Патент на изобретение №2193230
|
||||||||||||||||||||||||||
(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАСПОЗНАВАНИЯ ОБРАЗОВ И ПОДСЧЕТА КРИТИЧЕСКИХ ВЫБРОСОВ ИЛИ ПРОВАЛОВ НАПРЯЖЕНИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ СУММАРНОГО ВРЕМЕНИ ОТКАЗОВ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ
(57) Реферат: Изобретение относится к области информационно-измерительной и вычислительной техники и предназначено для выявления и подсчета выбросов или провалов напряжения, длительность превышения которыми различных уровней анализа больше заданных критических значений, а также определения суммарного времени пребывания электрооборудования в нерабочем состоянии при нестационарном напряжении в электрической сети. Техническим результатом является расширение функциональных возможностей устройства. Устройство содержит преобразователь переменного напряжения в постоянное, блок вычитания, источник опорных напряжений, инвертор, переключатель, n (где n – число уровней анализа модуля амплитуды выбросов или провалов напряжения) аналоговых компараторов, первый и второй цифровые компараторы, первый, второй, третий и четвертый счетчики, первый и второй цифровые блоки памяти, генератор прямоугольных импульсов, распределитель уровней, шифратор из унитарного кода в двоичный, SR-триггер, D-триггер, первый и второй элементы И, первый и второй элементы И-НЕ, элементы ИЛИ. 3 з.п. ф-лы, 1 табл., 8 ил. Изобретение относится к области информационно-измерительной и вычислительной техники и предназначено для выявления и подсчета выбросов или провалов напряжения, длительность превышения которыми различных уровней анализа больше заданных критических значений, а также определения суммарного времени пребывания электрооборудования в нерабочем состоянии при нестационарном напряжении в электрической сети. Известен детектор колебаний напряжения [1], содержащий входной преобразователь переменного напряжения в постоянное, к выходу которого подключен самопишущий прибор или шлейфовый осциллограф. Недостатками аналога являются большие затраты средств на носитель регистрации изменений напряжения, а также значительная трудоемкость и большие затраты времени на обработку регистрограмм. Аналогом предлагаемого устройства также является регистратор импульсных помех [2] , содержащий преобразователь переменного напряжения в постоянное, информационный ключ, время-амплитудный преобразователь, два амплитудно-временных преобразователя, два аналого-цифровых преобразователя, регистр счетчиков, электронные часы, триггер, три элемента задержки, три кнопки управления, цифропечатающую машину (перфоратор). Недостатками этого аналога являются громоздкость, низкое быстродействие, значительная трудоемкость и большие затраты времени на обработку перфолент, а также невозможность определения суммарного времени отказов электрооборудования. Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является анализатор длительности выбросов и провалов напряжения [3], содержащий преобразователь переменного напряжения в постоянное, нуль-орган, блок формирования модуля, аналоговые компараторы, цифровой компаратор, счетчики, цифровые блоки памяти, элемент И, элемент НЕ, одновибратор, регистр, SR-триггер, два генератора прямоугольных импульсов, многоканальный коммутатор, распределитель уровней. Недостатком прототипа являются узкие функциональные возможности, а именно невозможность выявления и подсчета выбросов или провалов напряжения, длительность превышения которыми различных уровней анализа больше заданных критических значений, а также определения суммарного времени пребывания электрооборудования в нерабочем состоянии при нестационарном напряжении в электрической сети. Технические задачи, решаемые изобретением, – расширение функциональных возможностей