close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY14585

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2011.08.30
(12)
(51) МПК
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
G 07C 3/00
(2006.01)
СПОСОБ КОНТРОЛЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ ОБЪЕКТА
УПРАВЛЕНИЯ В СИСТЕМАХ ПОЗИЦИОННОГО УПРАВЛЕНИЯ И
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
(21) Номер заявки: a 20080714
(22) 2008.06.03
(43) 2010.02.28
(71) Заявитель: Буян Алексей Петрович
(BY)
(72) Автор: Буян Алексей Петрович (BY)
BY 14585 C1 2011.08.30
BY (11) 14585
(13) C1
(19)
(73) Патентообладатель: Буян Алексей Петрович (BY)
(56) ГЕРАСИМОВИЧ Л.С. и др. Электрооборудование и автоматизация сельскохозяйственных агрегатов и установок. - Москва: Колос, 1980. - С. 381-382.
BY 9442 C1, 2007.
RU 94033857 A1, 1996.
RU 2198418 C2, 2003.
RU 2005127922 A, 2007.
SU 502100, 1976.
SU 519657, 1976.
WO 03/065135 A1.
(57)
1. Способ контроля эффективности работы объекта управления в системах позиционного управления для осуществления сравнительной оценки приведенных энергетических
затрат, отнесенных к работе объекта управления, задействованного в системе позиционного управления, характеризующийся тем, что задают постоянный параметр технических
возможностей объекта управления, например установленную мощность или производительность, фиксированную величину параметра задания Рз, обеспечиваемого действием
объекта управления, и контрольный промежуток времени tк, для которого по параметру
технических возможностей объекта управления и фиксированной величине параметра задания Рз определяют базовый промежуток времени tбаз.tк работы объекта управления, причем для контрольного промежутка времени tк измеряют продолжительность фактического
времени tфакт.tк работы объекта управления, сравнивают упомянутые фактический tфакт.tк и
базовый tбаз.tк промежутки времени между собой, по результатам сравнения которых судят
о величине отклонения эффективности работы объекта управления от оптимальной.
Фиг. 1
BY 14585 C1 2011.08.30
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что объект управления выполнен в виде сети
наружного или внутреннего освещения, управляемой позиционно, а задаваемый постоянный параметр технических возможностей объекта управления и фиксированную величину
параметра задания Рз выбирают в виде установленной световой мощности осветительной
сети Руст.освет. и фиксированной величины нормированной освещенности Енорм. объекта освещения соответственно, причем базовый промежуток времени tбаз.tк работы осветительной сети за контрольный промежуток времени tк определяют равным суммарному
ночному времени естественной освещенности объекта ∑tнtк, находящемуся ниже порога
Енорм., при этом суммарное ночное время ∑tнtк определяют автономно локально или автономно регионально путем его посуточного измерения и суммирования в границах контрольного промежутка времени tк; tбаз.tк = ∑tнtк, при Руст.освет. = const, Енорм. = const.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что объект управления выполнен в виде обогревателя помещения, управляемого позиционно, а задаваемый постоянный параметр технических возможностей объекта управления и фиксированную величину параметра
задания Рз выбирают в виде установленной мощности обогревателя помещения Руст.обогр. и
величины установленной температуры воздуха внутри помещения Твнут. соответственно,
при этом задают контрольные условия для данного помещения и выводят зависимость
tбаз.ку = f(Тнаруж.), где tбаз.ку - базовое время работы объекта управления, определенное для
контрольных условий при Твнут. = const и Руст.обогр. = const, Тнаруж. - температура воздуха
снаружи помещения, для всей возможной области изменения Тнаруж.; за контрольный промежуток времени tк величину Тнаруж. приводят к среднему значению Тнаруж.ср. и для этой
усредненной величины, с учетом выведенной зависимости tбаз.ку = f(Тнаруж.), находят среднюю базовую величину времени работы объекта управления tбаз.ср., а базовое время tбаз.tк
для контрольного промежутка времени tк находят из выражения: tбаз.tk = tбаз.ср. ⋅ tк.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что объект управления выполнен в виде насосной установки, управляемой позиционно для наполнения или опорожнения приемного резервуара, а задаваемый постоянный параметр технических возможностей объекта
управления и фиксированную величину параметра задания Рз выбирают в виде базовой
производительности насоса Gбаз. и заданного объема Vзад. транспортируемой жидкости соответственно, причем Vзад. для конкретного резервуара приводят к перепаду уровня ∆h,
заключенному между нижним Dну и верхним Dву его пределами и рассчитывают для одного цикла работы насосной установки, заключающегося в транспортировке заданного
объема Vзад.1ц жидкости для наполнения или опорожнения резервуара; по Gбаз. и Vзад.1ц находят потребное, базовое время работы насосной установки за один цикл tбаз.1ц по выраV
жению: t баз.1ц = зад.1ц , за контрольный промежуток времени tк измеряют количество
G баз.
циклов работы насосной установки nцtк, а базовое время работы насосной установки tбаз.tк
находят из выражения: tбаз.tк = tбаз.1ц· n цtк.
5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что на время опорожнения приемного резервуара, путем откачки из его жидкости насосом, приток жидкости в приемный резервуар
прекращают.
6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что объект управления выполнен в виде объекта автономного позиционного перемещения, а задаваемый постоянный параметр технических возможностей объекта управления и фиксированную величину параметра задания Рз
выбирают в виде зоны потенциальных возможностей упомянутого объекта перемещения и
установленной зоны соответственно, причем определяют фактическое положение объекта
перемещения в границах установленной зоны и фиксируют фактическое время нахождения объекта перемещения внутри границ установленной зоны ∑tзон.tк или за ее переделами,
за контрольный промежуток времени tк, сравнивают ∑tзон.tк с величиной tк и по результа-
2
BY 14585 C1 2011.08.30
там сравнения судят о времени пребывания объекта перемещения в границах установленной зоны и о факте нарушения объектом перемещения границ установленной зоны.
7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что приводят фактическую величину параметра задания Рфакт. к его заданной фиксированной величине Рз посредством измерения суммарного времени ∑tфакт.рз фактического отклонения параметра задания Рфакт от его
заданной фиксированной величины Рз, в течение контрольного промежутка времени tк, и
tк
, по результату которого судят об эффективности работы
вычисления соотношения
t факт.рз
объекта управления по поддержанию заданной фиксированной величины параметра
задания Рз и/или о степени отклонения фактической величины параметра задания Рфакт. от
заданной величины Рз за контрольный промежуток времени tк.
8. Способ по п. 7, отличающийся тем, что за контрольный промежуток времени tк измеряют и фиксируют фактическое время максимального tфакт.рз.max и/или минимального
tфакт.рз.min отклонения фактической величины параметра задания Рфакт. от его заданной фиксированной величины Рз., при Рфакт.>Рз.
9. Способ по п. 8, отличающийся тем, что заданную фиксированную величину параметра задания Рз ограничивают верхним ( + ∆Р) и/или нижним (-∆Р) пределами ее отклонения и за контрольный промежуток времени tк фиксируют фактическое время
максимального tфакт.∆рз.max и/или минимального tфакт.∆рз.min отклонения фактической величины параметра задания Рфакт. от его заданной фиксированной величины Рз., при
Рфакт.>(Рз + ∆Р) и/или при Рфакт.<(Рз-∆Р) соответственно.
10. Способ по п. 9, отличающийся тем, что фиксируют фактическое время нахождения фактической величины параметра задания Рфакт. в границе области заданной фиксированной величины параметра задания Рз.:
(Рз + ∆Р)>Рфакт.>(Рз-∆Р).
11. Устройство для контроля эффективности работы объекта управления в системах
позиционного управления способом по п. 1, характеризующееся тем, что содержит датчик
параметра задания Dрз для использования в системах объективного автоматического или
субъективного ручного, позиционного управления и функционально связанный с объектом управления, выполненным с возможностью воздействия на параметр задания Рз для
обеспечения его заданной фиксированной величины; счетчик для фактического измерения
времени tфакт.tк работы объекта управления, где tк - контрольный промежуток времени, в
цепь питания которого включен датчик работы объекта управления Doy; счетчик для определения базового промежутка времени tбаз.tк работы объекта управления, функционально
связанный с датчиком управления Dy, аналогичным датчику параметра задания Dрз, или
подключенный непосредственно к датчику Dрз.
12. Устройство по п. 11, отличающееся тем, что датчик работы объекта управления
Doy выполнен в виде трансформатора тока или напряжения, входом подключенного к объекту управления, выполненному, например, в виде сети наружного или внутреннего освещения, а выходом - к счетчику для фактического измерения времени tфакт.tк работы
объекта управления.
13. Устройство по п. 11, отличающееся тем, что счетчик для фактического измерения
времени tфакт.tк работы объекта управления выполнен в виде электромеханического часового механизма, а датчик работы объекта управления Doy выполнен в виде коммутационного контактного элемента, например замыкающего контакта пускателя, управляющего
работой объекта управления.
14. Устройство по п. 11, отличающееся тем, что каждый из упомянутых счетчиков
времени tфакт.tк и tбаз.tк выполнен в виде генератора стабильных сигналов, например мультивибратора с возможностью работы в автоколебательном режиме, к выходу которого
подключен электромеханический или электронный счетчик сигналов генератора, снаб-
3
BY 14585 C1 2011.08.30
женный средством обнуления счета, причем емкость счетчика согласована с периодом колебаний генератора и контрольным промежутком времени tк.
15. Устройство по п. 14, отличающееся тем, что выполнено с возможностью приведения периода колебаний генератора, фиксируемых счетчиком, в режим целых, действующих единиц времени, путем применения коэффициента пересчета.
16. Устройство по п. 13, отличающееся тем, что электромеханический часовой механизм снабжен счетчиком суток с емкостью, по меньшей мере, большей кратности суток в
периоде контрольного промежутка времени tк, с возможностью обнуления счета суток.
17. Устройство по п. 11, отличающееся тем, что объект управления выполнен в виде
сети наружного или внутреннего освещения, датчик параметра задания Dрз выполнен в
виде фотодатчика и содержит счетчик для определения базового промежутка времени
tбаз.tк с датчиком управления Dy, выполненным в виде фотореле, настроенным на уровень
естественной освещенности объекта освещения, находящейся ниже ее нормируемой величины Енорм., выходом подключенным ко входу упомянутого счетчика времени tбаз.tк с
возможностью регистрации в течение контрольного промежутка времени tк суммарного
ночного времени ∑tн.tк отклонения естественной освещенности объекта освещения от
Енорм.
18. Устройство по п. 11, отличающееся тем, что объект управления выполнен в виде
обогревателя помещения, датчик параметра задания Dрз выполнен в виде, например, термодатчика, а упомянутый счетчик времени tбаз.tк и датчик управления Dy выполнены с
возможностью их отключения.
19. Устройство по п. 11, отличающееся тем, что объект управления выполнен в виде
насосной установки или электродвигателя насосной установки, датчик параметра задания
Dрз выполнен в виде датчика уровня жидкости в приемном резервуаре, причем упомянутый счетчик времени tбаз.tк выполнен с возможностью подсчета количества циклов работы
насосной установки nц.tк за контрольный промежуток времени tк в виде
электромеханического счетчика циклов с времязадающей, например резисторноемкостной цепью, переключающим контактом коммутатора управления электродвигателем насосной установки и источника питания, причем упомянутая времязадающая
цепь, посредством замыкающей группы переключающего контакта подключена к
источнику питания, обмотка упомянутого счетчика циклов посредством размыкающей
группы переключающего контакта подключена параллельно к емкости времязадающей
цепи, а датчик работы Doy насосной установки выполнен в виде, например, устройства
контроля вращения вала насоса.
20. Устройство по п. 19, отличающееся тем, что в цепь питания упомянутого счетчика циклов включен замыкающий контакт автоматического режима управления насосной
установкой.
21. Устройство по п. 19, отличающееся тем, что упомянутый счетчик времени tбаз.tк
выполнен с возможностью подсчета количества циклов работы насосной установки nц.tк за
контрольный промежуток времени tк в виде электронного или электромеханического
счетчика импульсов, содержащего первый и второй элементы совпадения И, RS-триггер и
элемент выдержки времени в виде одновибратора, причем первый элемент совпадения И
выходом подключен к S-входу RS-триггера, прямой Q-выход которого соединен с первым
входом второго элемента совпадения И, второй вход которого соединен с выходом датчика нижнего Dну или верхнего Dву уровней резервуара, выход второго элемента совпадения И соединен со входом упомянутого элемента выдержки времени, выход которого
соединен со входом счетчика импульсов и с R-входом RS-триггера, а к первому, второму
и третьему входам первого элемента совпадения И подключены соответственно выходы
датчика верхнего Dву или нижнего Dну уровней резервуара, замыкающий контакт датчика работы насосной установки и замыкающий контакт автоматического режима управления насосной установкой.
