RU68798U1

RU68798U1 - TECHNOLOGICAL PARAMETER DEVICE ALARM SYSTEM MODEL

Info

Publication number: RU68798U1
Application number: RU2007124291/22U
Authority: RU
Inventors: Владимир Васильевич Федоренко; Алексей Викторович Краснокутский; Александр Иванович Бойко
Original assignee: Ставропольский военный институт связи ракетных войск
Priority date: 2007-06-27
Filing date: 2007-06-27
Publication date: 2007-11-27

Abstract

Модель системы сигнализации отклонения технологического параметра относится к области релейной защиты и автоматики и может быть использована в системах автоматического управления различных объектов, в том числе, в устройствах сигнализации об аварийном состоянии технологических процессов. Технический результат достигается за счет дополнительного подключения в схему устройства для сигнализации об отклонении технологического параметра к выходу датчика нелинейного элемента, работающего в режиме с отсечкой тока с преобразованием входного сигнала в последовательность косинусоидальных импульсов, а также подключения двух полосовых фильтров, соединенных с выходом нелинейного элемента и выделяющих соответственно первую и вторую гармоники нелинейно искаженного сигнала, двух амплитудных детекторов, подключенных к выходам соответствующих фильтров и определяющих амплитуды первой и второй гармоник сигнала, и делителя напряжений, входы которого подключены к выходам соответствующих детекторов, а выход делителя напряжения соединен с входом элемента сравнения. Мультипликативные помехи, возникающие между передающей и приемной частями устройства и проявляющиеся в общих замираниях коэффициентов передачи амплитуд соседних гармоник нелинейно искаженного сигнала, компенсируются в делителе напряжений (как множители при числителе и знаменателе). Следовательно, случайные изменения уровня измерительного сигнала в линиях связи между элементами устройства не приведут к ошибочной сигнализации и ложному срабатыванию исполнительного элемента. 1 С.П. Формулы 2 Ил.The model of a process parameter deviation alarm system relates to the field of relay protection and automation and can be used in automatic control systems of various objects, including alarm devices for the emergency state of technological processes. The technical result is achieved by additional connection to the circuit of the device for signaling the deviation of the technological parameter to the output of the sensor of a nonlinear element operating in the current cutoff mode with conversion of the input signal into a sequence of cosine pulses, as well as by connecting two bandpass filters connected to the output of the nonlinear element and emitting, respectively, the first and second harmonics of a nonlinearly distorted signal, two amplitude detectors connected to outputs with sponding filters and determining the amplitude of the first and second harmonic signal, and the voltage divider having inputs connected to the outputs of the respective detectors, and the output voltage divider is connected to the input of the comparison element. Multiplicative noise arising between the transmitting and receiving parts of the device and manifested in the general fading of the transmission coefficients of the amplitudes of the neighboring harmonics of the nonlinearly distorted signal are compensated in the voltage divider (as factors in the numerator and denominator). Therefore, random changes in the level of the measuring signal in the communication lines between the elements of the device will not lead to erroneous signaling and false response of the actuator. 1 S.P. Formulas 2 Il.

Description

Область техники, к которой относится полезная модельThe technical field to which the utility model relates.

Полезная модель относится к области релейной защиты и автоматики и может быть использована в системах автоматического управления различных объектов, в том числе, в устройствах сигнализации об аварийном состоянии технологических процессов.The utility model relates to the field of relay protection and automation and can be used in automatic control systems of various objects, including signaling devices about the emergency state of technological processes.

Уровень техникиState of the art

Известно устройство для защиты теплоэнергетического оборудования, содержащее датчик контролируемого параметра, логический блок, логический элемент И, исполнительный орган и источник питания (см. А.с. СССР №335762, кл. Н02Н 3/08, 1973).A device for protecting thermal power equipment containing a sensor of a controlled parameter, a logical unit, a logical element And, an executive body and a power source (see AS USSR No. 335762, CL H2N 3/08, 1973).

Недостатком этого устройства является ложное срабатывание исполнительного органа при неисправности датчика, что снижает надежность работы устройства.The disadvantage of this device is the false response of the Executive body when the sensor malfunctions, which reduces the reliability of the device.