устройства за счет возможности выявления и подсчета только критических выбросов или провалов напряжения, а также определения суммарного времени отказов электрооборудования. Указанные технические задачи решаются благодаря тому, что в анализатор длительности выбросов и провалов напряжения, содержащий преобразователь переменного напряжения в постоянное, вход которого подключен ко входному зажиму устройства, n (где n – число уровней анализа модуля амплитуды выбросов или провалов напряжения) аналоговых компараторов, первый цифровой компаратор, первый, второй, третий и четвертый счетчики, первый и второй цифровые блоки памяти, SR-триггер, первый элемент И, распределитель уровней, генератор прямоугольных импульсов, выход которого соединен с тактовым входом распределителя уровней, первый и третий выходы которого соединены соответственно со входами записи второго счетчика и второго цифрового блока памяти, информационный выход которого соединен с информационным входом второго счетчика, информационный выход которого соединен с информационным входом второго цифрового блока памяти, выход первого счетчика соединен с адресным входом первого цифрового блока памяти, информационный выход которого соединен с первым входом “А” первого цифрового компаратора, дополнительно введены источник опорных напряжений, шифратор из унитарного кода в двоичный, второй цифровой компаратор, второй элемент И, элемент ИЛИ, первый и второй элементы И-НЕ, D-триггер, инвертор, переключатель, блок вычитания, вход уменьшаемого которого подключен к выходу преобразователя переменного напряжения в постоянное, вход вычитаемого подключен к (n+1)-му выходу источника опорных напряжений, а выход соединен со входом инвертора и первым зажимом переключателя, второй зажим которого подключен к выходу инвертора, а общий зажим соединен с объединенными между собой информационными входами n аналоговых компараторов, входы опорного напряжения которых подключены к соответствующим выходам источника опорных напряжений, а выходы соединены со входами шифратора из унитарного кода в двоичный, выход которого соединен со вторым входом “D” второго цифрового компаратора, первый вход “С” которого подключен к выходу первого счетчика, соединенному с адресным входом второго цифрового блока памяти, информационный выход второго счетчика соединен со вторым входом “В” первого цифрового компаратора, выход “В>А” которого соединен со входом синхронизации D-триггера, информационный вход которого соединен с шиной нулевого потенциала, а прямой выход соединен со входом установки единицы SR-триггера, вход установки нуля которого объединен со входом установки единицы D-триггера, вторым входом второго элемента И и первым входом второго элемента И-НЕ и подключен к выходу первого аналогового компаратора, прямой выход соединен с первым входом первого элемента И, а инверсный – с тактовым входом третьего счетчика, выход первого элемента И соединен с тактовым входом четвертого счетчика, а второй вход подключен к выходу генератора прямоугольных импульсов, выходы распределителя уровней соединены соответственно второй – с первыми входами первого элемента И-НЕ и второго элемента И, четвертый – с тактовым входом первого счетчика, первый выход “С>D” второго цифрового компаратора соединен со вторым входом первого элемента И-НЕ, выход которого через второй элемент И-НЕ соединен со входом установки нуля второго счетчика, второй “С , взятым на перегибе в кривой 1 на фиг.5:![]() ![]() ![]() ![]() Унитарный позиционный заполненный код компараторов 7-9, приложенный к адресному входу ЦБП 36 шифратора 10, преобразуется последним в двоичный код согласно таблице (см. в конце описания). Каждому критическому уровню анализа выброса напряжения соответствует критическая длительность (см.фиг.5) его превышения.
