УСТРОЙСТВО ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
APPARATUS FOR PROVIDING SAFETY OF TECHNOLOGICAL PROCESSES

Предлагаемое изобретение относится к системам автоматического управления и может быть использовано при управлении техническими объектами различного назначения преимущественно с дискретным характером технологического цикла с целью обеспечения безопасности технологических процессов.
Из известных устройств того же назначения, характеризующихся совокупностью признаков, сходных с совокупностью существенных признаков предлагаемого изобретения, наиболее близким по технической сущности является Устройство для ситуационного управления (АС №1278811 G05B 19/18), которое принимается в качестве прототипа. Данное устройство осуществляет поиск класса эквивалентности текущей ситуации по характеристическим векторам классов эквивалентности ситуаций и выдает на выходе код команды управления, соответствующий найденному классу.
Недостатком прототипа являются недостаточные функциональные возможности, в частности, отсутствие возможности назначения для выбранного класса эквивалентности ситуаций сразу нескольких различных кодов команд управления. Практика показывает, что в ряде случаев одна и та же ситуация на управляемом объекте может быть разрешена (устранена) путем выбора и последующего применения одного из нескольких альтернативных кодов команд управления. Кроме того, возможны случаи, когда при последовательном применении нескольких альтернативных кодов команд управления, применение предыдущего альтернативного кода команды управления, не разрешившего текущую ситуацию, может создавать условия, необходимые для более эффективного применения последующего альтернативного кода команды управления, и так процесс продолжается до того момента, когда ситуация будет разрешена. Техническая реализация указанных функциональных возможностей устройства особенно актуальна при разрешении аварийных ситуаций на управляемом объекте. Так как управляемый объект по своей природе как правило является сложной системой, составные части которой (соответствующие подсистемы) связаны между собой определенными функциональными отношениями, аварийные ситуации, возникающие на этом объекте, также могут иметь сложный характер (например, групповой выход из строя оборудования как результат потока отказов). Применение в таких случаях для устранения аварийной ситуации одного кода команды управления может оказаться недостаточным. Техническая реализация алгоритма последовательного применения в аварийной ситуации нескольких альтернативных кодов команд управления существенно расширит функциональные возможности устройства.
Однако, так как в прототипе указанный алгоритм не реализован, отсутствуют и технические средства, обеспечивающие возможность в любое время осуществить требуемое изменение (переназначение) очередности применения альтернативных кодов команд управления, не производя при этом демонтаж схемы устройства. Это ограничивает функциональные возможности устройства и, следовательно, сужает область его практического применения. Таким образом, для расширения функциональных возможностей устройства необходима также техническая реализация способа назначения выбранной очередности применения альтернативных кодов команд управления.
Технической задачей предлагаемого изобретения является расширение функциональных возможностей устройства на основе технической реализации алгоритма последовательного применения в аварийной ситуации нескольких альтернативных кодов команд управления и способа назначения выбранной очередности применения альтернативных кодов команд управления, не требующего демонтажа схемы устройства.
Решение поставленной технической задачи достигается за счет того, что в устройство по АС №1278811 G05B 19/18, содержащее два регистра, блок элементов И, три блока памяти, схему сравнения, счетчик адресов, блок управления и генератор тактовых импульсов, дополнительно введены блок элементов ИЛИ, второй блок элементов И, n блоков формирования альтернативного кода команды управления, элемент И устройства с одним инверсным входом, счетчик, дешифратор, блок логических элементов и блок назначения приоритетов, причем группа выходов блока элементов ИЛИ соединена с группой входов второго регистра, первая группа входов блока элементов ИЛИ соединена с группой выходов второго блока элементов И, группа входов которого соединена с группой выходов второго блока памяти, в блоке элементов ИЛИ выходы всех элементов объединены в группу выходов блока, первые входы всех элементов объединены в первую группу входов блока, а вторые входы всех элементов объединены во вторую группу входов блока, во втором блоке элементов И выходы всех элементов объединены в группу выходов блока, первые