Известно устройство для сигнализации об отклонении технологических параметров, содержащее последовательно соединенные датчик, схему сравнения, усилитель и исполнительный орган (см. А.с. СССР №410427, кл. G08В 23/00, 1974).A device for signaling a deviation of technological parameters, containing a series-connected sensor, a comparison circuit, an amplifier and an executive body (see A.S. USSR No. 410427, class G08B 23/00, 1974).

Недостаток устройства - возможность ложного срабатывания исполнительного органа, реагирующего на снижение контролируемого параметра при неисправностях в датчике.The disadvantage of this device is the possibility of false operation of the executive body, which responds to a decrease in the monitored parameter in case of malfunctions in the sensor.

Наиболее близким к заявляемой полезной модели является устройство для сигнализации об отклонении технологического параметра, содержащее последовательно соединенные датчик контролируемого параметра, режекторный Closest to the claimed utility model is a device for signaling a deviation of a process parameter, comprising a series-connected sensor of a controlled parameter, notch

элемент, элемент сравнения, логический элемент ЗАПРЕТ и исполнительный элемент, а также генератор тестового сигнала, соединенный своим выходом с входом датчика, первый нуль-индикатор, вход которого подключен к выходу режекторного элемента, второй нуль-индикатор, вход которого подключен к выходу датчика контролируемого параметра и логический элемент И, первый и второй входы которого подключены к выходам соответствующих нуль-индикаторов, а выход элемента И соединен с вторым входом элемента ЗАПРЕТ (см. А.с. СССР №1256117, кл. Н02Н 3/00, 1985).element, a comparison element, a logic element BAN and an actuator, as well as a test signal generator connected to the sensor input by its output, a first null indicator, the input of which is connected to the output of the notch element, a second null indicator, whose input is connected to the output of the sensor being monitored parameter and logical element And, the first and second inputs of which are connected to the outputs of the corresponding null indicators, and the output of the element And is connected to the second input of the FORBID element (see A.S. USSR No. 1256117, CL H2N 3/00, 1985).

Недостатком данного устройства является низкая достоверность сигнализации при наличии мультипликативных помех в соединительной линии между датчиком и последующими элементами устройства, находящимися на определенном расстоянии от контролируемого объекта (технологического процесса либо системы). Причинами таких помех в измерительном канале являются температурная погрешность датчика, погрешность от колебаний питающих напряжений, погрешность от наводки на линию связи между датчиком и последующими элементами устройства и др. [1, с.86-98]. Проявлением мультипликативной помехи является замирание уровня измерительного сигнала даже в случае постоянства контролируемого параметра, что приводит к ошибочной сигнализации и ложному срабатыванию исполнительного элемента.The disadvantage of this device is the low reliability of the alarm in the presence of multiplicative interference in the connecting line between the sensor and the subsequent elements of the device located at a certain distance from the controlled object (process or system). The causes of such interference in the measuring channel are the temperature error of the sensor, the error from fluctuations in the supply voltage, the error from interference on the communication line between the sensor and subsequent elements of the device, etc. [1, p. 86-98]. A manifestation of the multiplicative noise is the fading of the level of the measuring signal even in the case of a constant monitored parameter, which leads to erroneous signaling and false operation of the actuator.

Раскрытие полезной моделиUtility Model Disclosure

Технический результат, который может быть достигнут с помощью предлагаемой полезной модели, сводится к повышению достоверности сигнализации в условиях мультипликативных помех.The technical result that can be achieved using the proposed utility model is to increase the reliability of the alarm in conditions of multiplicative interference.