Идентификация критических выбросов напряжения по длительности осуществляется с помощью кодов критической длительности (ККД), записанных в ячейках первого ЦБП 13. Например, при n=7 в ЦБП 13 заполняются восемь ячеек с адресами 000-111. В каждую ячейку в двоичном коде записывается значение ККД, пропорциональное критической длительности :![]() ![]() ![]() где f24 – частота следования импульсов ГПИ 24. В ячейку ЦБП 13 с адресом 000 вписывается максимально возможный заполненный код ![]() например, при 8-разрядном исполнении элементов устройства 13-16. Напряжение на (n+1)-м выходе ИОН 4 соответствует номинальному напряжению сети Uн. Устройство работает следующим образом. Преобразователь 1 осуществляет преобразование переменного напряжения сети u(t) в постоянное напряжение, пропорциональное действующему значению контролируемого напряжения U(t). Напряжение с выхода ППНП 1 поступает на вход уменьшаемого БВ 3, ко входу вычитаемого которого приложено номинальное напряжение сети U с выхода ИОН 4. В результате на выходе БВ 3 появляется напряжение (см. фиг.6): U3=U(t)-Uн. (1) Это напряжение без изменений через переключатель 6 (который находится в нижнем положении) подается на объединенные информационные входы аналоговых компараторов 7-9. При отсутствии выброса напряжения компараторы 7-9 находятся в отпущенном состоянии, при котором их выходные напряжения равны нулю. В частности, выходное нулевое напряжение первого компаратора 7 (см. фиг.7), проходя через второй элемент И-НЕ 19, преобразуется в единичное напряжение, которое непрерывно удерживает в нулевом состоянии второй счетчик 15 (или обнуляет его). Выходные импульсы ГПИ 24 поступают на вход РУ 25, что обуславливает непрерывное сканирование единичных управляющих импульсов по его выходам. При таком подготовительном режиме обнуляется содержимое всех ячеек второго ЦБП 14. В процессе нарастания напряжение U3 в момент времени t1 на фиг.6 (а также на фиг. 7, которой более подробно иллюстрируется работа ГПИ 24, РУ 25 и элементов И-НЕ 19 и И 20 в окрестностях момента времени t1) превышает уровень срабатывания первого компаратора 7 Uоп1, который в этом случае срабатывает – на его выходе появляется единичное напряжение. В частности, это напряжение прикладывается к первому входу второго элемента И-НЕ 19, снимая таким образом постоянно присутствующее единичное напряжение со входа установки нуля второго счетчика 15. С этого момента схема устройства переходит в динамический режим определения длительности выброса выше первого уровня анализа Uоп1 – с непрерывным сопоставлением ее с критическим значением . Осуществляется это следующим образом.
При нулевом выходном коде счетчика 12: на выходе ЦБП 14 присутствует содержимое ячейки с адресом 000, которое в момент времени t1 равно нулю; код на выходе шифратора 10 (см. табл.) равен 001; содержимое счетчика 15 равно нулю. В результате напряжения на выходах ЦК 11 “С>D” и “С=D” равны нулю, а на выходе “С000: 00001001; 00001010; 00001011; 00001100; 00001101… 001: 00001001; 00001010; 00001011; 00001100; 00001101… 010: 00000001; 00000010; 00000011; 00000100; 00000101… В момент времени t3 содержимое ячейки 010 ЦБП 14 превышает критическую длительность , код которой хранится в ячейке 010 ЦБП 13 – в результате на выходе “В>А” ЦК 16 появляется единичное напряжение, вписывающее “ноль” в D-триггер 17. Появляющийся на прямом выходе последнего нулевой потенциал опрокидывает SR-триггер 18 в единичное состояние.
При этом по заднему фронту напряжения с инверсного выхода SR-триггера 18, спадающего из единичного уровня в нулевой, содержимое счетчика 22 увеличивается на единицу.
Таким образом, после соответствующего распознавания образа засчитывается выброс напряжения с критическими параметрами.
Поскольку критическая длительность выброса имеет довольно большое значение (см. фиг.5), то очередной импульс на выходе ЦК 16 мог бы появиться в момент времени t5 (см. фиг.6). Однако этот импульс не появляется, поскольку в момент времени t4 компаратор 7 уже отпускает, нулевое напряжение с его выхода при этом переводит в нулевое состояние SR-триггер 18, в единичное состояние D-триггер 17, а также обнуляет ячейки ЦБП 14.
