УСТРОЙСТВО ОПЕРАТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ

Предлагаемая полезная модель относится к системам автоматического управления и может быть использована при управлении сложными техническими системами различного назначения преимущественно с дискретным характером технологического цикла.
Из известных устройств того же назначения, характеризующихся совокупностью признаков, сходных с совокупностью существенных признаков предлагаемой полезной модели, наиболее близким по технической сущности является УСТРОЙСТВО ДЛЯ СИТУАЦИОННОГО УПРАВЛЕНИЯ (авторское свидетельство СССР №1278811 G05В 19/18), которое принимается за прототип. Данное устройство осуществляет поиск класса эквивалентности текущей ситуации по характеристическим векторам классов эквивалентности, последовательно извлекаемым из блока памяти, и выдает на выходе код команды управления, соответствующий найденному классу. Недостатком этого устройства является назначение для класса эквивалентности ситуаций единственного кода команды управления. Между тем, практика показывает, что, в ряде случаев, одна и та же ситуация на управляемом объекте может быть разрешена путем применения одного из нескольких различных альтернативных кодов команды управления. Кроме того, при последовательном применении необходимого числа таких альтернативных кодов команды управления, применение предыдущего альтернативного кода команды управления, если он оказался неспособен разрешить текущую ситуацию, может создавать необходимые условия для эффективного применения последующего альтернативного кода команды управления и так до того момента, когда ситуация будет разрешена. Все это особенно актуально
при разрешении аварийных ситуаций (отказов) на управляемом объекте. Так как управляемый объект по своей природе является, в общем случае, сложной системой, отдельные элементы которой связаны между собой и взаимозависимы, аварийные ситуации, возникающие на этом объекте, как правило, также будут иметь сложный характер (например, групповой выход из строя оборудования). Применение в таких ситуациях лишь одного кода команды управления в большинстве случаев может оказаться недостаточно результативным. Кроме того, недостатком указанного выше устройства является отсутствие технических возможностей для такого переназначения очередности применения альтернативных кодов команды управления, при котором не требовалось бы производить демонтаж устройства. Это снижает функциональные возможности устройства и, следовательно, существенно сужает область его практического применения.
Технической задачей предлагаемой полезной модели является расширение функциональных возможностей устройства, а также реализация механизма переназначения очередности применения альтернативных кодов команды управления, который не требует демонтажа устройства.
Решение поставленной технической задачи достигается за счет того, что в устройство по авторскому свидетельству СССР №1278811 G05В 19/18, содержащее два регистра, блок элементов И, три блока памяти, схему сравнения, счетчик адреса, блок управления и генератор тактовых импульсов, дополнительно введены элемент И устройства с одним инверсным входом, блок элементов ИЛИ, второй блок элементов И, n блоков формирования альтернативных кодов команды управления, счетчик, дешифратор устройства, третий блок элементов И, логический 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 альтернативных кодов команды управления, имеющие одинаковые порядковые номера, соединены между собой и подключены ко второй группе входов блока элементов ИЛИ, отдельный выход счетчика адреса 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 устройства, n+1 выход которого является выходом аварийной сигнализации устройства, третий блок элементов И содержит (nхn) элементов И, имеет n входов, n выходов и входную информационную шину, причем все элементы И объединены в n групп, по n элементов в каждой группе, выходы всех n элементов, входящих в состав одной группы, соединены между собой и с соответствующим выходом третьего блока элементов И, вторые входы всех элементов И объединены во входную информационную шину третьего блока элементов И, первые входы i-тых элементов И каждой группы (i∈[1;n]) соединены между собой и с i-тым входом третьего блока элементов И, логический блок назначения приоритетов имеет n! входов управления, выходную информационную шину и содержит дешифратор, причем
каждый вход управления соединен с соответствующим входом дешифратора, выходы которого объединены в выходную информационную шину, причем выходная информационная шина логического блока назначения приоритетов является входной информационной шиной для третьего блока элементов И, каждый из n входов третьего блока элементов И соединен с соответствующим выходом дешифратора устройства, а каждый из n выходов этого блока соединен со входом управления соответствующего блока формирования альтернативных кодов команды управления.
