МОДЕЛЬ СИСТЕМЫ СИГНАЛИЗАЦИИ ОТКЛОНЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПАРАМЕТРА

Область техники, к которой относится полезная модель
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.
Уровень техники
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).
Недостатком этого устройства является ложное срабатывание исполнительного органа при неисправности датчика, что снижает надежность работы устройства.
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).
Недостаток устройства - возможность ложного срабатывания исполнительного органа, реагирующего на снижение контролируемого параметра при неисправностях в датчике.
Наиболее близким к заявляемой полезной модели является устройство для сигнализации об отклонении технологического параметра, содержащее последовательно соединенные датчик контролируемого параметра, режекторный
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).
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.
Раскрытие полезной модели
Технический результат, который может быть достигнут с помощью предлагаемой полезной модели, сводится к повышению достоверности сигнализации в условиях мультипликативных помех.
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.
Краткое описание чертежей
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.
0
m
На фиг.2 представлена кусочно-линеная аппроксимация вольт-амперной характеристики i(U), эпюры его входных напряжений U(t)=U+Ucos(ωt) и косинусоидальных импульсов выходного тока i(ωt) нелинейного элемента 3, работающего в режиме с отсечкой тока.
Осуществление полезной модели
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.
Модель системы сигнализации отклонения технологического параметра работает следующим образом.
0
Г
m
m
На вход датчика 1 наряду с сигналом действующего значения контролируемого технологического параметра, преобразуемого в напряжение U, поступает сигнал тестового значения параметра, вырабатываемый генератором 2, в качестве которого используется источник гармонического колебания и(t)=Ucos(ωt), где ω=2πf; U - амплитуда; f - частота колебания (например, f=50 Гц).
0
m
0
Суммарный сигнал U(t)=U+Ucos(ωt) с выхода датчика 1 подается на вход нелинейного элемента 3, причем напряжение U, 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]:
0
mk
где I - постоянная составляющая сигнала; I - амплитуда k-й гармоники (k=1, 2,...), причем
макс
Здесь I - высота косинусоидальных импульсов выходного тока при 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.
m1
m2
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 и второй μ·I гармоник (с учетом флуктуирующих
значений μ=μ(t) коэффициента передачи в соединительной линии, являющегося мультипликативной помехой) подаются на соответствующие входы делителя 8 напряжений.
С выхода делителя 8 напряжений результат деления амплитуд гармоник
m1
m2
без коэффициента передачи μ, сокращенного в процессе деления, поступает на вход элемента 9 сравнения. Таким образом, отношение амплитуд гармоник I/I является функцией только угла отсечки θ выходного тока нелинейного элемента 3, получаемой на основании выражения (2):
m
0
0
0
m
Но так как угол отсечки θ при постоянной амплитуде U определяется только значением напряжения U, полученного в датчике 1 при преобразовании контролируемого параметра: θ=f(U)=arccos[(-U)/U], 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.
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
8 напряжения, а вход второго нуль-индикатора 14 - к выходу датчика 1 контролируемого параметра.
m
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. 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.
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.
Источники информации
1. Новицкий П.В., Зограф И.А. Оценка погрешностей результатов измерений. - Л.: Энергоатомиздат, 1985. - 248 с.
2. Андреев В.С. Теория нелинейных электрических цепей. - М.: Радио и связь, 1982. - 280 с.