4
BY 14585 C1 2011.08.30
22. Устройство по п. 21, отличающееся тем, что вход упомянутого счетчика импульсов соединен с R-входом RS-триггера через релейный элемент.
23. Устройство по п. 11, отличающееся тем, что датчик работы объекта управления
Doy выполнен в виде приемника электромагнитных или радиочастотных излучений и расположен на объекте управления, выполненным с возможностью автономного позиционного перемещения, а датчик параметра задания Dрз выполнен в виде источника
электромагнитных или радиочастотных излучений и упомянутого выше приемника излучений, причем упомянутый источник излучений расположен в установленной границами
зоне пребывания упомянутого объекта перемещения с возможностью взаимодействия с
упомянутым приемником излучений, расположенным в границах установленной зоны или
за ее пределами, посредством согласования выходной мощности источника излучений и
пороговой чувствительности приемника излучений с размерами установленной границами
зоны, причем счетчик для определения базового промежутка времени tбаз.tк работы объекта
управления и датчик управления Dy выполнены с возможностью их отключения.
24. Устройство по п. 11, отличающееся тем, что датчик параметра задания Dрз выполнен в виде датчика технологического контроля, например уровня или давления, или
температуры, или освещенности, настроенного на установленный параметр задания Рз;
содержит первый и второй счетчики времени tфакт.tк, выполненные с возможностью подсчета времени соответственно максимального tфакт.рз.мах и минимального tфакт.рз.min отклонения фактической величины параметра задания Рфакт. от его заданной фиксированной
величины Рз., первый и второй элементы совпадения И, элемент ИНВЕРСИЯ, причем первый вход первого элемента совпадения И соединен с выходом датчика Dрз, вторые входы
первого и второго элементов совпадения И соединены с выходом датчика работы объекта
управления Doy, выход первого элемента совпадения И соединен со входом счетчика времени tфакт.рз.max, выход второго элемента совпадения И соединен со входом счетчика времени tфакт.рз.min, а первый вход второго элемента совпадения И соединен с инверсным
выходом элемента ИНВЕРСИЯ, вход которого соединен с выходом датчика Dрз.
25. Устройство по п. 24, отличающееся тем, что датчик параметра задания Dрз выполнен в виде датчика Dрз.max, настроенного, например, на верхний предел установки параметра (Рз + ∆Р); содержит второй датчик Dрз.min, настроенный, например, на нижний
предел установки параметра (Рз-∆Р); содержит третий и четвертый элементы совпадения
И, первые входы которых соединены соответственно с выходами датчиков верхнего
Dрз.max и нижнего Dрз.min пределов установки параметра, причем первый вход четвертого
элемента совпадения И соединен с выходом датчика Dрз.min через элемент ИНВЕРСИЯ,
выходы третьего и четвертого элементов совпадения И соединены соответственно со входами счетчиков времени tфакт.рз.мах и tфакт.рз.min, вторые входы третьего и четвертого элементов совпадения И соединены с выходом датчика работы объекта управления Doy, а
счетчики времени tфакт.рз.мах и tфакт.рз.min настроены соответственно на верхний (Рз + ∆Р) и
нижний (Рз-∆Р) пределы фактической величины параметра задания Рфакт.max и Рфакт.min.
26. Устройство по п. 24, отличающееся тем, что содержит счетчик времени tфакт.рз
фактического нахождения параметра задания Рфакт. в границе области: (Рз + ∆Р)>Рфакт.>(Рз∆Р), пятый и шестой элементы совпадения И, причем первый вход пятого элемента совпадения И через элемент ИНВЕРСИЯ соединен с выходом датчика Dрз.max верхнего предела
(Рз + ∆Р) установки параметра Рфакт.max, второй вход пятого элемента совпадения И соединен с выходом датчика Dрз.min нижнего предела (Рз - ∆Р) установки параметра Рфакт.min, выход пятого элемента совпадения И соединен с первым входом шестого элемента
совпадения И, второй вход которого соединен с выходом датчика работы объекта управления Doy, причем выход шестого элемента совпадения И соединен со входом счетчика
времени tфакт.рз фактического нахождения параметра задания Рфакт. в границе области:
(Рз + ∆Р)>Рфакт.>(Рз-∆Р).
5
BY 14585 C1 2011.08.30
27. Устройство по п. 11 или 14, отличающееся тем, что датчик параметра задания Dрз
выходом соединен со входом упомянутого счетчика времени tфакт.tк, выполненного на генераторе стабильных сигналов автоколебательного режима и счетчике сигналов, причем
выход датчика Dрз соединен со входом счетчика сигналов через дифференцирующий элемент.
28. Устройство по п. 27, отличающееся тем, что дифференцирующий элемент выполнен в виде усилителя сигнала с выхода датчика Dрз, выходом соединенного с преобразователем напряжения в частоту, выполненным в виде упомянутого генератора стабильных
сигналов автоколебательного режима с возможностью его управления выходным напряжением усилителя.
29. Устройство по п. 27, отличающееся тем, что дифференцирующий элемент выполнен в виде времязадающего резистора упомянутого генератора сигналов, причем времязадающий резистор образован сопротивлением коллекторно-эмиттерного перехода,
например транзистора оконечного каскада упомянутого усилителя сигнала.
30. Устройство по п. 24, отличающееся тем, что содержит элемент ИЛИ, выход которого соединен с первым входом упомянутого первого элемента совпадения И, причем соответствующие входы элемента ИЛИ являются входами сигналов от датчиков DПр
предельных величин соответствующих параметров.
Изобретение относится к области экономики, и в частности к инструменту контроля
эффективности работы объекта, задействованного в режиме позиционного управления, и
обеспечиваемого своим действием заданный уровень технологического параметра.
Объектом управления может быть машина, механизм и т.д., т.е. устройство различного рода, включенное в систему ручного или автоматического дискретного, позиционного
управления. Им может являться также и живое существо, например человек, время присутствия или отсутствия которого в установленной зоне фиксируется и оценивается в ее
границах и границах установленного контрольного промежутка времени.
В частности, в рамках настоящих обобщенных материалов, рассмотрены устройства
различного рода, в основу которых положен способ контроля эффективности работы объекта управления, представленного в виде:
а) способа контроля эффективности работы объекта управления, относящегося к развитой и централизованно управляемой системе наружного или внутреннего освещения;
б) способа контроля эффективности работы объекта управления, относящегося к системам ручного и автоматического электрического обогрева помещений и различного рода
электронагревателей;
в) способа контроля эффективности работы объекта управления, относящегося к насосной станции, работающей преимущественно в автоматическом двухпозиционном режиме управления, с целью циклического наполнения резервуара (водокачки) и
опорожнения резервуара (канализационные насосные станции);
г) способа контроля позиционного перемещения автономного объекта в границах установленной зоны;
д) способа и устройства контроля фактической величины параметра по отношению к
его заданному фиксированному значению, выраженного во времени;
е) устройства для контроля среднедействующей, фактической величины параметра,
обеспечиваемого действием объекта управления, за контрольный промежуток времени;
ж) устройства для фиксации времени нахождения нескольких параметров, выходящих
на предельно допустимый уровень.
Известен способ контроля экономической эффективности работы объекта управления
путем учета экономических затрат Иэ, включающий затраты на электроэнергию:
6
BY 14585 C1 2011.08.30
([1], стр.382, формула 27,7)
где Ру - установленная мощность электроустановки; tг - длительность работы электроустановки; Кз - коэффициент загрузки; Цэ - стоимость единицы электроэнергии.
Данный способ учитывает работу объекта управления (электроустановки) по его установленной мощности и длительности работы во времени, что представляет собой параметр электрической энергии.
Известно, что для измерения электрической энергии служат электрические счетчики,
которые подключаются к контролируемым электрическим цепям напрямую, а также косвенно, посредством трансформаторов тока.
С другой стороны настоящий способ контроля используют совместно с другим способом оценки эффективности работы объекта управления, согласно которому для каждого
механизма выводят удельную норму затрат электроэнергии на единицу выполненной работы, например: удельный расход электроэнергии на единицу выделенной световой или
тепловой мощности; удельный расход электроэнергии тоннометр поднятой жидкости и
т.д. с учетом к.п.д. преобразователя: таблица 1.1, стр. 14 устанавливающая зависимость
электрической мощности с величиной светового потока лампы и метод удельной мощности, используемый для расчета электрического освещения, стр. 28, 29; уравнения 17,2 и
17,3, стр. 265, или уравнения 20,3 и 20,4, стр. 314, связывающие электрическую мощность
с величиной тепловой отдачи; уравнение 14, 16, стр. 210, устанавливающее связь мощности насоса с выполненной им работой, [1].
Теперь, имея расход электрической энергии, зарегистрированный счетчиком, с одной,
и удельную норму расхода электроэнергии на единицу выполненной работы, с другой стороны, можно оценивать эффективность работы того или иного механизма за контрольный
промежуток времени. Этим способом и пользуются в настоящее время для оценки оптимальности энергетических затрат.
К недостатку этого способа следует отнести сложность технического измерения электрической энергии, из-за чего счетчики электрической энергии устанавливаются в подавляющем случае на общих вводах и с коммерческими целями взаиморасчетов между
организациями. Для целей оценки экономической эффективности отдельных объектов
управления счетчики электрической энергии, как правило, не устанавливаются.
Но имея общий групповой счетчик, фиксирующий расход электроэнергии, для группы
ее потребителей нельзя выделить и отнести величину конкретных электрических затрат на
каждую индивидуальную электроустановку, на каждое присоединение, что мешает контролю эффективности работы каждого объекта управления в отдельности.
Другим важным недостатком этого способа расчета является то, что такой контроль,
заканчиваемый чистым расчетом за контрольный промежуток времени, можно провести
лишь постфактум, им нельзя воспользоваться для контрольной автоматической оценки
каждого цикла работы механизма, с тем, чтобы своевременно вмешаться в процесс неоптимальной работы механизма на начальной стадии отклонения.
Известен способ регистрации измеряемой величины на основе самопишущего прибора, в котором измеряемая величина представляется в функции времени, в виде диаграммы,
см., например [2].
К недостаткам этого способа регистрации следует отнести то, что самопишущие приборы представляют собой сложные электромеханические агрегаты, непрерывно фиксирующие как минимум две входные величины - это измеряемая величина и время.
Причем сложность этой техники обусловлена именно непрерывной фиксацией времени в форме ее записи на носитель информации, необходимость наличия лентопротяжного
механизма, а также периодической смены носителя информации различной формы бумаги.
Большие габариты и сложность приборов, необходимость их периодической перезаправки средствами записи и диаграммами, собственно затраты на средства записи и бумаИэ = РуtгКзЦэ
7
BY 14585 C1 2011.08.30
гу для диаграмм ограничивают область применения приборов, самопишущей системы регистрации измеряемых величин.
Широко известны и другие запоминающие устройства, предназначенные для запоминания параметров, изменяющихся во времени. В источнике [3] приведены, в частности
три их вида: механические, магнитные, электростатические. В современных условиях эти
средства широко представлены компьютерной машинной памятью.
Также следует отметить их сложность и экономическую нецелесообразность для широкого массового использования, т.к. подобные системы контроля, цена которых может
существенно превышать стоимость контролируемого объекта, будут просто нерентабельны. С другой стороны подобные запоминающие устройства существуют отдельно и целевым образом не связаны с настоящим способом контроля эффективности работы,
действующих объектов позиционного управления.
Известны устройства [4, 5] соответственно для осуществления способа, согласно которому вводят потребную, базовую норму времени работы объекта управления (высоковольтного выключателя) и автоматически сравнивают ее с фактическим временем работы
выключателя в каждом цикле его действия.
Однако последние сведения целевым образом направлены на защиту соленоида включения и отключения выключателя от перегорания при длительном обтекании его током,
т.е. носят функцию аварийной защиты контролируемого объекта.
Известен способ упрощения автоматического наполнения башни, по которому исключается датчик верхнего уровня башни, что компенсируется постоянной потребной мерой
времени работы насоса, см. стр. 212, рис. 14.8, [1].
Очевидно, что цель, достигаемая здесь введением потребной временной экспозиции,
направлена на упрощение схемы автоматического регулирования, выражающаяся в исключении датчика верхнего уровня.
Известен универсальный работомер, предназначенный для оценки степени использования кранов и учета их работы путем регистрации суммарной перегруженной массы грузов, времени работы крана, числа подъемов груза и т.д., см. стр. 156, [7].