Технический результат достигается за счет дополнительного подключения в схему устройства для сигнализации об отклонении технологического параметра к выходу датчика нелинейного элемента, работающего в режиме с отсечкой тока с преобразованием входного сигнала в последовательность косинусоидальных импульсов, а также подключения двух полосовых фильтров, The technical result is achieved by additional connection to the circuit of the device for signaling a deviation of the technological parameter to the output of the sensor of a nonlinear element operating in the current cut-off mode with the conversion of the input signal into a sequence of cosine pulses, as well as connecting two band-pass filters,

соединенных с выходом нелинейного элемента и выделяющих соответственно первую и вторую гармоники нелинейно искаженного сигнала, двух амплитудных детекторов, подключенных к выходам соответствующих фильтров и определяющих амплитуды первой и второй гармоник сигнала, и делителя напряжений, входы которого подключены к выходам соответствующих детекторов, а выход делителя напряжения соединен с входом элемента сравнения.connected to the output of the nonlinear element and emitting, respectively, the first and second harmonics of the nonlinearly distorted signal, two amplitude detectors connected to the outputs of the corresponding filters and determining the amplitudes of the first and second harmonics of the signal, and a voltage divider, the inputs of which are connected to the outputs of the respective detectors, and the output of the voltage divider connected to the input of the comparison element.

Мультипликативные помехи, возникающие между передающей и приемной частями устройства и проявляющиеся в общих замираниях коэффициентов передачи амплитуд соседних гармоник нелинейно искаженного сигнала, компенсируются в делителе напряжений (как множители при числителе и знаменателе). Следовательно, случайные изменения уровня измерительного сигнала в линиях связи между элементами устройства не приведут к ошибочной сигнализации и ложному срабатыванию исполнительного элемента.Multiplicative noise arising between the transmitting and receiving parts of the device and manifested in the general fading of the transmission coefficients of the amplitudes of the neighboring harmonics of the nonlinearly distorted signal are compensated in the voltage divider (as factors in the numerator and denominator). Therefore, random changes in the level of the measuring signal in the communication lines between the elements of the device will not lead to erroneous signaling and false response of the actuator.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

На фиг.1 представлена структурная схема модели системы сигнализации отклонения технологического параметра. Модель содержит датчик 1 контролируемого параметра, генератор 2 тестового сигнала, нелинейный элемент 3, первый 4 и второй 5 полосовые фильтры, первый 6 и второй 7 амплитудные детекторы, делитель 8 напряжения, элемент ЗАПРЕТ 10, исполнительный элемент 11, логический элемент И 12, первый 13 и второй 14 нуль-индикаторы И.Figure 1 presents the structural diagram of the model of the alarm system deviations of the technological parameter. The model contains a sensor 1 of a controlled parameter, a test signal generator 2, a nonlinear element 3, the first 4 and second 5 band filters, the first 6 and second 7 amplitude detectors, the voltage divider 8, the element BAN 10, the executive element 11, the logical element And 12, the first 13 and second 14 null indicators I.

На фиг.2 представлена кусочно-линеная аппроксимация вольт-амперной характеристики i(U), эпюры его входных напряжений U(t)=U₀+U_mcos(ωt) и косинусоидальных импульсов выходного тока i(ωt) нелинейного элемента 3, работающего в режиме с отсечкой тока.Figure 2 shows a piecewise linear approximation of the current-voltage characteristic i (U), the plot of its input voltages U (t) = U ₀ + U _m cos (ωt) and cosine pulses of the output current i (ωt) of the nonlinear element 3 operating in current cutoff mode.