входы всех элементов объединены в группу входов блока, а вторые входы всех элементов соединены между собой и с входом управления этого блока, выходы всех блоков формирования альтернативного кода команды управления, имеющие одинаковые порядковые номера, соединены между собой и подключены ко второй группе входов блока элементов ИЛИ, отдельный выход счетчика адресов соединен с входом управления второго блока элементов И, входом сброса счетчика и с инверсным входом элемента И устройства с одним инверсным входом, прямой вход которого соединен с выходом элемента И блока управления и с синхровходами первого и второго регистров, выход элемента И устройства с одним инверсным входом соединен со счетным входом счетчика, группа выходов которого соединена с группой входов дешифратора, блок логических элементов содержит (n×n) элементов И, n элементов ИЛИ, имеет n входов, n выходов и входную информационную шину, причем все элементы И данного блока разделены на n групп, по n элементов И в каждой группе, выходы всех элементов И, входящих в состав одной группы, соединены с группой входов соответствующего элемента ИЛИ, выход которого соединен с соответствующим выходом блока логических элементов, первые входы i-тых элементов И каждой группы (i∈[1;n]) соединены между собой и с i-тым входом блока логических элементов, а вторые входы всех элементов И объединены во входную информационную шину блока логических элементов, блок назначения приоритетов имеет n! входов управления, выходную информационную шину и содержит шифратор, причем каждый вход управления соединен с соответствующим входом шифратора, выходы которого объединены в выходную информационную шину, причем выходная информационная шина блока назначения приоритетов является входной информационной шиной блока логических элементов, каждый из n входов которого соединен с соответствующим выходом дешифратора, а каждый из n выходов блока логических элементов соединен с входом управления соответствующего блока формирования альтернативного кода команды управления.
Функциональная схема устройства обеспечения безопасности технологических процессов представлена на фиг.1; функциональная схема блока управления - на фиг.2; функциональная схема блока элементов ИЛИ - на фиг.3; функциональная схема второго блока элементов И - на фиг.4; функциональная схема блока логических элементов - на фиг.5; функциональная схема блока назначения приоритетов - на фиг.6.
Устройство (фиг.1) содержит: поз.1 - первый регистр, поз.2 - первый блок элементов И, поз.3 - третий блок памяти, поз.4 - схему сравнения, поз.5 - первый блок памяти, поз.6 - счетчик адресов, поз.7 - второй регистр, поз.8 - второй блок памяти, поз.9 - блок управления, поз.10 - генератор тактовых импульсов, поз.17 - блок элементов ИЛИ, поз.18 - второй блок элементов И, поз.19 - n блоков формирования альтернативного кода команды управления, поз.20 - элемент И устройства с одним инверсным входом, поз.21 - счетчик, поз.22 - дешифратор, поз.23 - блок логических элементов, поз.24 - блок назначения приоритетов.
Блок управления 9 (фиг.2) содержит: поз.11 - элемент ИЛИ и поз.12 - элемент И, а также имеет входы 13 и 14 и выходы 15 и 16.
Блок элементов ИЛИ 17 (фиг.3) содержит m элементов ИЛИ, а также имеет две группы входов и одну группу выходов.
Второй блок элементов И 18 (фиг.4) содержит m элементов И, а также имеет группу входов, группу выходов и вход управления.
Блок логических элементов 23 (фиг.5) содержит n групп элементов И 30, по n элементов И 30 в каждой группе, n элементов ИЛИ 31, имеет n входов 26, n выходов 25 и входную информационную шину 27.
Блок назначения приоритетов 24 (фиг.6) имеет n! входов управления 29, выходную информационную шину 28 и содержит шифратор 32, который имеет n! входов 33 и (n×n) выходов 34.
В устройстве-прототипе реализована схема поиска, которая определяет не двоичный код ситуации, совпадающий с двоичным кодом текущей ситуации, а целый класс эквивалентности ситуаций, которому принадлежит текущая ситуация.
<mrow><msubsup><mi>K</mi><mi>i</mi><mi>s</mi></msubsup><mo>=</mo><mrow><mo>{</mo><mrow><msub><mi>S</mi><mn>1</mn></msub><mo>,</mo><msub><mi>S</mi><mn>2</mn></msub><mo>,</mo><mo>…</mo><mo>,</mo><msub><mi>S</mi><mi>n</mi></msub></mrow><mo>}</mo></mrow></mrow>
<mrow><msubsup><mi>K</mi><mi>i</mi><mi>s</mi></msubsup></mrow>
i
i
i
Классом эквивалентности ситуаций называется некоторое множество ситуаций
, индуцирующих одинаковое решение R, (имеющих одинаковый двоичный код команды управления). Характеристическими векторами класса
называется пара векторов h и g (двоичных кодов), для которых выполняются соотношения:
j
<mrow><msubsup><mi>K</mi><mi>i</mi><mi>s</mi></msubsup></mrow>
где S - двоичный вектор j-той ситуации класса
.