Функциональная схема устройства оперативного управления 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 третьего блока элементов И - на фиг.5; функциональная схема логического 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 - схема сравнения, поз.5 - первый блок памяти, поз.6 - счетчик адреса, 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 альтернативных кодов команды управления, поз.20 - элемент И устройства с одним инверсным входом, поз.21 - счетчик, поз.22 - дешифратор устройства, поз.23 - третий блок элементов И, поз.24 - логический 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.
Третий блок элементов И 23 (фиг.5) содержит n групп элементов И 30, по n элементов в каждой группе, имеет n входов 26, n выходов 25, входную информационную шину 27.
Логический блок назначения приоритетов 24 (фиг.6) имеет n! входов управления 29, выходную информационную шину 28 и содержит дешифратор 31, который имеет n! входов 33 и (n×n) выходов 32.
В устройстве-прототипе реализована такая схема поиска, которая осуществляет поиск не кода ситуации, совпадающего с текущей, а целого класса эквивалентности, которому принадлежит текущая ситуация.
i
i
i
Классом эквивалентности ситуаций называется некоторое множество ситуаций , индуцирующих одинаковое решение R, (имеющих одинаковый код команды управления). Характеристическими векторами класса  называется пара векторов h и g, таких, что выполняются соотношения:
j
где S - двоичный вектор j-й ситуации класса .
i
i
j
Вектор h(g) содержит единицу в k-ом разряде, если k-й разряд всех векторов ситуаций S из данного класса  содержит единицу (нуль). Тогда условие принадлежности текущей ситуации классу описывается следующим логическим выражением:
t
t
i
i
Данное условие может быть сформулировано следующим образом. Ситуация S принадлежит классу  в том случае, если 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. Если для
i
j
j
i
j
j
любой пары классов  и  (i≠j) выполняется 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 на органы управления.
Схема устройства работает следующим образом.
i
i
i
i
i
i
Двоичный вектор (код ситуации) от объекта управления 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, наращивается на единицу содержимое счетчика адреса 6. Далее по заднему фронту импульсов генератора 10, поступающих через элемент ИЛИ 11 на выход 15 блока управления 9, содержимое счетчика адреса продолжает наращиваться, 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 R и вектор f=(h∨g) соответственно. Вектор f поразрядно умножается на вектор
t
i
i
i
i
i
i
i
i
i
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 адреса 6 работает циклически, обеспечивая последовательную выборку всех кодов команд 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 R во второй регистр 7 и запись кода новой ситуации в первый регистр 1. После этого процесс повторяется.
Реализовано решение поставленной технической задачи следующим образом. Альтернативные коды команды управления, назначенные для класса эквивалентности ситуаций, выделенных в качестве аварийных, заблаговременно упорядочиваются в последовательности их применения в соответствие с выбранными приоритетами. При этом упорядочении учитывается, что в первую очередь рационально применять такой из альтернативных кодов команды управления, который мог бы обеспечить разрешение текущей аварийной ситуации при меньших затратах, т.е. путем применения более экономичных по стоимости и (или) по времени средств, по сравнению с последующим альтернативным кодом команды управления. В то же время 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. Последовательное применение альтернативных кодов команды управления обеспечивает разрешение текущей аварийной ситуации с помощью какой-либо одной из альтернатив или подачу аварийного сигнала о том, что устройство не способно самостоятельно разрешить аварийную ситуацию, в случае, когда последовательное применение всех n назначенных альтернатив не привело к положительному результату. Число альтернативных кодов
команды 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 перебора альтернативных кодов команды 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 каждого конкретного управляемого объекта.