Осуществление полезной моделиUtility Model Implementation

Модель системы сигнализации отклонения технологического параметра, содержащая датчик контролируемого параметра, генератор тестового сигнала, соединенный своим выходом с входом датчика, последовательно соединенные элемент сравнения, логический элемент ЗАПРЕТ и исполнительный элемент, а также первый нуль-индикатор, вход которого соединен с входом элемента сравнения, второй нуль-индикатор, вход которого подключен к выходу датчика контролируемого параметра и логический элемент И, первый и второй входы которого подключены к выходам соответствующих нуль-индикаторов, а выход элемента И соединен с вторым входом элемента ЗАПРЕТ, отличающаяся тем, что с целью повышения достоверности сигнализации в условиях мультипликативных помех в него дополнительно введены нелинейный элемент, подключенный к выходу датчика контролируемого параметра, первый и второй полосовые фильтры, вход каждого из которых подключен к выходу нелинейного элемента, первый и второй амплитудных детектора, входы которых подключены к выходам соответствующих полосовых фильтров, и делитель напряжений, первый и второй входы которого подключены к выходам соответствующих амплитудных детекторов, а выход делителя напряжения соединен с входом элемента сравнения.A model of a process parameter deviation alarm system containing a sensor of a controlled parameter, a test signal generator connected to its output with a sensor input, series-connected comparison element, a logic element BAN and an executive element, as well as a first null indicator, the input of which is connected to the input of the comparison element, the second null indicator, the input of which is connected to the sensor output of the controlled parameter and the logical element AND, the first and second inputs of which are connected to the outputs respectively of null indicators, and the output of the AND element is connected to the second input of the PROHIBITION element, characterized in that in order to increase the reliability of the signaling under conditions of multiplicative noise, a nonlinear element connected to the output of the sensor of the controlled parameter, the first and second bandpass filters, are input each of which is connected to the output of a nonlinear element, the first and second amplitude detectors, the inputs of which are connected to the outputs of the corresponding bandpass filters, and a voltage divider, the first and the second inputs of which are connected to the outputs of the respective amplitude detectors, and the output of the voltage divider is connected to the input of the comparison element.

Модель системы сигнализации отклонения технологического параметра работает следующим образом.The model of a process variable deviation alarm system works as follows.

На вход датчика 1 наряду с сигналом действующего значения контролируемого технологического параметра, преобразуемого в напряжение U₀, поступает сигнал тестового значения параметра, вырабатываемый генератором 2, в качестве которого используется источник гармонического колебания и_Г(t)=U_mcos(ωt), где ω=2πf; U_m - амплитуда; f - частота колебания (например, f=50 Гц).At the input of the sensor 1, along with the signal of the actual value of the controlled technological parameter, converted to voltage U ₀ , a signal of the test parameter value is generated by the generator 2, which is used as a source of harmonic oscillation and _G (t) = U _m cos (ωt), where ω = 2πf; U _m is the amplitude; f is the oscillation frequency (for example, f = 50 Hz).

Суммарный сигнал U(t)=U₀+U_mcos(ωt) с выхода датчика 1 подается на вход нелинейного элемента 3, причем напряжение U₀, соответствующее контролируемому технологическому параметру, в качестве напряжения смещения управляет положением рабочей точки на вольт-амперной характеристике нелинейного элемента 3, работающего в режиме отсечки выходного тока (фиг.2). На выходе элемента 3 нелинейно искаженный сигнал имеет вид косинусоидальных импульсов тока с основанием ωt=2θ, где θ≤π - угол отсечки тока, представляющий собой половину той части его периода, в течении которой через нелинейный элемент 3 протекает ток i(ωt). В спектральном отношении сигнал в виде периодической последовательности косинусоидальных импульсов содержит сумму гармонических составляющих вида [2]:The total signal U (t) = U ₀ + U _m cos (ωt) from the output of the sensor 1 is fed to the input of the nonlinear element 3, and the voltage U ₀ corresponding to the controlled technological parameter controls the position of the operating point on the current-voltage characteristic as the bias voltage nonlinear element 3, operating in the mode of cutting off the output current (figure 2). At the output of element 3, the nonlinearly distorted signal has the form of cosine current pulses with the base ωt = 2θ, where θ≤π is the current cutoff angle, which is half of that part of its period during which current i (ωt) flows through nonlinear element 3. In spectral terms, a signal in the form of a periodic sequence of cosine pulses contains the sum of harmonic components of the form [2]:

где I₀ - постоянная составляющая сигнала; I_mk - амплитуда k-й гармоники (k=1, 2,...), причемwhere I ₀ is the constant component of the signal; I _mk is the amplitude of the kth harmonic (k = 1, 2, ...), and

Здесь I_макс - высота косинусоидальных импульсов выходного тока при ωt=0.Here I _max is the height of the cosine pulses of the output current at ωt = 0.