i
i
j
<mrow><msubsup><mi>K</mi><mi>i</mi><mi>s</mi></msubsup></mrow>
Вектор h(g) содержит единицу в k-том разряде, если k-тый разряд всех векторов ситуаций S из данного класса эквивалентности ситуаций
содержит единицу (ноль).
t
<mrow><msubsup><mi>K</mi><mi>i</mi><mi>s</mi></msubsup></mrow>
Условие принадлежности текущей ситуации S классу
описывается следующим логическим выражением:
<mrow><msub><mi>S</mi><mi>t</mi></msub><mo>&</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>h</mi><mi>i</mi></msub><mo>∨</mo><msub><mi>g</mi><mi>i</mi></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><msub><mi>S</mi><mi>t</mi></msub><mo>&</mo><msub><mi>f</mi><mi>i</mi></msub><mo>=</mo><msub><mi>h</mi><mi>i</mi></msub><mo>.</mo><mtext>                 </mtext><mrow><mo>(</mo><mtext>2</mtext><mo>)</mo></mrow></mrow>
t
t
i
i
<mrow><msubsup><mi>K</mi><mi>i</mi><mi>s</mi></msubsup></mrow>
Данное условие может быть сформулировано следующим образом. Ситуация S принадлежит классу
в том случае, если двоичный код ситуации S имеет единицы во всех разрядах, в которых единицы имеет h, и не имеет единиц во всех тех разрядах, в которых единицы имеет g.
Для каждого класса эквивалентности ситуаций характеристические векторы вычисляются следующим образом:
<mrow><msubsup><mi>K</mi><mi>i</mi><mi>s</mi></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mi>K</mi><mi>j</mi><mi>s</mi></msubsup></mrow>
i
j
j
i
j
j
i
Если для любой пары классов
и
(i≠j) выполняется условие: h&h≠h (или g&g≠g), то класс ситуации может быть однозначно определен из условия (2) без последовательного просмотра всех ситуаций и сразу выдана команда R (код команды управления) на органы управления объектом.
Схема устройства работает следующим образом.
i
i
i
i
i
i
t
i
i
i
i
t
i
i
i
i
Двоичный вектор (код ситуации) от управляемого объекта поступает на информационные входы первого регистра 1. В момент окончания поиска предыдущей команды управления на входе 14 блока управления 9 появляется сигнал с уровнем логической единицы со схемы сравнения 4, открывающий элемент И 12 в блоке управления 9, и по заднему фронту очередного импульса от генератора 10 происходит запись кода команды управления со второго блока памяти 8 во второй регистр 7 и кода текущей ситуации в первый регистр 1. Если класс кода текущей ситуации совпадает с классом кода ситуации, записанной на предыдущем такте, то со схемы сравнения 4 по-прежнему поступает сигнал с уровнем логической единицы, и процесс повторяется, пока не изменится класс текущей ситуации. Все это время во втором регистре 7 сохраняется прежний код команды управления. При изменении кода текущей ситуации, меняющего класс ситуации, снимается логическая единица со входа 14 блока управления 9, запирается элемент И 12, прекращая запись информации в первый регистр 1 и второй регистр 7, а по заднему фронту сигнала на выходе 15 блока управления 9, формируемого элементом ИЛИ 11, увеличивается на единицу содержимое счетчика адресов 6. Далее по заднему фронту импульсов генератора 10, поступающих через элемент ИЛИ 11 на выход 15 блока управления 9, содержимое счетчика адресов продолжает увеличиваться, обеспечивая последовательную выборку информации из первого блока памяти 5, второго блока памяти 8 и третьего блока памяти 3. При этом из блоков памяти выбираются вектор h, код команды управления R и вектор f=(h∨g) соответственно. Вектор f поразрядно умножается на вектор текущей ситуации S в первом блоке элементов И 2, с выходов которого поступает на второй вход схемы сравнения 4, где происходит сравнение полученного вектора с вектором h, т.е. определение класса ситуации в соответствии с выражением (2). Счетчик адресов 6 работает циклически, обеспечивая последовательную выборку всех кодов команд управления R и всех векторов h и f. При совпадении вектора S&(h∨g) с вектором h формируется сигнал с уровнем логической единицы на выходе схемы сравнения 4, который разрешает запись кода команды управления R во второй регистр 7 и запись кода новой ситуации в первый регистр 1. После этого процесс повторяется.