Учет времени работы крана в данном устройстве является не чем иным, как учетом
фактического времени работы крана за контрольный промежуток времени, т.е. является
идентичным (совпадающим по функции) с заявляемым способом.
Однако в известном устройстве все функции учета и измерения, в том числе и времени
работы крана, направлены на оценку "степени использования кранов и учета их работы".
В заявляемом способе фиксация фактического времени работы объекта управления направлена для оценки удельных энергетических затрат, т.е. затрат энергии на единицу продукции. Ввиду неодинакового технического результата идентичные признаки известного
и заявляемого способов не являются эквивалентными.
Во вторых, прием учета времени работы крана, используемый в работомере ВНИИСтройдормаша, носит узконаправленный, утилитарный характер, полезный только для данного рассматриваемого случая. На основании этой разработки известный признак учета
фактического времени работы механизма не может быть обобщен с технической пользой
для других объектов. В этом смысле заявляемый способ носит общий характер для целой
группы объектов, не являясь законченным исчерпывающим источником сведений. Перечисленные доводы и не позволили заявителю выбрать настоящее техническое решение в
качестве прототипа.
В качестве прототипа настоящему изобретению, выбран известный из [1] способ
оценки экономической эффективности, согласно которому фактические электрические
затраты за контрольный промежуток времени приводят к удельным нормам, и по результатам сравнения фактических и удельных затрат на единицу выполненной работы оценивают эффективность работы объекта позиционного управления. Подобный способ оценки
энергетических затрат является в настоящее время в экономике основным, на его базе раз-
8
BY 14585 C1 2011.08.30
рабатываются специальные отраслевые инструкции, см., например "Инструкция по нормированию расхода электроэнергии на эксплуатационные нужды железных дорог". Изд.
"Транспорт", 1967 и последующие переиздания. Это значит, что общий способ оценки
энергетических затрат, отнесенный к общей массе объектов, используемый в экономике, и
основывается на удельных нормах расчета. Поэтому этот известный способ и выбран за
прототип.
Задачей изобретения является упрощение способа оценки экономической эффективности работы объекта для различных систем позиционного управления, а также повышение уровня его оперативности путем введения непрерывного автоматического слежения за
каждым циклом работы действующего объекта.
Задачей изобретения также является расширение области применения способа контроля экономической эффективности и распространение его на устройства различного рода, а именно на:
а) способ контроля эффективности работы объекта, относящегося к развитой и централизованно управляемой системе наружного и внутреннего освещения;
б) способ контроля эффективности работы объекта, относящегося к системе ручного и
автоматического управления электрообогревателем помещения и нагревателям различного рода;
в) способ контроля эффективности работы объекта, относящегося к насосным станциям циклического действия, предназначенным для наполнения и опорожнения резервуара
(водокачки и станции К.Н.С.);
г) способ контроля позиционного перемещения автономного объекта в границах установленной зоны;
д) способ и устройство контроля фактической величины параметра по отношению к
его заданному, фиксированному значению, выраженный во времени. Общий случай;
е) устройство контроля среднедействующей величины параметра, обеспечиваемого
действием объекта управления за контрольный промежуток времени;
ж) устройство для фиксации времени нахождения нескольких параметров в зоне предельно допустимого уровня.
Технический результат изобретения связан со снижением удельных энергетических
затрат, расходуемых на единицу продукции, вследствие действия соответствующего объекта, а также сохранении ресурса действующего объекта.
Иные, побочные, прикладные цели, достигаемые от использования настоящего технического решения, будут раскрыты ниже, попутно с описанием конкретных примеров использования способа и устройства.
Поставленная задача достигается тем, что задают постоянный параметр технических
возможностей объекта управления, например установленную мощность или производительность, фиксированную величину параметра задания Рз, обеспечиваемого действием
объекта управления, и контрольный промежуток времени tк, для которого по параметру
технических возможностей объекта управления и фиксированной величине параметра задания Рз определяют базовый промежуток времени tбаз.tк работы объекта управления, причем для контрольного промежутка времени tк измеряют продолжительность фактического
времени tфакт.tк работы объекта управления, сравнивают упомянутый фактический tфакт.tк и
базовый tбаз.tк промежутки времени между собой, по результатам сравнения которых судят
о величине отклонения эффективности работы объекта управления от оптимальной.
Для решения задачи, обозначенной пунктом а), объект управления представляют
управляемой позиционно сетью наружного или внутреннего освещения, а задаваемый постоянный параметр технических возможностей объекта управления и фиксированную величину параметра задания Рз., выражают в виде установленной световой мощность
осветительной сети Руст.освет. и фиксированной величины нормированной освещенности
Енорм. объекта освещения соответственно, причем базовый промежуток времени tбаз.tк рабо-
9
BY 14585 C1 2011.08.30
ты осветительной сети за контрольный промежуток времени tк определяют равным суммарному ночному времени естественной освещенности объекта ∑tнtк, находящемуся ниже
порога Енорм., при этом суммарное ночное время ∑tнtк определяют автономно локально или
автономно регионально путем его посуточного измерения и суммирования в границах
контрольного промежутка времени tк; tбаз.tк = ∑tн.tк., при Руст.освет. = const, Енорм. = const.
Для достижения цели, обозначенной пунктом б), объект управления выполнен в виде
обогревателя помещения, управляемого позиционно, а задаваемый постоянный параметр
технических возможностей объекта управления и фиксированную величину параметра
задания Рз. выбирают в виде установленной мощности обогревателя помещения Руст.обогр. и
величины установленной температуры воздуха внутри помещения Твнутр. соответственно,
при этом задают контрольные условия для данного помещения и выводят зависимость
tбаз.ку = f(Тнаруж.), где tбаз.ку - базовое время работы объекта управления, определенное для
контрольных условий при Твнутр. = const и Руст.обогр. = const, где Тнаруж. - температура воздуха
снаружи помещения, для всей возможной области изменения Тнаруж.; за контрольный промежуток времени tк величину Тнаруж. приводят к среднему значению Тнаруж.ср. и для этой усредненной величины, с учетом выведенной зависимости tбаз.ку = f(Тнаруж.) находят среднюю
базовую величину времени работы объекта управления tбаз.ср., а базовое время tбаз.tк, для
контрольного промежутка времени tк, находят из выражения: tбаз.tк = tбаз.ср. ⋅ tк.
Для достижения цели, обозначенной пунктом в), объект управления выполнен в виде
насосной установки, управляемой позиционно для наполнения или опорожнения приемного резервуара, а задаваемый параметр технических возможностей объекта управления и
фиксированную величину параметра задания Рз выбирают в виде базовой производительности насоса Gбаз. и заданного объема Vзад. транспортируемой жидкости соответственно,
причем Vзад. для конкретного резервуара приводят к перепаду уровня ∆h, заключенному
между нижним Dну и верхним Dву его пределами, и рассчитывают для одного цикла работы насосной установки, заключающегося в транспортировке заданного объема Vзад.1ц
жидкости для наполнения или опорожнения резервуара; по Gбаз. и Vзад.1ц находят потребное, базовое время работы насосной установки за один цикл tбаз.1ц по выражению:
tбаз.1ц = Vзад.1ц : Gбаз., за контрольный промежуток времени tк измеряют количество циклов
работы насосной установки nцtк, а базовое время работы насосной установки tбаз.tк находят
из выражения: tбаз.tк = tбаз.1ц· n цtк.;
На время опорожнения приемного резервуара, путем откачки из его жидкости насосом, приток жидкости в приемный резервуар прекращают.
Для достижения цели, обозначенной пунктом г), объект управления выполнен в виде
объекта автономного позиционного перемещения, а задаваемый параметр технических
возможностей и фиксированную величину параметра задания Рз выбирают в виде зоны
потенциальных возможностей упомянутого объекта перемещения и установленной зоны
соответственно, причем определяют фактическое положение объекта перемещения внутри
границ установленной зоны и фиксируют фактическое время нахождения объекта перемещения внутри границ установленной зоны ∑tзон.tк или за ее пределами, за контрольный
промежуток времени tк, сравнивают ∑зон.tк с величиной tк и по результатам сравнения судят
о времени пребывания объекта перемещения в границах установленной зоны и о факте
нарушения объектом перемещения границ установленной зоны.
Для достижения цели, обозначенной пунктом д), приводят фактическую величину параметра задания Рфакт. к его заданной фиксированной величине Рз посредством измерения
суммарного времени ∑tфакт.tк фактического отклонения параметра задания Рфакт. от его заданной фиксированной величины Рз, в течение контрольного промежутка времени tк, и
вычисления соотношения: tк : tфакт.рз, по результату которого судят об эффективности работы объекта управления по поддержанию заданной фиксированной величины параметра
задания Рз и(или) о степени отклонения фактической величины параметра задания Рфакт. от
заданной величины Рз за контрольный промежуток времени tк.
10
BY 14585 C1 2011.08.30
За контрольный промежуток времени tк измеряют и фиксируют фактическое время
максимального tфакт.рз.max и(или) минимального tфакт.рз.min отклонения фактической величины
параметра задания Рфакт. от его заданной фиксированной величины Рз, при Рфакт.>Рз и(или)
Рфакт.<Рз.
Заданную фиксированную величину параметра задания Рз ограничивают верхним
(+∆Р) и(или) нижним (+∆Р) пределами ее отклонения и за контрольный промежуток времени tк фиксируют фактическое время максимального tфакт.∆рз.max или минимального
tфакт.∆рз.min отклонения фактической величины параметра задания Рфакт. от его заданной
фиксированной величины Рз, при Рфакт.>(Рз+∆Р) и(или) при Рфакт.<(Рз-∆Р) соответственно.
Фиксируют фактическое время нахождения фактической величины параметра задания
Рз: (Рз+∆Р)>Рфакт.>(Рз-∆Р).
Задача, решаемая здесь пунктом д), относится к любому параметру, уровень которого
поддерживается объектом управления, с помощью позиционного регулирования. Так называемый общий случай контроля эффективности работы объектом управления в системе
позиционного управления им.
Для осуществления способа используется устройство для контроля эффективности
объекта управления в системах позиционного управления, характеризующееся тем, что
содержит датчик параметра задания Dрз для использования в системах объективного автоматического или субъективного ручного, позиционного управления и функционально связанный с объектом управления, выполненным с возможностью воздействия на параметр
задания Рз для обеспечения его заданной фиксированной величины; счетчик для фактического измерения времени tфакт.tк работы объекта управления, где tк - контрольный промежуток времени, в цепь питания которого включен датчик работы объекта управления Dоу;
счетчик для определения базового промежутка времени tбаз.tк работы объекта управления,
функционально связанный с датчиком управления Dу, аналогичным датчику параметра
задания Dрз. Датчик работы объекта управления Dоу выполнен в виде трансформатора тока
или напряжения, входом подключенного к объекту управления, выполненному, например,
в виде сети наружного или внутреннего освещения, а выходом - к счетчику для фактического измерения времени tфакт.tк работы объекта управления. Счетчик для фактического
измерения времени tфакт.tк работы объекта управления выполнен в виде электромеханического часового механизма, а датчик работы объекта управления Dоу выполнен в виде коммутационного контактного элемента, например замыкающего контакта пускателя,
управляющего работой объекта управления. Каждый из упомянутых счетчиков времени
tфакт.tк и tбаз.tк выполнен в виде генератора стабильных сигналов, например мультивибратора с возможностью работы в автоколебательном режиме, к выходу которого подключен
электромеханический или электронный счетчик сигналов генератора, снабженный средством обнуления счета, причем емкость счетчика согласована с периодом колебаний генератора и контрольным промежутком времени tк. Устройство выполнено с возможностью
приведения периода колебаний генератора, фиксируемых счетчиком, в режим целых, действующих единиц времени, путем применения коэффициента пересчета. Электромеханический часовой механизм снабжен счетчиком суток с емкостью, по меньшей мере,
большей кратности суток в периоде контрольного промежутка времени tк, с возможностью обнуления счета суток.
В устройстве для реализации способа, согласно пункта а), объект управления выполнен в виде сети наружного или внутреннего освещения, датчик параметра задания Dрз выполнен в виде фотодатчика и содержит счетчик для определения базового промежутка
времени tбаз.tк с датчиком управления Dу, выполненным в виде фотореле, настроенным на
уровень естественной освещенности объекта освещения, находящейся ниже ее нормируемой величины Енорм., с выходом подключенным к входу упомянутого счетчика времени
tбаз.tк с возможностью регистрации в течение контрольного промежутка времени tк сум-
11
BY 14585 C1 2011.08.30
марного ночного времени ∑tн.tк отклонения естественной освещенности объекта освещения от Енорм..