Сигнал вида (1) с выхода нелинейного элемента 3 поступает через соединительную линию (на схеме не выделено отдельным блоком) на последующие элементы приемной части устройства с коэффициентом передачи μ, статистические изменения которого, в общем случае, обусловлены наличием флуктуирующих мультипликативных помех.A signal of the form (1) from the output of the nonlinear element 3 enters through the connecting line (not shown in a separate block on the circuit) to the subsequent elements of the receiving part of the device with the transfer coefficient μ, the statistical changes of which, in the general case, are due to the presence of fluctuating multiplicative noise.

К выходу нелинейного элемента 3 через соединительную линию подключены два полосовых фильтра 4 и 5, настроенные на частоты соответственно первой ω и второй 2ω гармоник сигнала. Выделенные фильтрами 4 и 5 гармонические составляющие поступают на входы соответствующих амплитудных детекторов 6 и 7, с выходов которых измеренные значения амплитуд соответственно первой μ·I_m1 и второй μ·I_m2 гармоник (с учетом флуктуирующих To the output of the nonlinear element 3 through the connecting line are connected two band-pass filters 4 and 5 tuned to the frequencies of the first ω and second 2ω harmonics of the signal, respectively. The harmonic components extracted by filters 4 and 5 are fed to the inputs of the corresponding amplitude detectors 6 and 7, from the outputs of which the measured amplitudes of the first μ · I _m1 and second μ · I _m2 harmonics, respectively (taking into account fluctuating

значений μ=μ(t) коэффициента передачи в соединительной линии, являющегося мультипликативной помехой) подаются на соответствующие входы делителя 8 напряжений.values μ = μ (t) of the transmission coefficient in the connecting line, which is a multiplicative noise) are fed to the corresponding inputs of the voltage divider 8.

С выхода делителя 8 напряжений результат деления амплитуд гармоникFrom the output of the 8 voltage divider, the result of dividing the amplitudes of harmonics

без коэффициента передачи μ, сокращенного в процессе деления, поступает на вход элемента 9 сравнения. Таким образом, отношение амплитуд гармоник I_m1/I_m2 является функцией только угла отсечки θ выходного тока нелинейного элемента 3, получаемой на основании выражения (2):without the transfer coefficient μ, reduced in the process of division, is input to the element 9 of the comparison. Thus, the ratio of harmonics amplitudes I _m1 / I _m2 is a function of only the cutoff angle θ of the output current of the nonlinear element 3, obtained on the basis of expression (2):

Но так как угол отсечки θ при постоянной амплитуде U_m определяется только значением напряжения U₀, полученного в датчике 1 при преобразовании контролируемого параметра: θ=f(U₀)=arccos[(-U₀)/U_m], то напряжение с уровнем κ, подаваемое на вход элемента 9, будет соответствовать значению измеряемой величины технологического параметра (с учетом последующего преобразования в датчике 1). Мультипликативная составляющая помехи (погрешности) при этом будет устранена.But since the cutoff angle θ at a constant amplitude U _m is determined only by the value of the voltage U ₀ obtained in the sensor 1 during the conversion of the controlled parameter: θ = f (U ₀ ) = arccos [(- U ₀ ) / U _m ], the voltage with the level κ supplied to the input of element 9 will correspond to the value of the measured value of the technological parameter (taking into account the subsequent conversion in the sensor 1). The multiplicative component of the interference (error) will be eliminated.

С выхода элемента 9 сравнения дискретный сигнал, соответствующий действующему значению контролируемого параметра, поступает на первый (информационный) вход логического элемента ЗАПРЕТ 10. прохождение этого сигнала в исполнительный элемент 11 происходит в случае отсутствия сигнала на втором (запрещающем) входе логического элемента ЗАПРЕТ 10. Запрещающий сигнал поступает на второй вход логического элемента ЗАПРЕТ 10 с выхода логического элемента И 12 в случае, когда на выходах первого 13 и второго 13 нуль-индикаторов одновременно присутствуют выходные сигналы, соответствующие нулевым значениям сигналов на входах этих нуль-индикаторов. Вход первого нуль-индикатора 13 подключен к выходу делителя From the output of the comparison element 9, a discrete signal corresponding to the effective value of the parameter being monitored is supplied to the first (information) input of the logic element FORBID 10. The passage of this signal to the executive element 11 occurs if there is no signal at the second (inhibitory) input of the logic element FORBID 10. Prohibiting the signal goes to the second input of the logic element FORBID 10 from the output of the logic element AND 12 in the case when the outputs of the first 13 and second 13 null indicators are simultaneously present The output signals corresponding to the zero values of the signals at the inputs of the zero indicator. The input of the first zero indicator 13 is connected to the output of the divider

8 напряжения, а вход второго нуль-индикатора 14 - к выходу датчика 1 контролируемого параметра.8 voltage, and the input of the second null indicator 14 to the output of the sensor 1 of the controlled parameter.

