторые входы — с выходами рабочих органов исполнительных механизмов, а выходыс входом соответствующих имитаторов срабатывания объекта, вторые, третьи и четвертые выходы которых подключены соответственно к входам блока счетчиков числа срабатывания рабочих органов, информационного табло, регистратора и.контрольного блока.

2. Устройство по п.1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что контрольный блок содержит группу элементов совпадения, первые входы которой через квантователь входных сигналов соединены с вторыми входами контрольного . блока, группу ключей, одноименные выходы которых объединены с вторыми входами элементов совпадения соответственно, блок регистров, первый и второй опросные счетчики импульсов, счетчик кадров, счет выбора регистра, группу элементов И, первые входы которых соединены с выходами элементов совпадения, блок памяти с индикатором, коммутирующий элемент, соединенный выходом с входами обнуления счетчика кадров и блока памяти, два элемента И, элемент ИЛИ, триггер, генератор импульсов и три элемента задержки, информационные выходы первого опросного счетчика импульсов соединены с первыми входами блока памяти и с вторыми входами группы элементов И, выходы которых соединены со

12

3144 счетным входом счетчика кадров и через первый элемент задержки подключены к входу записи. блока памяти, 5 выход переполнения первого опросного счетчика импульсов соединен со счетным входом второго опросного счетчика импульсов и через второй элемент задержки со своим входом обнуления, 1п информационные выходы второго опросного счетчика импульсов соединены с вторыми входами квантователя входных сигналов, с входами управления ключей и вторыми входами блока памяти соответственно, выход переполнения этого счетчика через третий элемент задержки. соединен со своим входом обнуления, первым входом триггера и через первый элемент И с .выходом контрольного блока, первый вход которого соединен с входом счетчика выбора регистра и вторым входом триггера, выходы счетчика выбора регистра сое- динены с входами блока регистров, вы"

25 ходы которого соединены с информационными входами ключей соответственно, а выходы счетчика кадров соединены с третьими входами блока памяти и через элемент ИЛИ с вторым входом первого дд элемента И, выход генератора импуль- сов соединен с первым входом второго элемента И, второй вход которого со-i единен с выходом триггера, а выход— со счетным входом первого опросного

35 счетчика импульсов.

3. Устройство по п.1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что входы имитаторов срабатывания объекта соединены

40 со своими выходами через элементы размножения команд.

1363144

Фиг.2

1363!44

&оды.1363l44

&alai

Составитель И. Швец

Техред A.Кравчук Корректор С. Черни

Редактор А. Лежнина

Заказ 6361/37 Тйраж 863 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4