В устройстве для реализации способа, согласно пункта б), объект управления выполнен в виде обогревателя помещения, датчик параметра задания Dрз выполнен в виде, например, термодатчика, а упомянутый счетчик времени tбаз.tк и датчик управления Dу
выполнены с возможностью их отключения.
В устройстве для реализации способа, согласно пункта в), объект управления выполнен в виде насосной установки или электродвигателя насосной установки, датчик параметра задания Dрз выполнен в виде датчика уровня жидкости в приемном резервуаре,
причем упомянутый счетчик tбаз.tк выполнен с возможностью подсчета количества циклов
работы насосной установки nц.tк за контрольный промежуток времени tк в виде электромеханического счетчика циклов с времязадающей, например, резисторно-емкостной цепью,
переключающим контактом коммутатора управления электродвигателем насосной установки и источника питания, причем упомянутая времязадающая цепь посредством замыкающей группы переключающего контакта подключена к источнику питания, обмотка
упомянутого счетчика циклов посредством размыкающей группы переключающего контакта подключена параллельно к емкости времязадающей цепи, а датчик работы Dоу насосной установки выполнен в виде, например, устройства контроля вращения вала насоса.
В цепь питания упомянутого счетчика циклов включен замыкающий контакт автоматического управления насосной установкой. Счетчик времени tбаз.tк выполнен с возможностью
подсчета количества циклов работы насосной установки nц.tк за контрольный промежуток
времени tк в виде электронного или электромеханического счетчика импульсов, содержащего первый и второй элементы совпадения И, RS-триггер и элемент выдержки времени в
виде одновибратора, причем первый элемент совпадения И выходом подключен к S-входу
RS-триггера, прямой Q-выход которого соединен с первым входом второго элемента совпадения И, второй вход которого соединен с выходом датчика нижнего Dну или верхнего
Dву уровней резервуара, выход второго элемента совпадения И соединен со входом упомянутого элемента выдержки времени, выход которого соединен со входом счетчика импульсов и с R-входом RS-триггера, а к первому, второму и третьему входам первого
элемента совпадения И подключены соответственно выходы датчика верхнего Dву или
нижнего Dну уровней резервуара, замыкающий контакт датчика работы насосной установки и замыкающий контакт автоматического режима управления насосной установкой.
Вход упомянутого счетчика импульсов соединен с R-входом RS-триггера через релейный
элемент.
В устройстве для реализации способа, обозначенного пунктом г), датчик работы объекта управлении Dоу выполнен в виде приемника электромагнитных или радиочастотных
излучений и расположен на объекте управления, выполненным с возможностью автономного позиционного перемещения, а датчик параметра задания Dрз выполнен в виде источника электромагнитных или радиочастотных излучений и упомянутого выше приемника
излучений, причем упомянутый источник излучений расположен в установленной границами зоне пребывания упомянутого объекта перемещения с возможностью взаимодействия с упомянутым приемником излучений, расположенным в границах установленной
зоны или за ее пределами, посредством согласования выходной мощности источника излучений и пороговой чувствительности приемника излучений с размерами установленной
границами зоны, причем счетчик для определения базового промежутка времени tбаз.tк работы объекта управления и датчик управления Dу выполнены с возможностью их отключения.
Устройство для осуществления способа, обозначенного пунктом д), содержит датчик
параметра задания Dрз, выполненный в виде датчика технологического контроля, например уровня или давления, или температуры, или освещенности, настроенного на установленный параметр задания Рз.; содержит первый и второй счетчики времени tфакт.tк,
12
BY 14585 C1 2011.08.30
выполненные с возможностью подсчета времени соответственно tфакт.рз.max и минимального
tфакт.рз.min фактической величины параметра задания Рфакт. от его заданной фиксированной
величины Рз, первый и второй элементы совпадения И, элемент ИНВЕРСИЯ, причем первый вход первого элемента совпадения И соединен с выходом датчика Dрз, вторые входы
первого и второго элементов совпадения И соединены с выходом датчика работы объекта
управления Dоу, выход первого элемента совпадения И соединен со входом счетчика времени tфакт.рз.max, выход второго элемента совпадения И соединен со входом счетчика времени tфакт.рз.min, а первый вход второго элемента совпадения И соединен с инверсным
выходом элемента ИНВЕРСИЯ, вход которого соединен с выходом датчика Dрз.
Датчик параметра задания Dрз выполнен в виде датчика Dрз.max, настроенного, например, на верхний предел установки параметра (Рз+∆Р); содержит второй датчик Dрз.min, настроенный, например, на нижний предел установки параметра (Рз-∆Р); содержит третий и
четвертый элементы совпадения И, первые входы которых соединены соответственно с
выходами датчиков верхнего Dрз.max и нижнего Dрз.min пределов установки параметра, причем первый вход четвертого элемента совпадения И соединен с выходом датчика Dрз.min
через элемент ИНВЕРСИЯ, выходы третьего и четвертого элементов совпадения И соединены соответственно со входами счетчиков времени tфакт.рз.max и tфакт.рз.min, вторые входы
третьего и четвертого элементов совпадения И соединены с выходом датчика работы объекта управления Dоу, а счетчики времени tфакт.рз.max и tфакт.рз.min настроены соответственно
на верхний (Рз+∆Р) и нижний (Рз-∆Р) пределы фактической величины параметра задания
соответственно Рфакт.max и Рфакт.min.
Устройство содержит счетчик времени tфакт.рз фактического нахождения параметра задания Рфакт. в границе области: (Рз+∆Р)>Рфакт.>(Рз-∆Р), пятый и шестой элементы совпадения И, причем первый вход пятого элемента совпадения И через элемент ИНВЕРСИЯ
соединен с выходом датчика Dрз.max верхнего предела (Рз+∆Р) установки параметра
Рфакт.max, второй вход пятого элемента совпадения И соединен с выходом датчика Dрз.min
нижнего предела (Рз-∆Р) установки параметра Рфакт.min, выход пятого элемента совпадения
И соединен с первым входом шестого элемента совпадения И, второй вход которого соединен с выходом датчика работы объекта управления Dоу, причем выход шестого элемента совпадения И соединен со входом счетчика времени tфакт.рз фактического
нахождения параметра задания Рфакт. в границе области: (Рз+∆Р)>Рфакт.>(Рз-∆Р).
Устройство контроля среднедействующей величины параметра, обеспечиваемого действием объекта управления, за контрольный промежуток времени tк, обозначенное пунктом е), обеспечено тем, что датчик параметра задания Dрз выходом соединен со входом
упомянутого счетчика времени tфакт.tк, выполненного на генераторе стабильных сигналов
автоколебательного режима и счетчике сигналов, причем выход датчика Dрз соединен со
входом счетчика сигналов через дифференцирующий элемент. Дифференцирующий элемент выполнен в виде усилителя сигнала с выхода датчика Dрз, выходом соединенного с
преобразователем напряжения в частоту, выполненным в виде упомянутого генератора
стабильных сигналов автоколебательного режима с возможностью его управления выходным напряжением усилителя. Дифференцирующий элемент выполнен в виде времязадающего резистора упомянутого генератора сигналов, причем времязадающий резистор
образован сопротивлением коллекторно-эмиттерного перехода, например транзистора
оконечного каскада упомянутого усилителя сигнала.
Устройство для фиксации времени нахождения нескольких параметров, находящихся
по уровню в предельно допустимой зоне по пункту ж), обеспечивается тем, что содержит
элемент ИЛИ, выход которого соединен с первым входом упомянутого первого элемента
совпадения И, причем соответствующие входы элемента ИЛИ являются входами сигналов
от датчиков DПр предельных величин соответствующих параметров.
13
BY 14585 C1 2011.08.30
На фиг. 1 изображена структурно-принципиальная электрическая схема учета фактического времени tфакт.tк работы объекта управления, представленного в виде осветительной
сети;
На фиг. 2 изображена структурная электрическая схема учета базового времени tбаз.tк
работы объекта управления, представленного в виде участка осветительной сети;
На фиг. 3 изображена схема структурной связи термодатчика со счетчиком времени,
предназначенного для контроля фактической величины tфакт.tк действия объекта управления, представленного в виде обогревателя помещения;
На фиг. 4 изображена принципиальная схема объекта управления в виде насосной установки, предназначенной для подачи питьевой воды потребителям, с использованием водонапорной башни;
На фиг. 5 изображена принципиальная схема насосной установки, предназначенной
для откачки канализационных стоков. Принципиальная схема станции КНС (канализационной насосной станции).
На фиг. 6 изображена принципиальная электрическая схема счетчика циклов работы
насосной установки на основе резисторно-емкостной времязадающей цепи;
На фиг. 7 изображена принципиальная электрическая схема счетчика циклов работы
насосной установки на основе базовых логических элементов;
На фиг. 8 изображена структурная электрическая схема учета фактического времени
максимального и минимального предельно допустимого отклонения параметра от его заданной фиксированной величины Рз, т.е. соответственно tфакт.рз.max и tфакт.рз.min при прямом
соединении датчика DПр со счетчиком времени;
На фиг. 9 изображена та же структурная, электрическая схема учета времени работы
объекта управления с предельно допустимым отклонением параметра от его заданного
значения с использованием схемы логического совпадения на входе счетчика времени;
На фиг. 10 изображена структурная электрическая схема учета tфакт.tк. Общий случай
учета времени отклонения фактической величины параметра Рфакт. от его заданной величины Рз, т.е. устройство, фиксирующее время tфакт.рз.max, когда Рфакт.>Рз и tфакт.рз.min, когда
Рфакт.<Рз.
На фиг. 10а изображена диаграмма временного диапазона слежения, который обеспечивается структурной схемой, изображенной на фиг. 10;
На фиг. 11 изображена структурная электрическая схема учета времени нахождения
фактической величины параметра Рфакт. на уровне верхнего Рз+∆Р и нижнего Рз-∆Р приращений соответственно tфакт.∆рз.max и tфакт.∆рз.min. Здесь же изображена схема, реализующая
случай учета фактического времени tфакт. ± ∆Рз, когда фактическая величина Рфакт. находится в границе области (Рз+∆Р)>Рфакт.>(Рз-∆Р) фиксированной величины параметра задания Рз. Общий случай, относящийся к любому контролируемому параметру;
На фиг. 11а и 11в изображены диаграммы диапазона временного слежения, который
обеспечивается структурной схемой, изображенной на фиг. 11;
На фиг. 12 изображена структурная электрическая схема учета времени выхода Рфакт.
фактического значения нескольких параметров на уровень их предельно установленных
значений;
На фиг. 13 изображена структурная электрическая схема учета среднедействующей
фактической величины параметра Рфакт.ср. за весь контрольный промежуток времени tк;
Далее приводится свод принятых в материалах заявки сокращений:
tк. - контрольный промежуток времени;
о.у. - объект управления;
Рз - величина параметра задания;
tбаз.tк. - базовый промежуток времени работы о.у. за время tк;
tфакт.tк - фактический промежуток времени работы о.у. за время tк;
Руст.освет. - установленная световая мощность осветительной сети;
14
BY 14585 C1 2011.08.30
Енорм. - величина нормированной освещенности объекта освещения;
∑tн.tк. - суммарное время естественной ночной затененности объекта освещения, находящееся ниже ее нормированной величины Енорм, за время tк.;
∑t∂.tк. - суммарное время естественной дневной светлости объекта освещения, находящееся выше ее нормированной величины Енорм, за время tк.;
Руст.обогр. - установленная мощность обогревателя помещения;
Рп.баз. - полная, потребная базовая мощность, отнесенная к времени tк.;
Твнутр. - установленная температура воздуха внутри помещения;
Тнаруж. - наружная температура воздуха;
Тнаруж.ср. - средняя наружная температура воздуха за время tк.;
tбаз.ку - базовое время работы о.у., выведенное для контрольных условий;
Рфакт. - фактическое значение параметра;
tфакт.рз.max - время фактического максимального отклонения параметра от его заданной
величины Рз за контрольный промежуток времени tк.;
tфакт.рз.min - время фактического минимального отклонения параметра от его заданной
величины Рз, за контрольный промежуток времени tк.;
(+∆Р) и (-∆Р) - соответственно верхний и нижний пределы установки (приращений) от
величины параметра задания Рз.;
(Рфакт.max) и (Рфакт.min) - соответственно максимальная и минимальная абсолютная фактическая величина параметра, соответствующая величине пределов приращений +∆Р и
-∆Р параметра задания Рз.
tфакт.∆рз.max - фактическое время нахождения параметра в границе области: (Рз+∆Р);
tфакт.∆рз.min - фактическое время нахождения параметра в границе области: (Рз-∆Р);
tфакт. ± ∆Рз - фактическое время нахождения параметра в границе области:
(Рз+∆Р)>Рфакт.>(Рз-∆Р);
Рфакт.ср. - фактическая, среднедействующая величина параметра за весь контрольный
промежуток времени tк;
Gбаз. - базовая производительность насоса;
Vзад. - заданный объем транспортируемой насосом жидкости, определяемый Gбаз.;
Vзад.1ц - объем транспортируемой насосом жидкости, приходящийся на 1 цикл действия насоса, заключенный в перепаде уровня ∆h, находящегося между датчиками верхнего
Dву и нижнего Dну уровней;
∆h - расстояние (перепад) между датчиком нижнего Dну верхнего Dву уровней;
tбаз.1ц - базовое, одноцикличное действие насосной установки;
nц.tк - количество циклов работы насосной установки за время tк.;
Qбаз.ку - потребные, базовые тепловые затраты на обогрев данного помещения, выведенные для контрольных условий;
Qрасч. - расчетные, тепловые затраты необходимые на обогрев данного помещения;
∑tзон.tк - фактическое суммарное время нахождения объекта перемещения в границах
выделенной зоны или за ее пределами за время tк.;
Dрз - датчик параметра задания;
Dу - датчик управления
DПр - датчик предельной величины параметра;
Dоу - датчик работы объекта управления о.у.;
Dрз.max; Dрз.min - датчик допустимой установки соответственно по верхнему и нижнему
уровню пределу контроля параметра;
nг.с. - количество импульсов, излучаемых генератором в единицу времени;
nср. - среднее приведенное количество импульсов излучаемых генератором сигналов за
время tк.;
15
BY 14585 C1 2011.08.30
nс - количество сигналов на выходе генератора для реальных условий действия Рфакт.,
за время tк.;
Рфакт.ср. - средняя, фактическая величина параметра, действующая в течение всего контрольного промежутка времени tк.;
ДЭ - дифференцирующий элемент;
ПнЧ - преобразователь напряжения в частоту;
Афакт. - фактическая работа, выполненная механизмом или агрегатом в установленную
единицу времени, за время tк.;
Аудельн. - удельная производительность механизма или агрегата в установленную единицу удельной производительности;
tудельн. - удельная единица выбранного времени, отнесенная к удельной производительности Аудельн., механизма, агрегата.
Рассмотрим варианты осуществления способа контроля эффективности работы объектов управления на конкретных примерах прикладного использования.
В частности рассмотрим способ контроля эффективности работы о.у., представленного в виде сети наружного или внутреннего освещения, обозначенного пунктом а) в разделе
"задача изобретения".
Пример этого способа реализован с привлечением устройства, изображенного на
фиг. 1 и 2 графических материалов.
Здесь изображена сеть наружного или внутреннего освещения 1, связанная электрически через элемент управления 2 с источником питания, который показан на чертеже в виде
клеммы. В качестве органа управления здесь представлена кнопка или обычный выключатель 3, предназначенная для ручного управления магнитным пускателем, например, которым и является упомянутый выше элемент управления 2. Элемент управления 2 в виде
магнитного пускателя электрически коммутирует сеть 1 с источником питания.
Если линия управляется вручную, то поддержание величины параметра задания Рз в
виде нормированной величины освещенности Енорм. осуществляется субъективно. Однако
в настоящее время управление позиционным состоянием линий освещения производится
в большинстве случаев автоматически, т.е. объективно. В этом случае на величину Енорм.
реагирует датчик 4, который является датчиком параметра задания Dрз.
Датчик 4 в данном случае выполнен в виде фотодатчика, действующего через промежуточный элемент (не показан) на катушку магнитного пускателя, представленного на
чертеже в виде элемента управления 2. Магнитный пускатель 2 и управляет двумя позиционными состояниями "вкл", "откл" линии освещения 1. На чертеже также показаны
датчик работы о.у., Dоу, 5 и счетчик времени фактической работы tфакт.tк, 8, линии освещения 1.
Структурно счетчик 8 выполнен на базе генератора стабильных сигналов 7 и счетчика
импульсов 6, который включен на выход генератора 7. Датчик работы Dоу в настоящем
случае выполнен в виде трансформатора, который своей первичной высоковольтной обмоткой напрямую включен в линию питания осветительной сети 1. Вторичную низковольтную обмотку упомянутого трансформатора мы используем для блока питания
генератора 7. Подробные схемы такого рода известны, поэтому здесь их детализация
опускается.
На фиг. 1 показан логический элемент 9 (ИЛИ), посредством которого строится совмещенная схема ручного управления кнопкой 3 по входу 2 элемента 9 или автоматического управления сигналом с выхода датчика 4 поданным на вход 1 элемента 9.
В общем случае схему 9 (ИЛИ) функционально реализует переключатель выбора режима: "ручной" и "автоматический", что в структурном виде и изображено по первому 1 и
второму 2 входам логического элемента ИЛИ 9.
Для подобных линий наружного и внутреннего освещения сегодня по-прежнему остается актуальным отсутствие альтернативного контроля их оптимальной работы строго по
16
BY 14585 C1 2011.08.30
уровню необходимости и достаточности их действия. В свою очередь наличие такого контроля, скажем в ежемесячной отчетности, позволит повысить точность процесса действия
этих систем, что приведет к экономии расхода электроэнергии, и увеличения ресурса их
использования за счет сокращения ненужной работы.
Рассмотрим действие контроля эффективности работы осветительной линии 1, которая представлена в виде электроустановки, мощностью Руст.освет. в режиме ее автоматического управления. Изначально мы зададимся тем, что Руст.освет. = const и Енорм. = const.
При достижении порога естественной освещенности ниже Енорм., датчик 4, воздействуя
через промежуточный элемент на элемент управления 2, т.е. на магнитный пускатель,
включает линию освещения 1 в работу. Одновременно датчик работы о.у. Dоу 5, выполненный в виде первичной обмотки трансформатора, включенной в линию освещения 1,
своей обмоткой низкого напряжения включает в работу и счетчик времени фактической
работы 8 этой линии.
Таким образом, за контрольный промежуток времени, например за месяц, счетчик 8,
работающий с накоплением импульсов, зафиксирует действительное, фактическое время
работы линии освещения 1, т.е. величину tфакт.tк.
Если учесть, что в любом районе, даже одного населенного пункта, независимо друг
от друга действуют множество осветительных линий, с самостоятельными настройками
фотодатчиков, управляющих своими объектами, даже на одну и ту же величину Енорм., то
только за счет произвольных субъективных настроек точность работы даже двух линий
будет неодинакова.
На величину точности работы линий будут влиять ремонтные, наладочные и иные
факторы, связанные с безотказными действиями техники автоматического управления.
Таким образом, счетчиком 8 для учета индивидуальных величин tфакт.tк необходимо
оборудовать все линии города, завода, участка..., например.
В свою очередь, для определения потребной, базовой величины времени tбаз.tк воспользуемся соотношением: tбаз.tк = ∑tн⋅ tк; где суммарное время естественной освещенности объекта освещения ∑tн.tк, в границах всего контрольного времени 4, находящееся ниже
нормированной величины Енорм., находим с использованием устройства, показанного на
фиг. 2, которое также представляет собой уже упомянутый выше счетчик времени 8, выполненный на базе генератора стабильных сигналов 7 и счетчика импульсов 6, причем на
вход генератора подключен выход датчика управления Dу в виде фоторезистора 4 и включенного в фотореле 10.
Данное устройство представлено в виде отдельного автономного образцового прибора, который учитывает время ∑tн в пределах всего географического региона, в отношениях
которого время восхода и захода солнца примерно одинаково. В этом случае и временной
пояс смены естественной освещенности региона также одинаков.
Задавшись величиной Енорм. = const и настроив работу фотореле 10 на величину затемнения, равную порогу затененности или светлости объекта освещения Енорм. в виде конкретной величины, образцовый счетчик времени 6, изображенный на фиг. 2, за
контрольный промежуток времени tк и подсчитает сумму ∑tн.tк с накоплением, которая и
явится величиной потребного базового времени tбаз.tк работы всех линий освещения, охваченных одним временным поясом. Если настроить порог срабатывания фотореле 10 на
величину дневной светлости, что соответствует инверсному состоянию выхода фотореле
10 по отношению к предыдущему случаю, то счетчик времени учтет суммарную величину
∑t∂ по уровню светлости выше величины Енорм., и тогда tбаз.tк = tк-∑t∂.tк.
Теперь, имея величину tбаз.tк и зная величину установленной осветительной мощности
Руст.освет., имеется доказательная база для списания определенной величины расхода электроэнергии на потребности осветительной сети. А сравнивая время tбаз.tк и время tфакт.tк,
отнесенные к действию конкретной линии освещения, имеется возможность оценивать
17
BY 14585 C1 2011.08.30
техническую эффективность работы средств управления каждой осветительной линии в
отдельности.
Очевидно, что для каждой линии освещения, как и любого о.у. в общем виде, в идеале,
tфакт.tк должно быть равно tбаз.tк. В случае, если в предъявленном примере первая величина
времени будет меньше второй, при исправности средств технического управления, есть
основания утверждать о нарушении технологии освещенности объекта освещения.
Естественно, что для всего региона при определении потребного, базового времени
действия наружных, и тем более для внутренних, осветительных сетей величина tбаз.tк не
может быть одинакова. Это связано с тем, что объекты освещения находятся в неодинаковых условиях по отношению действия на них естественных источников света и размещению искусственных сооружений: деревьев, домов и т.д., создающих дополнительную
затененность для освещаемых объектов. К тому же площадь оконного остекления и прочее дополняет влияние внешних факторов к уровню естественной освещенности внутренних объектов освещения.
В каждом конкретном случае величина tбаз.tк может быть скорректирована путем введения постоянно действующего поправочного коэффициента, на который умножается исходная базовая величина времени. Ясно, что в случае дополнительной затененности
объекта освещения, по отношению к условиям, в которых получена величина tбаз.tк, этот
поправочный коэффициент будет больше единицы, т.е. повышающим.
Для каждого автономного источника освещения, исходя из индивидуальных условий
эксплуатации, необходимо вывести собственный поправочный коэффициент. Здесь очевидно и другое, что условия эксплуатации источников освещения достаточно стабильны,
поэтому и их переоценка имеет нечастый характер.
Настоящую методику контроля эффективности работы источников света нетрудно перенести на действие любого другого о.у. Так, если оборудовать счетчиком времени фактической работы tфакт.tк любой агрегат, производительность которого известна или
измеряема, то исходя из реально выполненной работы и производительности агрегата
можно определить величину tбаз.tк и по соотношению этих величин и оценить эффективность действия агрегата.
К примеру, если оборудовать счетчиком времени 8 мобильный сельскохозяйственный
агрегат, а в качестве датчика работы агрегата использовать реле вращения, задействованное от трансмиссии его перемещения, то зная выполненную работу по вспашке, культивации, обработке, например производительность агрегата, время перемещения к месту
работы и обратно, можно получить величину tбаз.tк и сравнить это время со временем tфакт.tк
фактического действия агрегата, например за каждый день его работы.
Ведением того же поправочного коэффициента можно скорректировать неодинаковые
условия работы агрегата, как-то неодинаковый рельеф местности, состав почвы (твердость, влажность, засоренность), глубина вспашки и т.д. Несмотря на большой набор условий, они все же относятся к постоянно действующим факторам и могут быть
скорректированы посредством использования поправочного коэффициента.
Если учесть, что производительность работы какого-нибудь агрегата фактически является величиной удельной работы, выполняемой им в единицу времени, например га/час
или т/час, то базовое время tбаз.tк найдем путем деления Афакт. : Аудельн. ⋅ tудельн и умножению
этого соотношения на удельную единицу времени tудельн, где Афакт. - фактически выполненная агрегатом работа в объеме принятых единиц, а Аудельн - удельная работа агрегата,
согласно его установленной производительности, в тех же одноименных принятых единицах, т.е.:
(1)
tбаз.tк = Афакт. : Аудельн. ⋅ tудельн.
Как отмечалось выше, при использовании в виде действующего о.у. электропривода
любого механизма конструкция датчика его работы Dоу несколько упрощается. В его ка-
18
BY 14585 C1 2011.08.30
честве могут быть задействованы: кнопка с фиксацией ее позиционного состояния, блокконтакт пускателя, промежуточное реле, понижающий трансформатор блока питания, которые используются в управлении электроприводом механизма.
Рассмотрим способ контроля эффективности работы о.у., относящегося к системам
управления электрическими обогревателями помещений и нагревателями среды различного рода, что заявлено в п. б) изначально поставленной задачи.
В этом случае реализации изобретения величину параметра задания по внутренней
температуре воздуха внутри помещения Твнутр. устанавливает Межгосударственный Стандарт МНТКС от 11 декабря 1996 г. В частности, расчетные температуры на рабочих местах производственных помещений определяются Приложением 2 этого документа. В
зависимости от периода года, тяжести работ, влажности и скорости движения воздуха устанавливается оптимальная температурная норма на рабочем месте. Иными словами, параметр задания Рз, обеспечиваемый действием о.у., в прикладном смысле приобретает
вполне конкретное значение внутренней температуры воздуха Рз = Твнутр, которая задается
стандартом, например 18 °C.
Объект управления о.у. представлен обогревателем помещения определенной постоянно установленной мощности Руст.обогр..
Подобные системы электронагрева используются в основном в ручном или автоматическом позиционном управлении.
Для получения величины tфакт.tк используем схему, изображенную на фиг. 3, по аналогии близкую к схеме, изображенной на фиг. 1, графических материалов. В этом случае
датчиком параметра задания 4 выступает термодатчик, работающий в комплексе с термореле 11, которое и настраивают на величину параметра задания, равную Твнутр..Вместо линии 1 представим электроприемник в виде электрообогревателя помещения постоянной
мощности Руст.обогр..
Таким образом, термореле, при падении температуры внутри помещения ниже ее порогового значения Твнутр., включает через промежуточный элемент управления 2 пускатель, например, в действие электронагреватель установленной мощности. И по мере
набора установленной температуры отключает электронагреватель. От линии нагрева датчиком работы Dоу 5 включается в действие и счетчик фактического времени работы нагревателя 8. Счетчик 8 и подсчитает с накоплением суммарное время tфакт.tк работы
электронагревателя, за контрольное время tк, по той же структурной аналогии, которая
рассматривалась при обеспечении автоматического позиционного управления линии освещения, изображенной на фиг. 1.
С другой стороны для данного помещения задаются контрольные условия, а именно
утепляют его на период предполагаемого отопительного сезона, создают условия вентиляции помещения, близкие к реально действующим по условиям эксплуатации и т.д., и
строят экспериментальную зависимость потребных, удельных тепловых затрат:
Qбаз.ку = f(Тнаруж.); (2), для всей возможной области изменения Тнаруж. при Руст.обогр. и
Твнутр. равно const. Эта зависимость будет являться своеобразным базовым тепловым паспортом помещения.
Построение экспериментальной зависимости поясним на примере использования
электрического отопления помещения, действующего в автоматическом режиме управления нагревателем. Помимо фиксации величин Руст.обогр. и Твнутр. поочередно зафиксируем,
как постоянную также и величину Тнаруж.. На практике выбирают естественные условия с
устоявшейся определенной величиной Тнаруж. = const., при этом источник нагрева снабжают счетчиком времени его работы с применением устройства аналогичного счетчику времени работы линии освещения, учет времени работы которой описан выше. В этих
условиях поддержание внутренней температуры воздуха внутри помещения, равной установленной величине Твнутр., будет достигаться некоторым временем работы нагревателя с
заданной и известной величиной мощности Руст.обогрев.
19
BY 14585 C1 2011.08.30
Фиксируя таким образом поочередно различные, установившиеся величины Тнаруж. для
каждой из них, находим свою соответствующую, потребную удельную тепловую мощность Qбаз.ку, необходимую для поддержания заданной температуры воздуха внутри помещения Твнутр.. Это значит, что для разных величин Тнаруж., будем иметь различные
соответствующие значения Qбаз.ку. Затем по полученным результатам и строим базовую
тепловую характеристику конкретного помещения для всей возможной области изменения величины Тнаруж..
Для построения этой характеристики можно воспользоваться передвижным, автономным электрическим тепловым генератором с автоматической системой управления им и
счетчиком времени его работы. При этом мощность этого генератора должна быть достаточной для выхода и поддержания величины Твнут. при самой меньшей величине Тнаруж..
По принципу действия тепловой генератор, используемый для получения базовой тепловой характеристики помещения, может быть как прямого, так и косвенного нагрева.
Для перевода электрической мощности в тепловую, при расчетах, можно воспользоваться формулами 20.3 и 20.4, упомянутыми на стр. 314 источника [1].
Представляется, что в условиях дефицита энергоносителей все отапливаемые помещения, независимо от вида используемого топлива или способа отопления (местное, центральное), должны снабжаться такими базовыми тепловыми паспортами уже на стадии
сдачи их в эксплуатацию. А любой вид топлива: и твердый, и жидкий, и газообразный, с
учетом его расчетной теплоты сгорания можно привести к сравнению с потребной, базовой тепловой величиной Qбаз.ку. Что касается централизованного способа отопления помещений, то для средней величины Тнаруж.ср., о чем речь пойдет ниже, можно путем
суммирования потребных, базовых тепловых затрат, необходимых для обогрева всех помещений за время tк., подсчитать общую базовую тепловую потребность.
В формуле изобретения вместо величины Qбаз.ку используется базовая величина времени tбаз.ку, в этом нет противоречия, т.к. переход к терминологии тепловых затрат математически вытекает из времени работы электронагревателя постоянной установленной
мощности Руст.обогр.. Это фундаментально подтверждено известным в электротехнике законом Джоуля-Ленца, устанавливающим пропорциональную связь количества тепла при тепловом действии тока. Согласно этому закону количество тепла, выделяемого тепловым
действием, пропорционально мощности электронагревателя и продолжительности времени действия нагревателя, т.е.
Qбаз.ку = Руст.обогр. ⋅ tбаз.ку.
Если учесть, что Руст.обогр. является постоянной величиной в абсолютном значении, выступающей в виде некоторого постоянно действующего коэффициента, то:
Qбаз.ку = k ⋅ tбаз.ку.
С учетом экспериментальных данных полученных величин Qбаз.ку и с учетом установленной зависимости (2), построим базовую зависимость tбаз.ку = f(Тнаруж.) для всей возможной области изменения величины Тнаруж..
Затем за контрольный промежуток времени tк. находим среднюю величину температуры воздуха снаружи помещения Тнаруж.ср., действующую в течение всего контрольного
времени. Эту цифру можно взять для конкретного региона из сводки службы метеонаблюдения.
Теперь для величины Тнаруж.ср. по зависимости tбаз.ку = f(Тнаруж.) находим среднюю базовую удельную величину работы о.у. в виде обогревателя помещения tбаз.ср., а все базовое
время за контрольный промежуток времени составит тогда: tбаз.tк = tбаз.ср. ⋅ tк..
Если базовое время работы нагревателя tбаз.tк за контрольный промежуток времени известно, то это время можно аналитически сравнить с действительным, фактическим временем работы tфакт.tк, причем последнее подсчитывается счетчиком времени по
аналогичной выше методике уже известными средствами.
20
BY 14585 C1 2011.08.30
Чтобы перейти к анализу топливных затрат по другим видам топлива, необходимо путем пересчета перейти к тепловым затратам. Подсчитать фактическую величину тепловых
затрат на обогрев помещения за весь контрольный промежуток времени по фактическому
расходу топлива и с учетом его теплоты сгорания и сравнить с Qбаз.ку. Причем, как сказано
выше, Qбаз.ку расчетным путем получено, для контрольных условий, по данным величин
tбаз.tк и Руст.обогр.. При пересчетах необходимо учесть, что полная, потребная базовая электрическая мощность, отнесенная ко всему контрольному времени tк, будет равна:
Рп.баз. = tбаз.ку ⋅ Руст.обогр.; что фактически повторяет соотношение Джоуля-Ленца.
А чтобы перейти от электрической тепловой величины к ее тепловому аналогу, полученному от других источников, для определения Qбаз.ку, можно воспользоваться зависимостями 20.3, 20.4 источника [1]. Отсюда, с учетом к.п.д. электронагревателя, найдем общую
величину базовой теплоты Qбаз., которую подведем с учетом удельной теплоты сгорания
другого вида топлива, в виде постоянной величины Руст.обогр. в течение упомянутого выше
базового времени tбаз.ку.
Если построить расчетную характеристику тепловых потерь помещения
Qрасч. = f(Тнаруж.) и сравнить ее с базовой Qбаз.ку, (2), то по результатам их сравнения
можно судить об уровне достаточности теплоизоляционных свойств помещения. Ведь в
сущности величина Qбаз.ку должна стремится к Qрасч., что свидетельствует о достаточности
теплоизоляции помещения, в свою очередь, если Qбаз.ку значительно превышает величину
Qрасч., можно утверждать о низком уровне тепловой изоляции помещения и принимать меры в ее улучшении. Разные расчетные величины Qрасч. для разной разности температур
Тнаруж. - Твнутр. находят по формулам теплопередачи с учетом коэффициента передачи тепла материала и площади стенки и т.д. Однако проще величину Qрасч. находить по формуле
укрупненных показателей, широко используемой в основах теплопередачи.
Таким образом, имеет место решение дополнительной параллельной задачи, существующей в оценке уровня фактической тепловой изоляции помещения, что также важно
при вводе новых и оценке действующих объектов в эксплуатацию.
Рассмотрим способ контроля эффективности работы о.у., относящегося к насосной
станции циклического действия по наполнению или опорожнению резервуара, что заявлено в п. в) поставленной задачи.
Подобные насосные системы действуют в канализационно-насосных станциях (КНС)
и водокачках питьевой воды.
На фиг. 4 изображена схема насосной установки для подачи питьевой воды с использованием водонапорной башни, где показана водонапорная башня 12 и максимальный 13
и минимальный 14 уровни в ней. На фиг. 4 также показан глубинный насос 15, поднимающий по линии подачи 16 воду из скважины питьевой воды в напорную башню 12. Из
башни 12 питьевая вода под статическим давлением столба жидкости по линии расхода 17
подается к потребителю.
На фиг. 5 изображена принципиальная схема откачки стоков с использованием системы канализационно-насосной станции. На ней под позицией 18 изображен приемный резервуар стоков, куда самотеком или станцией первого подъема стоки подаются в
резервуар 18, по линии подачи стоков 19, и откачиваются из приемного резервуара 18 насосом 20, по линии напора стоков 21, на поля фильтрации или в приемный резервуар
станции следующего подъема по мере достижения максимального 13 и минимального 14
уровня стоков в приемном резервуаре 18.
На фиг. 5 также показан запорный орган 22, установленный на линии подачи стоков 19.
Способ контроля эффективности работы о.у. в виде насосной станции циклического
действия основывается на том, что постоянство технических возможностей данного о.у.
обеспечивается базовой номинальной производительностью насоса Gбаз.. В свою очередь
постоянство параметра задания Рз. увязывают с поддержанием установленного уровня в
пределах его перепада ∆h, заключенного между датчиками нижнего Dну 14 и верхнего
21
BY 14585 C1 2011.08.30
Dву 13 уровней. Если принять, что Gбаз. = const и ∆h = const, то заданный объем жидкости
Vзад. заключенный между датчиками нижнего и верхнего уровней Dну и Dву и равный по
высоте значению ∆h, является одновременно и постоянной, и расчетной величиной, равной для кругового резервуара 12 или 18:
Vзад. = nR2 ⋅ ∆h.
Теперь, задавшись величинами Gбаз. и Vзад., можно определить базовое потребное время действия насосной установки для ее одноцикличного действия:
tбаз.1ц = Vзад. : Gбаз., а зная количество циклов действия насоса 16 фиг. 4 или насоса 20
фиг. 5, nцtк по наполнению или опорожнению башни 12 или соответственно приемного резервуара 18, за контрольный промежуток времени tк можно вычислить величину потребного базового времени работы насосной установки, т.е:
tбаз.tк = tбаз.1ц· n цtк.
Действительное, фактическое время tфакт.tк, работы насосной установки за контрольный промежуток времени tк определяется путем привлечения счетчика времени 8, изображенного на фиг. 1, или его принципиальных конструкций, выделенных штриховой
линией на фиг. 2 или 3.
Для настоящего варианта использования счетчика элементом управления 2 может
служить блок-контакт магнитного пускателя электродвигателя насоса, и тогда элемент
управления насосом - магнитный пускатель будет одновременно выполнять функции датчика работы Dоу 5, т.е. насоса.
Если в качестве датчика работы объекта, т.е. насоса Dоу, используется трансформатор,
включенный в одну из фаз цепи питания электропривода насоса, или, например, датчик
вращения (реле вращения) вала насоса, то эти элементы будут выступать на схеме фиг. 1
как самостоятельные датчики работы Dоу, отмеченные структурно на этой фиг. позицией
5. В последнем случае магнитный пускатель будет выполнять функцию только элемента
управления 2, о.у.,(насоса).
Тогда с началом работы насосной установки, соответствующим элементом управления 2 или датчиком работы насоса 5 включится в действие и счетчик фактического времени tфакт.tк, который за период времени tк суммирует с накоплением счета величину
фактического времени работы насоса за весь контрольный промежуток времени.