Решение поставленной технической задачи реализовано следующим образом.
Альтернативные коды команд управления, назначенные для класса эквивалентности ситуаций, определенных в качестве аварийных, заблаговременно упорядочиваются по очередности их применения в соответствии с выбранными приоритетами. При этом упорядочении учитывается, что в первую очередь рационально применять такой из альтернативных кодов команд управления, который мог бы обеспечить разрешение текущей аварийной ситуации при меньших затратах, т.е. путем применения менее затратных по стоимости и (или) по времени средств по сравнению с последующим альтернативным кодом команды управления. Вместе с тем, каждый последующий код команды управления, более затратный по сравнению с предыдущим, должен быть более эффективным, т.е. способным разрешить текущую аварийную ситуацию с большей вероятностью. Кроме того, применение предыдущего альтернативного кода команды управления, не устранившего аварийную ситуацию, может создавать условия, необходимые для более эффективного применения последующего альтернативного кода команды управления. Последовательное применение альтернативных кодов команд управления производится до момента разрешения текущей аварийной ситуации с помощью одного из этих кодов.
В случае, когда последовательное применение устройством (n-1) альтернативных кодов команд управления не выводит управляемый объект из аварийной ситуации и очередь доходит до последнего n-го альтернативного кода команды управления, применение которого также не гарантирует разрешение аварийной ситуации, можно сделать вывод, что данную аварийную ситуацию устройство самостоятельно устранить не способно. В связи с этим в качестве последнего альтернативного кода команды управления (по очередности их применения) всегда назначается такой код команды управления, в результате применения которого на n-м такте работы счетчика 21 производится немедленное прекращение работы управляемого объекта, например, путем автоматического отключения электропитания объекта и органов управления объектом. При этом коды команд управления, поступившие от устройства на органы управления объектом после аварийного прекращения его работы, выполняться не будут.
Число альтернативных кодов команд управления, назначаемых для класса эквивалентности, соответствующего аварийным ситуациям, выбирается таким, чтобы, во-первых, охватить максимальное количество альтернативных способов их разрешения и, во-вторых, чтобы в процессе последовательного применения альтернативных кодов команд управления время работы устройства при заданном его быстродействии не превысило некоторого максимального допустимого значения, которое может быть выделено для разрешения аварийной ситуации и определяется особенностями технологического цикла конкретного управляемого объекта.
До возникновения аварийной ситуации на управляемом объекте на отдельном выходе счетчика адресов 6 постоянно поддерживается уровень логической единицы. В качестве этого выхода назначается один из группы выходов счетчика адресов 6. При возникновении аварийной ситуации на управляемом объекте она классифицируется устройством и с отдельного выхода счетчика адресов 6 на вход управления второго блока элементов И 18, вход сброса счетчика 21 и инверсный вход элемента И 20 устройства поступает сигнал с уровнем логического нуля. При этом все элементы И второго блока элементов И 18 закрываются, запрещая запись информации из второго блока памяти 8 во второй регистр 7, а элемент И 20 устройства открывается, разрешая поступление синхроимпульсов с выхода 16 блока управления 9 на счетный вход счетчика 21.
При поступлении первого синхроимпульса на счетный вход счетчика 21 его содержимое увеличивается на единицу, при этом уровень логической единицы устанавливается на первом выходе дешифратора 22 и после прохождения через блок логических элементов 23 поступает на вход управления соответствующего блока формирования альтернативного кода команды управления 19. При этом сформированный в данном блоке 19 альтернативный код команды управления через блок элементов ИЛИ 17 поступает на группу входов второго регистра 7 для его перезаписи. Если после перезаписи первого регистра 1 и второго регистра 7 по изменению класса ситуации устройство определит, что управляемый объект выведен из аварийной ситуации, на отдельном выходе счетчика адресов 6 установится уровень логической единицы. При этом счетчик 21 устанавливается в исходное нулевое состояние (сбрасывается в ноль), закрывается элемент И 20 устройства, снимается уровень логической единицы с первого выхода дешифратора 22. Таким образом поступление альтернативного кода команды управления с выхода соответствующего блока формирования альтернативного кода команды управления 19 прекращается, и на группу входов второго регистра 7 через второй блок элементов И 18 поступает код команды управления с выхода второго блока памяти 8.
