SU991464A1 - Устройство дл вы влени и классификации аварийных ситуаций - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к автоматике и вычислительной технике, а именно к системам оценки текущего состо ни , вы влени  и сигнализации возникновени  аномальных и аварийных ситуаций в сложных технических системах, например, технологических процессов обогащени  руд, и может быть использовано дл  вы влени , сигнализации и прогнозировани  аварийных ситуаций и аварий в объектах Обогатительной технологии, химической и теплоэнергетической и других отрасл х промышленности, где возникновение аварийных ситуаций и развитие, их в аварии сопровождаетс  значительными потер ми производства .

Известно устройство дл  вы влени  аварийных ситуаций, содержащее блок контрол , выход которого соединен- с входом экстрапол тора, регистратор , блок пам тиj блок выделени  аварийного параметра, блок распознавани  аварийного состо ни , коммутатор и блок управлени , при чем к выходам экстрапол тора подсоединены информационные входы блока пам ти, выходы которого соединены с соответствующими входами

коммутатора, выходы которого -подсоединены через блок распознавани  аварийного состо ни  к пераому входу регистратора и входам блока выделени  аварийного параметра, первый выход которого подсоединен к регистраторуj а второй выход - к первому управл ющему входу блока пам ти, второй управл ющий вход ко10 торого соединен с первым выходом блока управлени , второй выход котО рого подключен к управл ющему входу коммутатора 1.

Недостатками устройства  вл ют15 с  низкое быстродействие и надежность вы влени  аварийных ситуаций, обусловленные его схемной регшиза- хщей и неучетом динамики изменени  контролируемых параметров, отсут20 ствие возможности прогнозировани  момента наступлени  аварийной ситуации , а вследствие этого ограниченна  область применени  и невозможность эффективного использовани 

25 дл  р да специфических производств, например в обогатительной, химической , металлургической отрасл х про-; млшленности.

Наиболее близким техническим ре шением к изобретению  вл етс  устройство дл  вы влени  аварийных ситуаций , содержащее датчик контролируемрго параметра, три блока пам ти, блок синхронизации, два блока сравнени , два ключевьи элемента, блок измерени  скорости измерени  параметра и блок прогнозировани .

Сигнал от датчика контролируемого параметра поступает на арифметический блок и на блок измерени  скорости изменени  параметра, а с них на два блока сравнени , в которых происходит сравнение измеренных величин с заданными значени ми, поступакадими от первого и второго блоков пам ти. В случае значимых отличий заданных и измеренных сигналы с первых выходов блока сравнени  поступают «а первый и второй ключевые элементы которые соответственно подключают к блоку прогнозировани  второй и третий блоки пам ти , к другим входам блока прогнозировани  подключены выходы арифметического блока и блока измерени , скорости изменени  параметра.. В результате работы данного устройства к оператору и в схему индикации непрерывно поступают сигналы обоб- щенной характеристики качества функционировани  контролируемого объекта в текущий и упреждаиощий моменты , времени, Пор док включени  в работу всех блоков устройства определ ет блок синхронизации по сигналам от системы управлени  или от оператора С 2 ..

Однако данное устройство не может быть использовано дл  вы влени  и осуществлени  дифференциальной диагностики аварийных ситуаций в сложных технических системах, характеризующихс  множеством контролируемых параметров со сложными . причинноследственными св з ми, большими транспортными запаздывани ми, наличием неконтролируемых возмущений .

Целью изобретени   вл етс  расширение области применени  устройства , т.е. обеспечение возможностей распознавани  ситуаций, в том числе и аварийных, и повышение качества , и надежности диагностики аварийных ситуаций, аварий и отказов в сложных технических системах.

Поставленна  цель достигаетс  ем, что в устройство дл  вы влени 

классификации аварийных ситуаций,

сх держащее блок синхронизации, соеиненный с датчиком и первым, вторлм и третьим блоками пам ти, выход первого блока пам ти соединен с одним входом первого блока сравнени ,

первый выход которого соединен с одним входом первого ключевого элеента , к второму входу которого подоединен выход второго блока пам ти , выход датчика соединен с входами блока дифференцировани  величины параметра и первого арифметического блока, выход которого соединён с другим входом второго блока сравнени  и первым входом блока формировани  сигналов предупреждени , второй выход первого блока сравнени  и выход третьего блока пам ти соедШнены соответственно с первым и втрым входами второго ключевого элемента , введены второй арифметический блок, третий, четвертый и п тый блоки сравнени , третий ключевой . элемент, первый и второй инверторы, первый, второй и третий элементы И, блок определени  модул  скорости изменени  параметра, блок определени  знака скорости изменени  параметра, вычислительный блок, элемент ИЛИ и блок сигнализации, выходы первого второго и третьего блоков пам ти соединены с соответствующими входам вычислительного блока, выходы которого соединены с первыми входами третьего и четвертого блоков сравнени , выход блока дифференцировани  величины параметра соединен через арифметический блок с вторым входом блока формировани  сигналов предупреждени , входом блока определени  знака скорости изменени  параметра и входом блока определени  модул  скорости изменени  параметра , выход которого соединен с вторыми входами третьего и четвертого блоков сравнени , первый выход первого блока сравнени  соединен с первыми входами первого элемента И и блока сигнализации, а второй выход - с первым входом второго элемента И и вторым входом блока сигнализации , первый выход блока определени  знака скорости изменени  параметра соединен с вторым входом первого элемента И, а второй выход с вторым входом второго элемента И, выход третьего блока сравнени  соединен с. третьими входами первого и второго элементов И, выходы которых соединены с первым и вторым вхо дами элемента ИЛИ, выход четвертого блока сравнени  соединен с третьим входом элемента ИЛИ, выход которого соединен с третьим входом блока сигнализации, выход первого арифметического блока соединен с первым входом п того блока сравнени , выходы первого и второго ключевых элементов соединены с первыми и вторыми входами третьего ключевого элемента и вторыми входами второго и п того блоков сравнени  соответственно , выходы которых соединены с четвертыми и п тыми входами элемента ИЛИ и блока сигнализации, а через первый и второй инверторы с церйым и вторым входами третьего

элемента И, выход которого соединен с третьим входом третьего ключевого элемента, выход которого соединен с третьим входом блока формировани  сигналов предупреждени , выход блока синхронизации соединен с шестым входом блока сигнализации.

На фиг. 1 приведена структурна  Ьхема устройства дл  вы влени  и . классификации аварийных ситуаций; на фиг. 2 - структурна  схема вычислительного блока; на фиг. 3 - структурна  схема блока формировани  сигналов предупреждени .

Устройство дл  вы влени  и классификации аварийных ситуаций содержит датчик контролируемогс)па.раметра 1, блок дифференцированй  вёличи ны параметра 2, арифметические блоки 3 и 4, блоки сравнени  5-9, бло ки пам ти 10-12, вычислительный блок 13, блок синхронизации 14, ключевые элементы 15-17, инверторы 18 и 19, элементы И 20-22, блок формировани  сигналов предупреждени  23, блок определени  модул  скорости 24, блок определени  знака скорости 25, элемент ИЛИ 26, блок сигнализации 27.

В блок пам ти 10 по входу 28 ввоДИ .ТСЯ от систе1 ы управлени  заданное значение контролируемого параметра ХЗОА .

В блок пам ти 11 по входу 29 вводитс  максимально-допустимое значение контролируемого параметра

у МОКС

, АОП

в блок пам ти 12 по входу- 30 вводитс  минимально допустимое значение контролируемого параметра Сдо

Величины, вводимые по входам 2830 , не  вл ютс  посто нными, а завис т от технического и технологического состо ни  сложного диагностируемого объекта, каким  вл етс , например, замкнутый цикл измельчени  классификации руды на обогатительных фабриках, дл  которого, нагпример , заданное значение заполнени  мельницы исходной рудой и песками классификатора и дoпycти Лыe значени (максимальное и минимальное ) заполнени  и скорости его изменени  завис т от прин тых условий иэмельчени  и классификации, от типа перерабатываемой руды и состо ни  футеровочной брони мельницы и ее шаровой загрузки.

Арифметические блоки 3 и 4 служат дл  фильтрации помех и определени  текущего взвешенного среднего значени  сигнала от датчика контролируемого параметра и сигнала его производной.

Блок 23 служит дл  прогнозировани  момента значительного превышени  или уменьшени  значени  контролируемого параметра над заданным значением параметра и определ ет, через сколько времени возникает ава рийна  ситуаци  (превышение значени  контролируемого параметра над верхним или нижним допустимым значе нием). По входу 31 на блок 23 поступает сигнал коррекции прогноза от оператора или системы управлени .

Блок 23 формировани  сигналов предупреждени , показанный на фиг. 2, содержит блок вычитани  32, блок определени  модул  сигнгша 33 и блок делени  34.

Один из вариантов вычислительного блока 13 показан на фиг. 3 и содержит блок вычитани  35, блоки делени  36 и 37 и два задатчика опорных сигналов 38- и 39.

Если обозначить значение контролируемого параметра в момент времени t через Х, а в момен-т времени tg через Х2, то счита , что в интервале контрол  -dt tg - ti скорость изменени  параметра X остаетс  посто нной, можно записать

Х-г X 1 + XVja4- (ч)

Аварийной ситуацией будем называть отклонение контролируемого

параметра X от его допустимого значени . Признаками аварийной ситуации в системе автоматической стаби- лизации  вл ютс  превышение X над

ХТР ьгтты v V

Т® в этом случае решение однозначно аварийна  ситуаци  есть. В случае же, когда X вышел за пределы нормы, т.е. X Хзад Зад такОЙ

днозначности уже нет. Это вызвано тем, что в соответствии с выражени- м (.1 ) в зависимости от динамических свойств объекта регулировани  значение контролируемого параметра

в момент времени 12 может зан ть различное положение. Из анализа траекторий переходов видно, что в случае когда скорость изменени  параметра X по модулю /X/ значительно превышает максимально допустимую скорость изменени  при регулировании , т.е. /X/ Хд независимо

от знака этой скорости и знака разности Хддд ЛХ, в системе возникла аварийна  ситуаци , а следо . макс вательно признак |Х I оп также

 вл етс  признаком аварийной ситуации независимо от величины и знака л X.

макс В случа х, когда Х X j или

X3Qд , решение о наличии аварийной ситуации необходимо принимать из -анализа как действительной величины скорости измерени  параметра X, так и ее знака.

Данна  логика определени  наличи  аварийной ситуации заложена в .структуру и работу устройства.

Вход 40 устройства соединен с входом блока синхронизации 14. Выход элемента ИЛИ 26 соединен с выходом 41 устройства.

Устройство работает следующим образом.

Сигнал, соответствующий величине контролируемого параметра, поступае от датчика 1 на входы арифметического блока 3 и вход блока 2 и далее на вход арифметического блока 4. В блоках 3 производитс  фильтраци  помех и усреднение сигнала, а с выхода блока 3 нормированное значение сигнала поступает в блок сравнени  куда от блока пам ти 10 поступает величина заданного значени  параметра . I

Блок сравнени  5 двухканальный. Каждый канал состоит из схемы вычит ни  и порогового элемента, причем на выходах пороговых элементов по вл етс  сигнал тогда, когда разность сигналов, определ емых в схемах вычитани , больше нул . На первом выходе блока 5 сигнал по вл етс , если Х .Xjc(A втором выходе - если Хз,.

. Сигналы с первого и второго выходов блока 5 открывают ключевые элементы 15 и 16, соответственно, которые пропускают на блоки сравнени  б и 7 сигналы максимально допустимого значени  параметра

АОП

ОТ блока пам ти 11 и минимально допустимое значение параметра

от блока пам ти 12.

В блоке сравнени  6 происходит вычисление значени  разности Х Хдд| . Если данна  величина больше

макс нул , т.е. X., доп f на выходе

блока 6 по вл етс  величина логической 1.

В блоке сравнени  7 происходит вычисление разности Х - Х. Если величина данной разности больше нул , т.е. Хд Х, то на выходе

блока 7 формируетс  величина логической 1.

Сигналы логической 1 с выходов блоков 6 и 7 поступают на элемент ИЛИ 26 и В блок сигнализации 27, . где осуществл етс  индикаци  наличи аварийной ситуации и ее признака.

Сигналы с блоков сравнени  6 и 7 через инверторы 18 и 19 поступают на логический элемент И 20.

ЕСЛИ Х-„-„ х , то на

выходах блоков 6 и 7 формируютс  сигналы логического О, а соответственно на выходах инверторов 18 и 19 и элемента И 20 - логической 1. Сигнал логической 1 с выхода блока 20 включает ключевой элемент 17, разреша  прохождение на блок 23 сигналов от блоков пам ти 11 и 12 через соответствующие ключевые элементы 15 и 16.

На блок 23 также поступают сигналы от арифметических блоков 3 и 4.