При анализе провалов напряжения переключатель 6 переводится в верхнее положение. В этом случае на объединенные информационные входы компараторов 7-9 подается напряжение:U5=-[U(t)-U]. (2) В остальном при анализе провалов напряжения работа устройства аналогична описанной выше при анализе выбросов. Рассмотрим работу устройства при нестационарном напряжении на примере анализа и фиксации выброса напряжения, изображенного на фиг.8 (см. напряжение U3). При нестационарном напряжении в сети длительное время имеют место большие отклонения напряжения. В такой ситуации происходит отказ ЭО без восстановления работоспособного состояния на длительное время. В этом случае также длительное время могут быть превышены уровни срабатывания части компараторов 7-9. Учет суммарного времени отказов ЭО выполняется счетчиком 23 следующим образом. При идентификации выброса напряжения на фиг.8 в момент времени t1 на выходе D-триггера 17 появляется нулевое напряжение, которое переводит в единичное состояние SR-триггер 18. Напряжение с прямого выхода последнего прикладывается к первому входу элемента И 21, который при этом начинает пропускать импульсы с выхода ГПИ 24. Счетчиком 23 подсчитывается количество N импульсов ГПИ 24, по которому может быть определено суммарное время Тот пребывания ЭО в отказавшем состоянии: Tот=N/f, (3) где Тот – суммарное время отказов электрооборудования за время контроля (сутки, неделя, месяц и т.д.), выраженное в секундах; N – показания счетчика 23; f – частота ГПИ 24, Гц. Преимуществами предлагаемого технического решения по сравнению с известными является расширение функциональных возможностей. Схема устройства проста и легко реализуется на интегральных микросхемах отечественного производства. Источники информации 3. Патент 1674156 РФ, МПК G 06 F 17/18, 1991 (прототип). 7. Гурвич И.С. Защита ЭВМ от внешних помех. – М.: Энергоатомиздат, 1984. – 224 с. Формула изобретения
РИСУНКИ
QB4A Регистрация лицензионного договора на использование изобретения
Лицензиар(ы): Ермаков Владимир Филиппович
Вид лицензии*: НИЛ
Лицензиат(ы): Общество с ограниченной ответственностью “Хозрасчетный центр “Интеграл”
Договор № РД0018572 зарегистрирован 13.02.2007
Извещение опубликовано: 7.03.2007 БИ: 09/2007
* ИЛ – исключительная лицензия НИЛ – неисключительная лицензия
MM4A – Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Дата прекращения действия патента: 23.03.2008
Извещение опубликовано: 20.04.2010 БИ: 11/2010
|
||||||||||||||||||||||||||

, взятым на перегибе в кривой 1 на фиг.5:



выброса напряжения соответствует критическая длительность
(см.фиг.5) его превышения.
Идентификация критических выбросов напряжения по длительности осуществляется с помощью кодов критической длительности (ККД), записанных в ячейках первого ЦБП 13. Например, при n=7 в ЦБП 13 заполняются восемь ячеек с адресами 000-111. В каждую ячейку в двоичном коде записывается значение ККД, пропорциональное критической длительности
:



выброса выше первого уровня анализа Uоп1 – с непрерывным сопоставлением ее с критическим значением
. Осуществляется это следующим образом.
При нулевом выходном коде счетчика 12: на выходе ЦБП 14 присутствует содержимое ячейки с адресом 000, которое в момент времени t1 равно нулю; код на выходе шифратора 10 (см. табл.) равен 001; содержимое счетчика 15 равно нулю. В результате напряжения на выходах ЦК 11 “С>D” и “С=D” равны нулю, а на выходе “С
, код которой хранится в ячейке 010 ЦБП 13 – в результате на выходе “В>А” ЦК 16 появляется единичное напряжение, вписывающее “ноль” в D-триггер 17. Появляющийся на прямом выходе последнего нулевой потенциал опрокидывает SR-триггер 18 в единичное состояние.
При этом по заднему фронту напряжения с инверсного выхода SR-триггера 18, спадающего из единичного уровня в нулевой, содержимое счетчика 22 увеличивается на единицу.
Таким образом, после соответствующего распознавания образа засчитывается выброс напряжения с критическими параметрами.
Поскольку критическая длительность выброса
имеет довольно большое значение (см. фиг.5), то очередной импульс на выходе ЦК 16 мог бы появиться в момент времени t5 (см. фиг.6). Однако этот импульс не появляется, поскольку в момент времени t4 компаратор 7 уже отпускает, нулевое напряжение с его выхода при этом переводит в нулевое состояние SR-триггер 18, в единичное состояние D-триггер 17, а также обнуляет ячейки ЦБП 14.
При анализе провалов напряжения переключатель 6 переводится в верхнее положение. В этом случае на объединенные информационные входы компараторов 7-9 подается напряжение: