RU1784841C - Устройство дл определени заиленности водосборника - Google Patents

Abstract

Сущность изобретени : вы вление изменени  соотношени  объемов нижней и верхней частей водосборника по средним временам их заполнени . Устройство содер-жит датчики уровн  (t.2,3). блок определени  фаз цикла заполнени  (4), счетчики

Description

Изобретение относитс  к области устройств дл  управлени  и регулировани  уровн  жидкости с использованием электрических средств и может быть использовано дл  определени  степени заиленности и фактической емкости шахтных и карьерных водосборников при открытой и подземной добыче полезных ископаемых.

Известны системы и устройства контрол  Технологических параметров и управлени  насосными установками, содержащие датчики различных параметров процесса, подключенные через программный, логический и решающий блоки к системе управлени  приводом насоса (а.с. СССР № 813353, кл. G 05 В 11/00, Б.И. № 10, 1981; за вки Японии № 57-4665, кл. G 05 D 9/12, Из-за руб. № 5, 1983). Недостатками этих устройств  вл етс  отсутствие возможности автоматического оперативного и точного определени  заиленности водосборника с последующей индикацией информации. Возможно только эпизодическое приблизительное определение заиловки расчетным путем через промежуточные параметры, контролируемые данными устройствами. Значени  этих параметров совокупно завис т не только от заиловки, но и от изменений подучи насоса, величины водопритока, что не дает возможности однозначно и точно определить степень заиловки водосборника .

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению  вл етс  устройство дл  управлени  перекачкой жидкости (а.с. СССР № 1004988, кл. G 05 D 9/12, Б.И. № 10, 1983), обладающее функцией контрол  степени заиливани  водосборника. Устройство содержит блок определени  степени заиливани  водосборника, который состоит из двух ультразвуковых датчиков уровн  и вычислител  (вычитател ), определ ющего степень заиливани  и выдающего соответствующую информацию на блок индикации. Первый датчик уровн  из- мер ет уровень жидкости над слоем ила, второй датчик настроен так, что измер ет уровень жидкости от строительного дна водосборника . Разность между этими уровн ми пропорциональна степени заиливани  водосборника. Устройство содержит также генератор импульсов, логический блок, счетчики импульсов и др. элементы, обеспечивающие управление перекачкой жидкости . Данное устройство обладает недостаточной точностью, что объ сн етс  следующим. С помощью уровнемеров и вычитател  измер етс  уровень илоотложени  только в месте установки уровнемеров. Между тем шахтные и карьерные водосборники имеют значительные размеры, в каждом месте илоотложени  в водосборнике различные. Оценить величину объема или с помощью измерени  толщины илоотложени  только в одной точке водосборника можно только приблизительно. Таким образом , сигнал, вырабатываемый как разность двух уровней, не может с достаточной точностью характеризовать фактическую сте0 пень заиливани  водосборника.

Цель изобретени  - повышение точности работы устройства.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в устройство определени  заиленности во5 досборника, содержащее первый и второй датчики уровн , генератор импульсов, выход которого соединен со счетными входами первого и второго счетчиков, и блок вычислени  показател  заиливани  выход

0 которого подключен к информационному входу блока индикации, дополнительно введены третий датчик уровн , блок определени  фаз цикла заполнени , третий счетчик, задэтчик числа циклов, задатчик отношени 

5 объемов и два усредн ющих фильтра. При этом выходы первого, второго и третьего датчиков уровн  соединены с соответствующими информационными входами блока определени  фаз цикла заполнени , выход

0 фаз заполнени  верхнего объема которого соединен с разрешающим входом первого счетчика, а выход фазы заполнени  нижнего объема с разрешающим входом второго счетчика. Выходы первого и второго счетчи5 ков соединены с входами задани  усредн емого времени соответственно первого и второго усредн ющих фильтров, входы задани  показател  усреднени  которых соединены с выходом задатчика числа циклов и

0 с установочным входом третьего счетчика, Счетный вход третьего с етчика с выходом фазы откачки блока определени  фаз цикла заполнени , а его выход обнулени  подключен к входу отметки заданной точности вы5 числени  блока индикации. Выходы задатчика отношени  объемов и усредн ющих фильтров соединены с соответствующими информационными входами блока вычислени  показател  заиливани , выход

0 которого соединен с информационным входом блока индикации.

Предлагаема  структура устройства дл  определени  заиленности водосборника позвол ет получить качественно отличный

5 от прототипа принцип определени  заиливани  водосборника и повысить точность работы устройства, что может быть по снено следующим образом.