В блоке 23 осуществл етс  прогноз времени наступлени  аварийной ситуации по выражению

(ДОП

i - (21

1

где сЛ t .j - t - врем  до наступлени  аварийной ситуации ,

t - врем  контрол j tj - врем  наступлени 

аварийной ситуации АОП допусковое значение контролируемог параметра (максимальное допустимые значени );

Х - текущее значение . контролируемого параметра в момент времени t-,; Х - текущее значение

скорости изменени  параметра в момент . времени

/ / - знак модул  разности сигналов.

Влок 23 состоит из простейших элементов, выполн ющих операции вычитани , делени  и определени  модул  по выражению (2 ).

Одновременно с этим сигналы с блоков пам ти 10-12 поступают в вычислительный блок 13, где осуществл етс  вычисление значени  максимално допустимой скорости изменени  параметра Хд и допустимой скорости изменени  параметра по выражени м

Умакс мин макс Хдоп

Аоп j ;

макс мин

Д° ДО - 1 у /.,

MCIKC

-л ЛЛГЧll /

2-at АОП

где 4t - интервал контрол .

Максимально допустима  скорость

макс

изменени  параметра X д, - это скорость , при которой значение величины контролируемого параметра X,- измен етс  от Хд до Х за период контрол  4t, а допустима  скорость изменени  параметра Это скорость, при которой значение Х может изменитс  до Хдоп

V

ХАОП от Хздд. ...

Если величины Ли й не равны,

(S)

л - Хэслд (

АОП

Л- Y - V .

U) , ЛАОП р

то Х

лоп определ етс  как отношение минимальной из величин и или й к ми ник .величине периода контрол  t

л . min(d, Д-) Аоп-Jt V

Техническа  реализаци  блока 13 также проста и его блок-схема содержит блоки вычитани  и делени , реалиэук цие выражени  (3) и (4) , или (3)-(7).

Вычисленные значени  ЗСдоп

поступают с выходов блока 13 на входы блоков сравнени  8 и 9, где происходит сравнение данных величин с модулем скорости изменени  параметра -Х.

Если Х , то с выхода блока сравнени  8 сигнсШ поступает на лемент ИЛИ 26 от сигнализации наличи  аварийной ситуации в блоке сигнализации 27.

Одновременно с этим в блоке 25 определ етс  знак величины скорости изменени  параметра.

Если I л I 7 Jt/von X Хзад и X 0, то на вход элемента И 26 поступают сигнсшы логической 1 из блока 9- второго выхода блока 5 и второго выхода блока 25, ас выхода элемента И 22 поступает сигнал наличи  аварийной ситугщии на блоки 26 и 27.

Также если X , |Х ) Хд i 0, то сигналы логических 1 поступают на элемент И 21 с первого выхода блока 5, выхода блока 9 и . первого выхода блока 25 и с него логическа  1 поступает на блоки 26 и 27.

Следовательно, признаками аварийной ситуации будут

X Хдоп - ситуаци  S,-,

X - ситуаци 

- ситуаци 

,д, , ГХ/.доп- ситуаци  S4,.

X X злд , X О, / X ; Хдог, - ситуаи   SsВ случае наличи  одной из ситуаций Sf из множества S, S , Sj устройство сигнализирует о наличии аварийной ситугщии. В блоке 27 отображаютс  тгисже факт выхода за пределы допуска и за пределы заданных значений величины контролируемого параметра.

Управление работой блоков устройства осуществл етс  от блока . o синхронизации 14 по входу 40.

По выходу 41 кодовые комбингщии О и 1 поступают в классификатор системы управлени  сложным объектом диагностики, где производитс  оцен5 ка текущей ситуации по множеству контролируемых параметров и их признаков с помощью алгоритмов логического распознавани  образов.

Така  структура построени  уотройства обеспечивает раооирение

.функциональных возможностей и инфор мативности, повышение надежности и качества вы влени  аварийных ситуа ций, устранение ложных срабаплваний 5 устройства за счет учета динамических признаков контролируемых лара , метров.

Применение предложенного устройства на обогатительной фабрике РУ Q им. Дзержинского позволит увеличить врем  безаварийной работы оборудо- вани  на 5-10%, увеличить производительность на 0,5%, снизить потери полезного компонента в хвостах магнитной сепарации на 0,2%, повысить выход железа в концентрат на 0,22%.

Экономический эффект от совместного применени  предложенного устройства с системой диагностики состо ни  технологического оборудовани  составит 57 тыс. руб. в год.

Claims (2)

1. Авторское свидетельство СССР 734726, кл. G 06 F 15/46, 1977.

.

2. Авторское свидетельство СССР 773663, кл. G 08 В 21/00, 1979 прототип .