Теперь вернемся к подсчету циклов работы насосной установки за контрольный период времени tк, т.е. к определению величины nц.tк. Для определения этой величины используется принципиальная электрическая схема счетчика циклов работы насосной установки
на основе резисторно-емкостной времязадающей цепи, изображенная на фиг. 6. Здесь показаны клеммы питания счетчика циклов "+" и "-", счетчик циклов 23 электромеханический, например времязадающая цепь в виде последовательно включенных элементов R и
C 24, переключающий контакт датчика работы Dоу, насоса 25 и замыкающий контакт 26
переключателя автоматического управления режимом работы насоса.
В исходном состоянии переключатель режима 26 замкнут, насос не работает, находясь
в ждущем верхнего или нижнего уровня состоянии, значит, переключающий контакт 25
датчика работы насоса находится в замкнутом, верхнем по схеме, состоянии. При запуске
насоса, по автоматическому режиму управления, переключающий контакт 25 датчика работы насоса Dоу (или элемента управления насосом в виде блок-контакта магнитного пускателя) переключится в верхнее по схеме состояние. В этом случае начинает заряжаться
конденсатор С времязадающей цепи 24, через резистор R этой же цепи: от клеммы "+" до
клеммы "-", через замыкающий контакт 26 автоматического режима управлением работы
насоса. При существенной продолжительности работы насоса, что определяется параметрами элементов цепи 24, конденсатор С запасает необходимый уровень энергии, и при отключении насоса, по мере наполнения или опорожнения резервуара разряжается на
обмотку счетчика циклов 23. Это происходит благодаря тому, что конденсатор С подключается параллельно обмотке счетчика 23 посредством переключения контакта 25 в верх22
BY 14585 C1 2011.08.30
нее по схеме состояние датчиком работы Dоу, отключенного к этому времени, насоса.
Энергия, запасенная в конденсаторе, и понуждает счетчик циклов 23 зафиксировать в накопительной памяти единицу счета.
При кратковременном включении, что необходимо при опробовании насоса, проведение искусственного краткого цикла включения и отключения не приведет к фиксации
цикла счета из-за недостаточности запасенной энергии в накопительном конденсаторе С.
В некоторой мере избежать ложного фиксированного сигнала позволяет присутствие в
схеме замыкающего контакта 26 автоматического режима работы насоса. Учитывая то,
что опробование насоса производится в режиме ручного управления, контакт 26 будет отключен и счетчик обесточен.
Таким образом, в режиме автоматического управления счетчик циклов 23 наполнения
или опорожнения резервуара зафиксирует их количество за контрольное время tк. Естественно, что после съема счета, счетчик обнуляется или данные заносятся в ведомость с накоплением.
Рассмотрим работу счетчика циклов, основанного на базовых логических элементах,
который изображен на фиг. 7.
На фиг. 7 изображены первый 27 и второй 28 элементы И, RS-триггер 29, элемент выдержки (экспозиции) времени ВВ 30, релейный элемент РЭ 31 и счетчик количества циклов 23. На первый вход первого элемента И 27 подключен сигнал с выхода датчика
верхнего (нижнего) уровня Dв(н)у, а на второй вход второго элемента совпадения 28 подключен сигнал с выхода датчика нижнего (верхнего) уровня Dн(в)у. Порядок подключения зависит от адресного использования схемы. Так если она используется для
опорожнения резервуара, то действует вариант без скобок, а если схема предназначается
для контроля процесса циклов наполнения башни, действует вариант в скобках.
Рассмотрим действие схемы по подсчету циклов опорожнения резервуара. По мере заполнения резервуара сигнал с датчика верхнего уровня Dву заполнит первый вход элемента 27, при включении насоса откачки будут заполнены второй и третий входы
элемента 27, от датчика работы насоса или элемента управления в виде пускателя Dоу(к) и
режима автоматического управления "Авт." соответственно. Сигнал с выхода элемента 27
поступит на S-вход элемента 29 и далее с Q-выхода элемента 29 на первый вход элемента
28. После опорожнения резервуара сигнал опорожнения поступит с датчика Dну, тогда
сигнал с выхода элемента 28 поступит на вход элемента 30 ВВ, и далее с выхода элемента
30 на вход релейного элемента 31. Дозированный по времени элементом ВВ 30 сигнал
распространится одновременно на вход счетчика циклов 23 и на R-вход триггера 29. Триггер 29 закроется, и с выхода элемента 28 сигнал на вход счетчика 23 через элементы 30 и
31 исчезнет. Счетчик 23 зафиксирует единицу счета, и схема вернется в исходное состояние, т.е. будет готова к следующему циклу действия.
Наоборот, при наполнении резервуара башни, например сигнал на первый вход элемента 27 необходимо подать от датчика нижнего уровня Dну, а на второй вход элемента
28 - с датчика верхнего уровня Dву. Действие же элементов схемы при счете циклов по
наполнению резервуара (башни) будет аналогично прежнему.
В обеих схемах, изображенных на фиг. 6 и 7, можно использовать не только электромеханические счетчики времени, их можно заменить и электронными аналогами, широко
известными из области импульсной техники. Элемент 30 является элементом выдержки
времени ВВ на отключение, т.е. сигнал на выходе этого элемента появляется одновременно с появлением сигнала на входе. Однако этот элемент обеспечивает самостоятельную
задержку сигнала на своем выходе независимо от наличия сигнала на собственном входе.
Релейный элемент 31 представлен в виде формирователя единичного импульса, известного в электронной технике как одновибратор.
Таким образом, несмотря на то, что триггер 29 приводится, после завершения цикла,
по собственному R-входу, в исходное состояние, что служит причиной пропадания сигна-
23
BY 14585 C1 2011.08.30
ла на входе элемента 30, элемент 30 сохраняет свой выход для обеспечения устойчивой
работы одновибратора 31 и далее фиксации единицы счета счетчиком 23.
Элемент 30, в принципе, можно и исключить, а на R-вход триггера 29 подать сигнал с
выхода одновибратора 31, а на вход элемента 31 подать сигнал непосредственно с выхода
28 элемента. В этом случае сигнал на входе элемента 31 будет сохраняться до тех пор, пока этот же элемент не сформирует одноразовый импульс, одновременно необходимый и
для счета и для обнуления RS-триггера 29. Из соображений, расширения диапазона настройки работы схемы и надежности приведения ее в исходное состояние, здесь приводится первый вариант с элементом 30.
Методика определения величины tбаз.1ц и величины tбаз.tк, приведенная выше применительно к обеим технологиям, как наполнения башни (фиг. 4), так и опорожнения приемного сточного резервуара (фиг. 5) содержит неточность, связанную с завышением этих
величин времени. Это связано с тем, что в первом случае при работе насоса 15, по циклическому наполнению башни 12, по технологии водоснабжения, происходит отбор воды
потребителями из линии расхода 17, а во втором случае, при работе насоса 20, на откачку
стоков из резервуара 18 происходит приток стоков по линии 19. Величина этой погрешности здесь связана с соотношением двух величин, величины производительности насоса
Qбаз. по отношению соответственно к величинам отбора или притока жидкости за время
работы насоса.
Как показывает практика использования способа, применительно к оценке эффективности работы насоса в варианте откачки стоков (фиг. 5), когда Qбаз. значительно по отношению к общей производительности станции КНС, имеется в виду по отношению к
объему поступающих в приемный резервуар стоков, и величина времени одного цикла колеблется в районе tбаз.1ц = 10-15 мин, погрешностью можно пренебречь. В отдельных случаях погрешность можно учесть эмпирически путем введения поправочных
коэффициентов, корректирующих величину базового времени, например, суточного или
месячного цикла, вводя его из расчета перекачиваемых насосом объемов жидкости.
Однако рассмотрим все же возможности исключения указанной погрешности для
обоих случаев поэтапно.
Для первого случая, приведенного на фиг. 4, на линии расхода 17 устанавливают объемный расходомер, посредством которого измеряют общую величину отбора воды Vрасх.
из башни 12, и одновременно с этим измеряют уровень воды h в водонапорной башне.
Практически уровень h воды в башне, в любой момент времени, можно определять манометром по высоте водяного столба. А зная геометрические размеры башни, по уровню h,
ее водяного столба, в любой момент времени можно определить и величину объема воды
в башне Vб. Тогда базовая величина времени за любой его промежуток, с учетом известности величин Vрасх. и Vб., будет равна:
tбаз.tк = (Vрасх.+Vб.) : Qбаз..
При таком способе определения базового времени, на любой контрольный промежуток tк, необходимость в измерении величины nц.tк циклов наполнения башни отпадает.
При определении объема Vб. башни необходимо учесть, что общий ее уровень h складывается из высоты уровня воды в стволе башни hcm. и уровня воды в башне - hб., т.е. общий уровень столба воды, измеряемый манометром h = hcm.+hб.. Откуда hб = h-hcm..
Учитывая, что высота ствола величина постоянная, при h > hcm., объем воды в башне будет
равен: Vб = hcm.Scm.+hбSб, где Scm и Sб поперечное сечение ствола и бака башни соответственно. Наконец, Vб. = hcm.Scm.+(h-hcm)Sб.; при h = hcm., Vб = hcm.Scm.; а при h < hcm., Vб = hScm.,
т.е. фактическому уровню воды в стволе башни.
Следует учесть, что если измерение расхода чистой воды путем использования объемного водомера не представляет трудностей, то это затруднительно при измерении объема
перекаченных стоков в системе станции КНС, схематично изображенной на фиг. 5, графических материалов.
24
BY 14585 C1 2011.08.30
Крыльчатка простых, контактно-объемных водомеров, здесь будет подвергаться закупорке примесями стоков, что приведет к выходу водомера из строя. Поэтому здесь рекомендуется использовать способ циклического учета количества перекаченной жидкости с
определением величины nц., с помощью счетчика циклов 23, схемы действия которых изображены на фиг. 6, 7.
Для исключения погрешности, в настоящем случае связанной с поступлением стоков
при работе насоса, как вариант, может использоваться запорный дистанционно управляемый орган 22, установленный на линии подачи стоков 19 в приемный резервуар 18. В
этом случае поступление стоков в резервуар 18 прекращается путем перекрывания запорного органа 22 одновременно с включением откачки стоков (насоса 20 в работу). Наоборот, с отключением насоса запорный орган 22 автоматически открывается.
Подобные управляемые запорные устройства 22, как правило, технологически устанавливаются на линиях подачи стоков с целью исключения затопления станций КНС, при
аварийных ситуациях, связанных с необеспечением откачки стоков. В моменты закрытия
запорного устройства 22 на линии подачи, стоки значительное время могут аккумулироваться в системе приемных колодцев.
Здесь предлагается нетрадиционное использование запорного устройства 22 с параллельным решением дополнительной технической задачи, связанной с уменьшением погрешности измерения объема перекачанных насосом стоков, что исключит необходимость
использования сложных бесконтактных индукционных расходомеров, единственно пригодных для учета расхода жидкости сточных, хозяйственных вод.
Вообще, зная реальную работу Афакт.tк, выполненную каким-либо агрегатом за контрольный промежуток времени tк., в данном случае объем перекачанной насосом жидкости, для определения величины tбаз.tк можно воспользоваться соотношением (1),
приведенным в пункте а), настоящих материалов.
Представляется, что установив область допустимого временного отклонения величины времени tфакт. от его базового значения tбаз., в системах как наполнения башни, так и
откачки сточных вод, необходимо поставить под дистанционный диспетчерский централизованный контроль, с компьютерной обработкой данных, каждый цикл работы насоса.
Отсутствие такого контроля эффективности работы насосных станций приводит к большим неоправданным энергетическим и другим затратам, связанным с холостым пробегом
электроприводов насосных станций, по целому спектру причин относящихся к надежности каждого цикла наполнения или опорожнения соответствующего резервуара.
Рассмотрим способ контроля эффективности действия объекта управления о.у. в виде
объекта автономного перемещения, обозначенного пунктом г), исходной задачи изобретения.
Устройство для обеспечения этого способа контроля эффективности действия о.у. содержит: счетчик фактического измерения времени tфакт.tк и подключенный к нему датчик
работы объекта управления Dоу, т.е. работы объекта автономного перемещения.
Датчик Dоу выполнен в виде приемника электромагнитных или радиочастотных излучений, которым снабжен объект перемещения. В свою очередь датчиком параметра задания Dрз является источник электромагнитных или радиочастотных излучений. Источник
излучений в виде датчика Dрз размещен в обозначенных границах зоны пребывания о.у., в
виде объекта автономного перемещения, с возможностью взаимодействия с приемником в
виде датчика Dоу, находящимся в границах установленной зоны или за ее пределами. Это
достигается посредством согласования выходной мощности источника излучения и настройки пороговой чувствительности приемника и размерами установленной зоны контроля.