Если разрешение аварийной ситуации после применения первого альтернативного кода команды управления не произошло, уровень логического нуля на отдельном выходе счетчика адресов 6 сохраняется, на счетный вход счетчика 21 через элемент И 20 устройства поступает второй синхроимпульс, и, аналогичным образом, осуществляется перезапись во второй регистр 7 второго альтернативного кода команды управления, то есть вторая попытка вывести управляемый объект из аварийной ситуации. Так процесс продолжается до того момента, когда аварийная ситуация на управляемом объекте будет разрешена, либо, если все альтернативные коды команд управления, кроме одного последнего, будут использованы, но не разрешат ситуацию, на n-м такте работы счетчика 21 будет использован последний альтернативный код команды управления, в результате применения которого производится немедленное прекращение работы управляемого объекта.
В предлагаемом устройстве способ назначения выбранной очередности применения альтернативных кодов команд управления реализован следующим образом.
В блоке назначения приоритетов 24 шифратор 32 имеет n! входов 33 и (n×n) выходов 34. Таким образом, в устройстве используется n! различных состояний выходов 34 шифратора 32. Для назначения очередности применения альтернативных кодов команд управления в соответствии с выбранными приоритетами сигнал с уровнем логической единицы подается и постоянно поддерживается на одном из входов управления 29 блока назначения приоритетов 24, и поступает на соответствующий вход 33 шифратора 32. При этом на n выходах 34 шифратора 32 одновременно появляется сигнал с уровнем логической единицы. С i-го выхода 34 шифратора 32 сигнал с уровнем логической единицы поступает в блок логических элементов 23 на второй вход соответствующего элемента И 30 и открывает его, осуществляя таким образом логическое подключение одного из выходов дешифратора 22 к входу управления соответствующего блока формирования альтернативных кодов команд управления 19. Элементы ИЛИ 31 блока логических элементов 23 предназначены для логического объединения выходов элементов И 30 в каждой группе элементов И 30. Сигнал с уровнем логической единицы с i-го выхода 34 шифратора 32 открывает одновременно только один элемент И 30 в каждой группе элементов И 30 блока логических элементов И 23, причем у одновременно открытых элементов И 30 из разных групп элементов И 30 порядковые номера не совпадают, что и обеспечивает назначение для каждого альтернативного кода команды управления своего порядкового номера по очередности применения (то есть своего приоритета).
С целью исключения возможности случайного сбоя в работе устройства сигнал с уровнем логической единицы на выбранном входе управления 29 блока назначения приоритетов 24 должен быть установлен заранее, то есть непосредственно перед началом работы устройства. Для изменения (переназначения) очередности применения альтернативных кодов команд управления сигнал с уровнем логической единицы должен быть подан на любой другой выбранный вход управления 29 также только в тот период времени, когда устройство с целью указанного переназначения находится в выключенном состоянии.
Таким образом, в предлагаемом устройстве в результате решения поставленной технической задачи реализованы алгоритм последовательного применения в аварийной ситуации нескольких альтернативных кодов команд управления и способ назначения выбранной очередности применения альтернативных кодов команд управления, не требующий демонтажа схемы устройства, что существенно расширяет функциональные возможности устройства.
i
i
Классификация всех ситуаций, возможных для конкретного управляемого объекта, в том числе и аварийных, в предлагаемом устройстве производится точно таким же образом, как это осуществляется в устройстве, послужившем в качестве прототипа, то есть непосредственно в процессе функционирования устройства. Особенностью предлагаемого устройства является то, что все возможные аварийные ситуации выделены в отдельный класс эквивалентности ситуаций, для которого в соответствии с выражением (3) вычислены характеристические векторы h и g, и определены n альтернативных кодов команд управления. Таким образом, принадлежность текущей аварийной ситуации к классу аварийных ситуаций в предлагаемом устройстве определяется однозначно.
После разрешения аварийной ситуации и записи в первый регистр 1 кода текущей ситуации, не являющейся аварийной, на выходе схемы сравнения 4 устанавливается уровень логического нуля, что свидетельствует об изменении класса ситуации (то есть о разрешении аварийной ситуации), и по заднему фронту тактовых импульсов с выхода 15 блока управления 9 содержимое счетчика адресов 6 будет наращиваться до того момента, когда будет определен класс текущей ситуации и соответствующий этому классу код команды управления.
i
i
i
i
Вычисление векторов h и f=(h∨g) класса аварийных ситуаций и последующая настройка устройства на среду реального управляемого объекта путем записи данных векторов (двоичных кодов) в соответствующие блоки памяти трудностей не представляют. Указанные назначения осуществляются при настройке устройства, то есть до начала его работы, точно так же, как это предусмотрено в устройстве-прототипе.
Назначение используемого в устройстве множества альтернативных кодов команд управления для класса аварийных ситуаций практически осуществляется в результате установки (монтажа) в устройство требуемого количества n блоков формирования альтернативного кода команды управления 19. Каждый из этих блоков при поступлении на его вход управления уровня логической единицы выдает на группе выходов соответствующий альтернативный код команды управления.
В качестве счетчика адресов 6 в предлагаемом устройстве может использоваться такой же двоичный счетчик, что и в устройстве-прототипе. Разница заключается в том, что один из выходов этого счетчика, названный в предлагаемом устройстве «отдельным выходом», не используется для осуществления управления первым, вторым и третьим блоками памяти. Отдельный выход счетчика адресов 6 предназначен для другой цели, а именно - уровень логической единицы на указанном выходе является признаком отсутствия аварийной ситуации на управляемом объекте, а уровень логического нуля свидетельствует о наличии аварийной ситуации. Изменение логического уровня на отдельном выходе счетчика адресов 6 означает соответствующее изменение состояния управляемого объекта, то есть либо возникновение аварийной ситуации, либо ее разрешение (устранение). Таким образом, до возникновения аварийной ситуации на управляемом объекте на отдельном выходе счетчика адресов 6 поддерживается уровень логической единицы, а при возникновении аварийной ситуации с отдельного выхода счетчика адресов 6 поступает сигнал с уровнем логического нуля. Следовательно, необходимым условием для обеспечения требуемого алгоритма функционирования устройства является возможность получения и поддержания на отдельном выходе счетчика адресов 6 уровней логической единицы и логического нуля в соответствующих ситуациях, а также возможность изменения логического уровня на данном выходе при возникновении и после устранения аварийной ситуации. Для выполнения данного условия в качестве отдельного выхода счетчика адресов 6 назначается один из его выходов, соответствующий старшему разряду.
4
Техническая реализация счетчика адресов 6 трудностей не представляет. Данный двоичный счетчик может быть реализован различным образом в зависимости от имеющейся в наличии элементной базы (различные синхронные триггеры, имеющие прямой и инверсный выходы). В качестве примера технической реализации счетчика адресов 6 рассмотрим n-разрядный двоичный счетчик, имеющий соответственно n триггеров. Модуль счета счетчика (число возможных состояний счетчика) определяется следующим образом: М=Т. Пусть n=4. Тогда М=2=16. Так как счетчик адресов 6 работает циклически, на следующем такте после переполнения он сбрасывается в ноль, обеспечивая непрерывность функционирования устройства. Состояние триггеров (разрядов) счетчика при его переполнении образует кодовую комбинацию: 1111, а в результате сброса после переполнения: 0000. В качестве отдельного выхода счетчика назначим выход, соответствующий старшему разряду. Такой выбор объясняется следующим. Обратим внимание на два возможных состояния счетчика: 0111 и 1000. В интервале состояний счетчика от 0000 до 0111 в старшем разряде (он подчеркнут) всегда имеется логический ноль (то есть на отдельном выходе счетчика будет поддерживаться уровень логического нуля), а в интервале состояний счетчика от 1000 до 1111 - логическая единица (то есть на отдельном выходе счетчика будет поддерживаться уровень логической единицы).
Указанные состояния выходов (разрядов) счетчика одновременно являются состояниями соответствующих триггеров, из которых построен счетчик, в случае, когда используются прямые выходы триггеров. При использовании инверсных выходов триггеров в каждом разряде счетчика логический уровень имеет противоположное значение и счетчик работает не как суммирующий, а как вычитающий. Следовательно, используя в качестве выходов счетчика инверсные выходы его триггеров, в качестве адресов для первого, второго и третьего блоков памяти для классов эквивалентности ситуаций на управляемом объекте при его нормальном функционировании можно назначить состояния триггеров счетчика из интервала от 0000 до 0111. Соответственно для класса эквивалентности аварийных ситуаций из интервала от 1000 до 1111 можно выбрать и назначить любое состояние триггеров счетчика, при котором на отдельном выходе счетчика (на инверсном выходе триггера, соответствующего старшему разряду) будет поддерживаться уровень логического нуля.