До возникновения аварийной ситуации на управляемом объекте на отдельном выходе счетчика адреса 6 постоянно поддерживается уровень логической единицы. В качестве этого выхода назначается один из группы выходов счетчика адреса 6. При возникновении аварийной ситуации на управляемом объекте она идентифицируется (классифицируется) устройством и с отдельного выхода счетчика адреса 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 второй блок элементов И 18 блокируется, 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 устройства 22 и после прохождения через третий блок элементов И 23 поступает на вход управления соответствующего блока формирования альтернативных кодов 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. После перезаписи
первого регистра 1 и второго регистра 7 объект управления может быть выведен из аварийной ситуации, что будет идентифицировано устройством и на отдельном выходе счетчика адреса 6 установится уровень логической единицы. При этом счетчик 21 устанавливается в исходное состояние (сбрасывается в ноль), закрывается элемент И 20 устройства, снимается уровень логической единицы с первого выхода дешифратора устройства 22, прекращая таким образом подачу альтернативного кода команды управления с выхода соответствующего блока формирования альтернативных кодов команды управления 19, 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 адреса 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, т.е. вторая попытка вывести объект управления из аварийной ситуации. Так продолжается до тех пор, пока аварийная ситуация на объекте управления не будет разрешена, либо, если все n альтернативных кодов команды управления будут использованы, но не разрешат ситуацию, на n+1 такте работы счетчика 21 сигнал с уровнем логической единицы с n+1 выхода дешифратора устройства 22 поступит на органы аварийной сигнализации (индикации) и обеспечит подачу сигнала о том, что устройство не способно самостоятельно разрешить аварийную ситуацию. При подаче сигнала аварийной сигнализации автоматически может быть произведено прекращение функционирования объекта управления, например, путем отключения электропитания.
Механизм переназначения очередности применения
альтернативных кодов команды управления реализован следующим образом. В логическом блоке назначения приоритетов 24 дешифратор 31 имеет n! входов 33 и (n×n) выходов 32. Таким образом, число используемых в устройстве различных состояний выходов 32 дешифратора 31 равно n!. Для назначения очередности применения альтернативных кодов команды управления в соответствие с выбранными приоритетами сигнал с уровнем логической единицы подается и постоянно поддерживается на одном из входов управления 29 логического блока назначения приоритетов 24 и поступает на соответствующий вход 33 дешифратора 31. При этом на n выходах 32 дешифратора 31 одновременно появляется сигнал с уровнем логической единицы. С i-того выхода дешифратора 31 сигнал с уровнем логической единицы поступает в третий блок элементов И 23 на второй вход соответствующего элемента И 30 и открывает его, осуществляя таким образом подключение одного из выходов дешифратора устройства 22 ко входу управления соответствующего блока формирования альтернативных кодов команды управления 19. Сигнал логической единицы открывает одновременно не больше одного элемента И 30 в каждой группе элементов И третьего блока элементов И 23, причем в разных группах элементов И у одновременно открытых элементов И 30 порядковые номера не совпадают, что и обеспечивает назначение своего приоритета для каждого альтернативного кода команды управления.
Таким образом, в предлагаемом устройстве реализован такой механизм переназначения очередности применения альтернативных кодов команды управления, который не требует производить демонтаж устройства, что существенно расширяет его функциональные возможности.
Задание альтернативных кодов команды управления, назначаемых для класса эквивалентности, соответствующего аварийным ситуациям, осуществляется в процессе установки (монтажа) в устройство n блоков
формирования альтернативных кодов команды управления 19. Каждый из этих блоков при поступлении на его вход управления уровня логической единицы выдает на группу своих выходов соответствующий альтернативный код команды управления. В качестве таких блоков, а также дешифратора 31 могут быть использованы комбинационные логические схемы, оптимизацию (минимизацию) которых в процессе разработки целесообразно производить с использованием карт Карно. В качестве счетчика 21 могут быть использованы различные микросхемы, например К155ИЕ5, а в качестве дешифратора устройства 22 - К155ИД3. Используемая в предлагаемом устройстве схема взаимного включения счетчика 21 и дешифратора устройства 22 является широкораспространенной и применяется, например, в электронных музыкальных звонках, в электронных часах, реле времени. Принципы построения остальных элементов также общеизвестны и представлены в соответствующих справочниках. Таким образом, техническая реализация предлагаемого устройства трудностей не представляет.
Предлагаемое устройство возможно применить при управлении сложными техническими системами преимущественно с дискретным характером технологического цикла, например, поточными линиями, станками с числовым программным управлением и другими сложными техническими системами автоматического управления.