В изобретении используютс  три датчика уровн  жидкости: первый - датчик нижнего уровн  - устанавливаетс  в приемном колодце водосборника на уровне строительного дна водосборника. Второй - датчик верхнего уровн  - устанавливаетс  дл  индикации заполнени  всей емкости. Третий - датчик промежуточного уровн  -устанавливаетс  между первым и вторым датчиками так, чтобы было известно соотношение объемов частей водосборника: U Vp2/Vpi, где Vpi - объем части водосборника между уровн ми установки третьего и второго датчиков , a VP2 - между уровн ми установки первого и третьего датчиков. При этом в процессе эксплуатации водосборника в результате заиливани  измен етс  объем только нижней части водосборника Vp2, a объем верхней его части Vpi остаетс  неизменным . Контролиру  времена заполнени  обеих частей водосборника, предлагаемое устройство таким образом позвол ет определ ть степень заиливани  водосборника на основе объемных соотношений, а не на основе соотношений уровней, как это реализовано в прототипе, что приводит к повышению точности работы устройства, особенно при неравномерных водоприто- ках.

На фиг.1 приведена блок-схема устройства дл  определени  заиленности водосборника; на фиг.2 - схема установки электродных датчиков уровней в водосборнике; на фиг.З - схема блока определени  фаз цикла заполнени  и диаграмма его работы , на фиг.4 - алгоритм работы усредн ющих фильтров.

Устройство дл  определени  заиленности водосборника (фиг.1) содержит три датчика уровн : первый - нижнего уровн  (НУ) 1, второй - верхнего уровн  (ВУ) 2, третий - промежуточного уровн  (ПУ) 3. Выходы этих датчиков подключены к соответствующим информационным входам блока определени  фаз цикла заполнени  4, который имеет три выхода: выход фазы заполнени  нижнего объема соединен с разрешающим входом первого счетчика 5, выход фазы заполнени  верхнего объема - с разрешающим входом второго счетчика 6, а выход фазы - со счетным входом третьего счетчика 7. Счет ные входы первого 5 и второго 6 счетчиков импульсов соединены с выходом генератора импульсов 8, а их выходы - соответственно с входами задани  усредн емого времени первого 9 и второго 10 усредн ющих фильтров , входы задани  показател  усреднени  которых, а также установочный вход третьего счетчика 7 подключены к выходу задат- чика числа циклов 11. Выходы усредн ющих фильтров 9 и 10 подключены соответственно к первому и второму информационным

входам блока вычислени  показател  заиливани  12, третий вход которого подключены к выходу задатчика отношени  объемов 13, а выход - к информационному входу блока

индикации 14. Вход отметки заданной точности вычислени  блока индикации 14 соединен с выходом обнулени  третьего счетчика 7.

Устройство работает следующим обра0 зом. При откачке воды из водосборника в момент, когда уровень воды в приемном колодце водосборника 15 (фиг.2) станет ниже уровн  установки датчика 1, насосна  установка б отключаетс  и начинаетс  процесс

5 заполнени  водосборника. Сначала срабатывает датчик нижнего уровн  1, затем, когда заполнитс  часть объема водосборника Vp2 - датчик 3 промежуточного уровн , затем , когда заполнитс  верхн   часть объема

0 водосборника Vpi - датчик 2 - верхнего уровн . После этого насосна  установка 16, оборудованна  устройством автоматического управлени , включаетс  и откачивает воду.

5 Блок определени  фаз цикла заполнени  4 формирует уровень логической единицы по выходу фазы заполнени  объема в период времени, когда заполн етс  часть емкости Vpi водосборника, то есть между

0 моментом замыкани  датчика 3 и моментом замыкани  датчика 2 (диаграмма Выход 1, фиг.З). По выходе фазы заполнени  объема блока определени  фазы цикла заполнени  4 формируетс  логическа  единица в период

5 времени, когда заполн етс  часть емкости водосборника Vp2, то есть между моментами замыкани  датчика 1 и замыкани  датчика 3 (диаграмма Выход 2, фиг.З). По выходу фазы откачки блока определени  фазы цикла

0 заполнени  формируетс  уровень логической единицы в период времени между размыканием датчика 2 и размыканием датчика 1, то есть в период откачки всей емкости водосборника VP1+VP2, что  вл етс  призна5 ком полного цикла работы насосной установки в автоматическом режиме.

В исходном начальном состо нии счетчики 5,6 и 7 наход тс  в нулевом состо нии. При заполнении части емкости Vpi с выхода

0 фазы заполнени  верхнего объема блока определени  фазы цикла заполнени  4 на раз- решающий вход счетчика 5 подаетс  уровень логической 1 и счетчик считает импульсы , поступающие на его счетный вход с

5 генератора 8. Таким образом, по окончании периода заполнени  части емкости Vpi -первый счетчик 5 будет хранить число импульсов , подсчитанных за период заполнени  Vpi, которое пропорционально времени заполнени  ti верхней части емкости водосборника . Аналогично, второй счетчик б по окончании заполнени  части емкости VP2 будет хранить число импульсов, пропорциональное времени заполнени  t2 нижней части водосборника VP2.

После каждого цикла заполнений водосборника полученные числа с выхода счетчиков 5 и б поступают на усредн ющие фильтры 9 и 10, которые определ ют усредненные значений времен заполнени  емкостей Vpi и VP2 соответственно за требуемые п циклов. Число п, необходимое дл  усреднени , задаетс  с помощью задатчика 11 числа циклов. Алгоритм работы усредн ющих фильтров 9 и 10 представлен на фиг.4.

Если фактическое число циклов заполнени  водосборника с момента начала рабо- ты устройства дл  определени  заиленности водосборника меньше требуемого , задаваемого задатчиком числа циклов 11, то считаетс , что точность определени  степени заиленности водосборника ниже установленной. Поэтому дл  сигнализации состо ни , когда фактическое число циклов заполнени  водосборника меньше установленного на задатчике числа циклов 11 используетс  третий счетчик 7, на счетный вход которого поступают импульсы с выхода фазы откачки блока 4,, а на его предварительный установочный вход - число п с задатчика числа циклов 11. Если количество фактически подсчитанных циклов работы водоотливной установки достигнет числа п, то счетчик 7, работающий в режиме инверсного счета с предварительной установкой числа п, досчитает до Нул  и на его выходе обнулени  по витс  уровень логической единицы, который поступает на вход блока индикации 14, где индицируетс  и при этом свидетельствует, что определенный к данному моменту уровень заиливани  водосборника вычислен с требуемой, наперед заданной с помощью установленного на задатчике числа циклов 11 числа п, точностью.

На выходе первого усредн ющего фильтра 9 формируетс  параметр ц, характеризующий среднее врем  заполнени  емкости Vpi в соответствии с алгоритмом (фиг.4), а на выходе фильтра 10 - параметр t2, характеризующий .среднее врем  заполнени  части емкости водосборника VP2 в соответствии с таким же алгоритмом (фиг.4). Задатчик отношени  объемов определ ет двоичное число v Vp2/Vpi которое должно быть согласовано с фактическим уровнем установки датчика 3 в водосборнике. При этом блок вычислени  показател  заиливани  12 определ ет фактическую степень заиливани  водосборника а по формуле

1

4- V

(V

Н)-100%

(1)

Данный результат выдаетс  на индикацию в блок индикации 14.

Конкретна  реализаци  блоков и узлов изобретени  может быть представлена следующим образом.

Датчики уровн  1,2,3-электродные датчики уровн , представл ющие собой электрод , имеющий определенный потенциал, который измен етс  до нул , если электрод соприкасаетс  с жидкостью. Блок определени  фаз цикла заполнени  4 представлен на фиг.З. Счетчики 5, 6 и 7 - микросхема К561ИЕ11, имеюща  счетный вход, входы сброса, пр мого и инверсного счета, параллельный вход предварительной установки

двоичного кода, параллельный четырехза- р дный выход и выход переноса.

Генератор импульсов 8 аналогичен генератору прототипа. В качестве усредн ющих фильтров 9, 10 и блока вычислени 

показател  заиливани  12 может быть применена однокристалльна  Микро-ЭВМ, например , типа К1820ВЕ1. Задатчики числа циклов 11 и отношени  объемов 13 - переключатели с кодовым выходом. Блок индикации 14 аналогичен блоку прототипа, только вместо аналоговой индикации степени заиливани  примен етс  цифрова  индикаци . Индикаци  логического уровн  с выхода счетчика 7 осуществл етс , например , светодиодом.

Наличие сигнала логической единицы с выхода счетчика 7 свидетельствует, что результат (1) определен с требуемой точностью (например, 5%), а отсутствие такого

сигнала с выхода счетчика 7 - о том, что результат (1) не гарантирует требуемую точность определени  заиленности. Это можно доказать следующим образом. Пусть имеетс  неравномерный нестационарный водоприток в водосборник q. Неравномерность его определ етс  различными факторами (погодой, технологией работ и т.п.), Нестационарность имеет сезонный характер. На периоде стационарности водоприток имеет

математическое ожидание M(q) 0.

Дл  незаиленного водосборника (а 0) времена заполнени  частей емкости водосборника состав т:

Т,«Јй11 Q

12

V

Q

При заиливании водосборника, име  в виду, что при этом уменьшаетс  только емкость VP2:

Vp2

100

(Vpi+Vp2)

Q

Отношение времени заполнени  обеих частей водосборника равно:

Ошибка д определ етс  дисперсией

(72 времени заполнени  всей емкости водосборника . Например, дл  доверительной веро тности р 0,05 и при п циклов измерени  времени заполнени  водосборника:

д

п

(VPi-fVp2)

ТТО

Это отношение не зависит от водопритока q и его матожидани  Q, что  вл етс  преимуществом реализованного в устройстве метода определени  заиленности водосборника. Обозначив v Vp2/Vpi. из (2) получим:

llr v100

(1+v)

откуда следует соотношение (1).

Определ емые в процессе функционировани  устройства параметры ti и tz не  вл ютс  математическими ожидани ми, а представл ют собой средние значени  времени заполнени  емкостей Vpi и VP2 по измерени м . Поэтому сами эти параметры  вл ютс  случайными и имеют матожидани  M(ti) и M(t2) и дисперсии си2 /пи

Ozz /п, где си2 и (72 2 -дисперсии случайных величин ti Vpi/q Vp2/q. Погрешности оценок времени ti и t2 обозначим д 1 j M(ti) - ti ; 62 | M(t2) -121. Тогда ошибка в определении показател  заиливани  водосборника равна: , u nrt 0oh M(Ml юо/л

. , ь а-а -мотЩ

100

Тч

мци

M(t,l

«U,b&4 Г Ошибки д 1 и д 2 пропорциональны среднеквадратичным отклонени м в и (72. Заменим эти ошибки на не меньшее значение д - ошибку определени  времени заполнени  всей емкости водосборника. С учетом того, что в соответствии с (3)

OL М

1(12)

-ри) v юо

получим из (4):

100-а

b

МПТТ о

10

15

Дл  этой доверительной веро тности из (5) можно определить необходимое число циклов п, при котором ошибка определени  степени заиленности водосборника не пре- высит 5% (Ь 5):

20

п

2д

100-а

)4 b 2оf 100-a L4 v

+ 1)

5

5

0

0

5

Данное число устанавливаетс  за датчиком числа ииклов 11 (фиг.1). Если фактическое число циклов работы устройства меньше п, то погрешность определени  степени заиленности водосборника может быть большей, чем требуема  в данном примере 5%.

Применение изобретение позволит по- высмть точность определени  заиливани  водосборников, что приводит к оптимизации работ по очистке водосборников и более достоверной оценке фактической текущей регулировочной емкости водосборников и, следовательно, к более точному энергосберегающему управлению водоотливными установками за счет оптимального совмещени  периодов максимальной загрузки энергосистемы с периодом заполнени  водосборников. Экономический эффект составл ет в среднем 6800 руб. на одно устройство .

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Устройство дл  определени  заиленно- е. сти водосборника, содержащее первый и второй датчики уровн , генератор импульсов , выход которого соединен со счетными входами первого и второго счетчиков, и блок вычислени  показател  заиливани , выход которого подключен к информационному входу блока индикации, отличающее- с   тем, что, с целью повышени  точности, в него введены третий датчик уровн , блок определени  фаз цикла заполнени , третий счетчик, задатчикчисла циклов, задатчик отношени  объемов и два усредн ющих фильтра , при этом выходы первого, второго и третьего датчиков уровн  соединены с соответствующими информационными входами блока определени  фаз цикла заполнени .

   выход фазы заполнени  нижнего объема которого соединен с разрешающим входом первого счетчика, а выход фазы заполнени  верхнего объема - с разрешающим входом второго счетчика, выходы первого и второго счетчиков соединены с входами задани  усредн емого времени соответственно первого и второго усредн ющего фильтров, вход задани  показател  усреднени  которых соединен с выходом задатчика числа циклов и с установочным входом третьего счетчика,

   /ВУ/

   /ПУ/ /НУ/

   Датчик I /НУ/

   Датчик 3 /ПУ/

   Датчик 2 /ВУ/

   , ВЬход, 1 Выход 2 иод 3

   счетный вход которого соединен с выходом фазы откачки блока определени  фаз цикла заполнени , а выход обнулени  третьего счетчика соединен с входом отметки заданной точности вычислени  блока индикации, выходы задатчика отношени  объемов и усредн ющих фильтров соединены с соответствующими информационными входами блока вычислени  показател  заиливани , выход которого соединен с информационным входом блока индикации.

   ( Цоц ло )

   .

   МЈГ