С целью повышения быстродействия устройства количество возможных состояний счетчика для класса эквивалентности аварийных ситуаций целесообразно уменьшить, исключив максимальное число избыточных состояний из интервала от 1000 до 1111. При этом модуль счета рассматриваемого двоичного счетчика будет уменьшен на число Z исключенных избыточных состояний:
<mrow><mi>Z</mi><mo>=</mo><mi>M</mi><mo>−</mo><msub><mi>К</mi><mrow><mi>с</mi><mi>ч</mi></mrow></msub><mo>=</mo><msup><mn>2</mn><mi>n</mi></msup><mo>−</mo><msub><mi>К</mi><mrow><mi>с</mi><mi>ч</mi></mrow></msub><mo>,</mo><mtext>               </mtext><mrow><mo>(</mo><mtext>4</mtext><mo>)</mo></mrow></mrow>
n
где М=2 - модуль счета двоичного счетчика;
сч
К - требуемый модуль счета счетчика.
сч
n
Известны различные способы реализации двоичных счетчиков с модулем счета К<2. Для реализации счетчика адресов 6 предлагается использовать способ принудительного насчета (Забродин Ю.С. Промышленная электроника: Учебник для вузов. Второе издание, стереотипное. - М.: ООО ИД «Альянс», 2008. - 496 с., Букреев И.Н., Горячев В.И., Мансуров Б.М. Микроэлектронные схемы цифровых устройств. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Техносфера, 2009. - 712 с.). При использовании способа принудительного насчета исключение избыточных состояний двоичного счетчика достигается путем принудительной установки отдельных его разрядов в состояние «1» (уровень логической единицы) в процессе счета. Принудительный насчет осуществляется за счет реализации обратных связей со старшего разряда (старших разрядов) на отдельные младшие разряды счетчика (с прямых выходов на S входы соответствующих триггеров счетчика). В результате, указанные младшие разряды счетчика устанавливаются в состояние «1» вне очереди.
Таким образом, с помощью заявленной совокупности существенных признаков изобретения достигается необходимый технический результат, то есть полностью обеспечивается требуемый алгоритм функционирования предлагаемого устройства.
В качестве счетчика 21 и дешифратора 22 могут быть использованы различные цифровые интегральные микросхемы. Используемая в предлагаемом устройстве схема совместной работы счетчика 21 и дешифратора 22 является апробированной и часто применяется, например, в электронных часах, электронных реле времени, электронных звуковых автоматах и других устройствах.
Блоки формирования альтернативного кода команды управления 19, а также шифратор 31 представляют собой комбинационные логические схемы (автоматы с нулевой памятью). Их конструкция определяется особенностями конкретного управляемого объекта и разрабатывается в каждом случае индивидуально. Оптимизацию (минимизацию) принципиальных схем блоков формирования альтернативного кода команды управления 19 в процессе разработки целесообразно производить с использованием карт Карно. Если микросхемы, выбранные для реализации блоков формирования альтернативного кода команды управления 19, не допускают возможность непосредственного соединения выходов их логических элементов (так называемое «монтажное ИЛИ»), необходимо защитить выходы логических элементов (являющиеся одновременно выходами блоков формирования альтернативного кода команды управления 19) соответствующим включением полупроводниковых диодов.
Принципы построения и способы реализации всех остальных элементов предлагаемого устройства общеизвестны и представлены в соответствующей литературе, например: Лачин В.И., Савелов Н.С. Электроника. Учебное пособие. - 6-е изд., перераб. и доп. - Ростов н/Д: Феникс, 2007. - 703 с.- (Высшее образование), Марченко А.Л. Основы электроники. Учебное пособие для вузов. - М.: ДМК Пресс, 2008. - 296 с., Лаврентьев Б.Ф. Схемотехника электронных средств. Учебное пособие для высших учебных заведений. - М.: Издательский центр «Академия», 2010. - 336 с. Таким образом, техническая реализация предлагаемого устройства в целом трудностей не представляет.
Предлагаемое устройство может быть использовано при управлении техническими объектами различного назначения преимущественно с дискретным характером технологического цикла с целью обеспечения безопасности технологических процессов.