При исправном датчике 1 значения сигналов на выходах датчика 1 и делителя 8 напряжения различаются на величину сигнала, соответствующего тестовому значению контролируемого параметра, преобразованному в значение амплитуды U_m. В этом случае одновременного поступления единичных сигналов на оба входа логического элемента И 12 не происходит и на второй вход логического элемента ЗАПРЕТ 10 запрещающий сигнал не подается. При неисправности датчика 1 сигналы на входах нуль-индикаторов 13 и 14 отсутствуют и с их выходов на соответствующие входы логического элемента И 12 совместно поступают единичные сигналы, вследствие чего на выходе логического элемента И 12 вырабатывается единичный сигнал, запрещающий прохождение управляющего сигнала с выхода элемента 9 сравнения через логический элемент ЗАПРЕТ 10 в исполнительный элемент 11.With a healthy sensor 1, the signal values at the outputs of the sensor 1 and voltage divider 8 differ by the value of the signal corresponding to the test value of the monitored parameter, converted to the amplitude value U _m . In this case, the simultaneous receipt of single signals to both inputs of the AND gate 12 does not occur and the inhibit signal is not supplied to the second input of the logic gate BAN 10. If the sensor 1 fails, there are no signals at the inputs of the null indicators 13 and 14, and from their outputs to the corresponding inputs of the logic element And 12, single signals are received together, as a result of which the output of the logic element And 12 produces a single signal that prohibits the passage of the control signal from the output of element 9 comparisons through the logic element PROHIBIT 10 to the actuator 11.

Таким образом, даже при наличии мультипликативных помех в измерительном тракте устройства до элемента 9 сравнения, приводящих к случайному кратковременному замиранию сигнала ниже критического уровня срабатывания исполнительного элемента 11, исключаются случаи ошибочной сигнализации об отклонении технологического параметра.Thus, even if there is a multiplicative noise in the measuring path of the device up to the comparison element 9, leading to random short-term fading of the signal below the critical level of actuation of the actuating element 11, cases of erroneous signaling about the deviation of the technological parameter are excluded.

Источники информацииInformation sources

1. Новицкий П.В., Зограф И.А. Оценка погрешностей результатов измерений. - Л.: Энергоатомиздат, 1985. - 248 с.1. Novitsky P.V., Zograf I.A. Error estimation of measurement results. - L .: Energoatomizdat, 1985 .-- 248 p.

2. Андреев В.С. Теория нелинейных электрических цепей. - М.: Радио и связь, 1982. - 280 с.2. Andreev V.S. Theory of nonlinear electric circuits. - M .: Radio and communications, 1982. - 280 p.

Claims

A model of a process parameter deviation alarm system containing a sensor of a controlled parameter, a test signal generator connected to the sensor input by its output, series-connected comparison element, a logic element BAN and an executive element, as well as a first null indicator, the input of which is connected to the input of the comparison element, the second null indicator, the input of which is connected to the sensor output of the controlled parameter and the logical element AND, the first and second inputs of which are connected to the outputs respectively of null indicators, and the output of the AND element is connected to the second input of the PROHIBITION element, characterized in that in order to increase the reliability of the signaling under conditions of multiplicative noise, a nonlinear element connected to the output of the sensor of the controlled parameter, the first and second bandpass filters, are input each of which is connected to the output of a nonlinear element, the first and second amplitude detectors, the inputs of which are connected to the outputs of the corresponding bandpass filters, and a voltage divider, the first and the second inputs of which are connected to the outputs of the respective amplitude detectors, and the output of the voltage divider is connected to the input of the comparison element.