Устройство, обеспечивающее этот способ контроля эффективности, включает собственно контролируемый объект перемещения, снабженный счетчиком фактического измерения времени tфакт.tк, с которым соединен датчик Dоу.
25
BY 14585 C1 2011.08.30
Сигнал, посылаемый датчиком излучения Dрз в границах контрольной зоны, в ее границах воспринимается датчиком-приемником Dоу, в результате чего счетчик tфакт.tк начнет
фиксировать время нахождения объекта перемещения в границах установленной зоны, т.е.
суммарное время ∑tзон.tк в течение всего контрольного временного промежутка. Для фиксации счетчиком времени пребывания объекта перемещения за пределами зоны установленного контроля в устройство электрического соединения счетчика tфакт.tк с датчиком Dоу
нужно ввести инверсную связь. Тогда счетчик tфакт.tк будет реагировать "наоборот", учитывая время пребывания объекта перемещения не в границах зоны контроля, а за ее пределами.
Базовое время tбаз.tк для данного случая определяется расчетным путем. Оно будет
равно разности между всем календарным временем в течение времени tк и временем, установленным для объекта перемещения распорядительным графиком.
Теперь, сравнивая суммарное время ∑tзон.tк и суммарное базовое время ∑tбаз.tк, можно
судить о факте количественного нарушения объектом перемещения границ обозначенной
для него зоны.
Конкретным объектом перемещения может быть, например, транспортное средство,
осуществляющее работу по перемещению груза на некотором замкнутом определенными
границами объекте. Например, работа самосвала по перемещению бетона внутри замкнутого полигона, зона, включающая бетонный участок и участок формования изделий. В
этом случае мощность источника излучений согласуется с размерами полигона, а пороговая чувствительность приемника настраивается на порог выезда машины за пределы обозначенного полигона. Если машина выехала за пределы полигона, счетчик фактического
времени включается или отключается, таким образом учитывая время пребывания транспортного средства в зоне обозначенного полигона или за его пределами. По результатам
сравнения двух величин времени можно судить не только о факте нарушения, а самое
главное о количественном его значении.
Кстати, используемый ныне учет работы автомобиля, как и другой передвижной техники, с помощью датчика пройденного пути, спидометра, совсем не характеризует место
и продолжительность работы автомобиля по отношению к этому месту, поэтому в этой
связи не может считаться достаточно эффективным.
В качестве объекта перемещения может выступать и живое существо, например человек, и контроль его пребывания на рабочем месте.
Одним из примеров подобного контроля над действиями человека является фиксация
его ненормированных приближений к опасным источникам, представляющим прямую
угрозу для его жизни и здоровья.
Прямым прикладным примером такого способа контроля за человеком, как объектом
перемещения, является фиксация его недопустимых, опасных приближений к токоведущим частям, находящимся под напряжением высоковольтных установок.
Известно, что специальными нормами правил безопасности устанавливаются допустимые расстояния приближений людей и механизмов к токоведущим частям действующих электроустановок в зависимости от уровня напряжений.
В источнике [6], стр. 43, рис. 4 приводится сигнальное устройство, предупреждающее
человека о недопустимом приближении к источнику высокого напряжения.
Следует сказать, что подобный "сигнализатор" часто игнорируется самим человеком,
чему способствует фактор привыкания. Более того, в поведении человека отмечаются, и
факты сознательного нарушения установленных правил с надеждой на "авось".
Многие факты подобных нарушений не фиксируются и естественно остаются без административного реагирования.
Используя настоящий способ контроля эффективности человека в зоне повышенной
опасности, в частности его нахождение в высоковольтной установке, в качестве датчика
работы о.у. Dоу используется "сигнализатор", описанный в [6], который представлен в ви-
26
BY 14585 C1 2011.08.30
де приемника электромагнитных излучений, источником которых служат токоведущие
части самой высоковольтной установки. В этом случае сигнал с выхода датчика Dоу направляется на счетчик tфакт.tк, который за контрольное время фиксирует факты поведения
электромонтера по отношению к опасному и недопустимому приближению его к токоведущим частям.
Очевидно, что базовое время tбаз.tк для этого случая должно быть равно нулю, а по соотношению фактического tфакт.tк и базового tбаз.tк времени дается оценка действиям электротехнического персонала по истечении контрольного времени tк на предмет безопасного
проведения работ.
Прибор можно оформить под браслет, брелок, медальон или традиционно - каску и
т.д., можно отделить от него счетчик фактического времени, датчик-приемник.
Учет опасного приближения позволит повысить соблюдение правил безопасного производства работ в условиях повышенной опасности и снизить уровень травматизма людей.
В прямом назначении способ может найти применение в действующих электроустановках и других, например химических или радиоактивных опасных зонах, с целью безопасной организации работ в них.
Рассмотрим способ контроля эффективности работы объекта управления любого вида,
относящийся к контролю фактической величины параметра задания Рфакт. к ее заданному
фиксированному значению Рз, действующему в течение контрольного времени tк. Общий
случай. Это отмечено пунктом д) в разделе "постановка задачи" настоящего материала.
Устройство, изображенное на фиг. 8, представляет собой принципиальную схему учета заданной фиксированной величины Рз, т.е. соответственно ее отклонения в сторону
максимума tфакт.рз.max и минимума tфакт.рз.min. Здесь счетчик времени 8 основан на генераторе
стабильных импульсов 7 и счетчике фактического времени tфакт. отклонения фактической
величины Рфакт. параметра от его импульсов 6, причем на вход счетчика времени 8 подается сигнал с выхода датчика Dрз предельной величины. Датчик Dрз настраивают на предельно допустимую величину отклонения по минимуму или максимуму от установленной
величины Рз и контролируют в границах контрольного промежутка времени tк фактическое время tфакт. фактического предельного отклонения параметра Рфакт. от его установленного, заданного значения Рз.
Таким образом все счетчики учета фактического времени tфакт., изображенные на
фиг. 10, 11, 12 и 13 под позиционными обозначениями 36, 37, 38, 39, 40, 47, 50, выполнены с учетом исходной, базовой структуры, изображенной на фиг. 8
На фиг. 9 показан вариант подключения счетчика учета фактического времени с элементом совпадения И 32, на первый вход которого подан сигнал с датчика Dрз, а на второй с датчика работы о.у., Dоу.
Рассмотрим различные возможные варианты учета времени tфакт. отклонения фиксированной величины параметра задания Рз до его некоторой фактической величины приращения Рфакт.
Так на фиг. 10 изображена структурная схема учета времени счетчиками 36 и 37, которые фиксируют суммарное время максимального (max) и минимального (min) отклонения параметра от его величины, установленной параметром задания Рз.
На фиг. 10а изображена диаграмма диапазона временного слежения за величиной Рз,
который обеспечивается структурной схемой 10.
Здесь область нечувствительности сужается теоретически до линии Рз, которая является границей между зонами max и min. На практике ширина этой зоны (гистерезис), при
использовании одного датчика Dрз, обеспечивается переключающим действием его выходного переключающего органа.
Таким образом, счетчики времени 36 и 37 будут фиксировать две соответствующие им
области пребывания фактического значения параметра по отношению к его установленному значению, а именно область превышения Рфакт>Рз, которая на фиг. 10а отмечена как
27
BY 14585 C1 2011.08.30
область максимума "max" и область недостижения Рфакт<Рз, которая на этой же фиг. 10а
отмечена как область минимума "min".
По соотношению суммарных величин времени ∑tфакт.рз.max. и ∑tфакт.рз.min. в границах
контрольного промежутка времени tк можно судить о времени поддержания параметра Рз
в той или иной области.
Уже в этом решении есть практическая прикладная польза, т.к. существует необходимость контроля предельного, в том числе и аварийного, выхода на некий предельно максимальный или минимальный уровень параметра, что и будет фиксироваться счетчиками
времени 36 и 37. Подобная потребность необходима и при слежении за многими технологическими параметрами, что прямым образом влияет на качество продукции и услуг.
Устройство, структурная схема которого показана на фиг. 10, служит для обеспечения
заданного здесь алгоритма, содержит первый и второй элементы совпадения И, соответственно 33 и 34, подключенные к собственным счетчикам времени, соответственно 36 и 37.
Датчик Dрз, изображенный на схеме в виде размыкающего контакта, на первый вход элемента 33 подключен прямо, а на первый вход элемента 34 подключен инверсно. В данном
случае для этой цели использован отдельный элемент "Инверсия" 35. Далее решение подобной цели мы будем обозначать общепринятой пометкой соответствующих входов логических элементов, имеющих статус инверсных входов.
Теперь если датчик Dрз настроить на предельную величину, то включенное состояние
его выходного органа (замыкающего контакта) обеспечит максимальную область учета
времени, а отключенное - минимальную.
Необходимость сигнала с датчика работы о.у., направленного на второй вход элементов 33 и 34 здесь и ниже обуславливается тем, что в большинстве случаев нужно отделить
естественное изменение параметра от его изменения за счет действия (работы) о.у. Это
имеет место, например, при обогреве помещений, когда установленный (заданием) температурный режим может обеспечиваться и естественным образом, с превышением выше
установленного максимума, что не связано с действием объекта управления.
Очевидно, что если использовать два датчика Dрз с разной настройкой на "max" и
"min" с их прямым и раздельным подключением соответственно к первым входам элементов 33 и 34, то с помощью настройки датчиков можно расширить область нечувствительности (гистерезис), изображенную на схеме 10а в виде пограничной линии на границе
"max" и "min". С другой стороны для обеспечения одной формы контроля по "max" или
"min" структурную схему можно разделить на два соответствующих раздельных звена.
Расширение зоны нечувствительности показано на схеме 11а, которая структурно
обеспечивается схемой фиг. 11, и содержит два датчика: Dрз.max и Dрз.min, первый из них
настроен на верхний предел установки параметра (Рз+∆Р), а второй датчик настроен на
нижний предел установки параметра (Рз-∆Р). Здесь зона нечувствительности (гистерезис)
обеспечивается путем установки верхнего приращения параметра задания Рз на величину
(+∆Р) и нижнего приращения параметра Рз на величину (-∆Р), а область контроля Рз∆Р > Рфакт. > Рз+∆Р будет зафиксирована счетчиками 38 и 40 в виде суммарных значении
величин соответствующего времени tфакт.∆рз.max и tфакт.∆рз.min также в границах контрольного
промежутка времени tк.
Рассмотрим подробно возможные варианты работы устройства, содержащего логические элементы 41, 42, счетчики времени 38, 40, изображенного на части фиг. 11, с привлечением диаграммы 11а:
1. при Рфакт.<(Рз-∆Р). Уровень сигнала Рфакт. лежит в заштрихованной зоне ниже предела нижнего приращения сигнала, границы (-∆Р), фиг. 11 а. Датчик Dрз.min в виде его замыкающего контакта будет разомкнут, счетчик 40 фиксирует время tфакт.∆рз.min этого
состояния сигнала. Это происходит потому, что на выходе датчика Dрз.min - логический
нуль, а вследствие инверсии первого входа элемента И 42 на нем будет логическая едини-
28
BY 14585 C1 2011.08.30
ца. Счетчик времени фиксирует его величину при нахождении сигнала в нижней условно
неограниченной зоне.
2. при Рфакт.>(Рз-∆Р). Уровень сигнала расположен выше черты нижнего предела приращения (-∆Р), фиг. 11а. Датчик Dрз.min замыкается, в итоге на первом входе элемента 42 логический нуль, счетчик 40 не отключен, время tфакт.∆рз.min не учитывается. В этом случае,
как и в предыдущем, датчик Dрз.max разомкнут и счетчик 38 учета времени tфакт.∆рз.max не
действует.
3. при Рфакт.<(Рз+∆Р). Уровень сигнала не достигает (ниже) черты верхнего предела
приращения сигнала (+∆Р) но по-прежнему выше нижней (-∆Р); Предыдущая ситуация не
меняется, т.к. состояние датчиков Dрз.min и Dрз.max не меняется, счетчики времени 38 и 40 не
действуют.
4. при Рфакт.(Рз+∆Р). Уровень сигнала выше черты верхнего предела (+∆Р) приращения,
в результате срабатывает датчик верхнего предела Dрз.max и своим выходом заполняет первый прямой вход элемента И 41, в результате чего счетчик 38 начнет подсчет времени
tфакт.∆рз.max нахождения фактического значения параметра в верхней, условно не ограниченной верхним пределом, заштрихованной зоне, фиг. 11а.
При рассмотрении работы счетчиков следует иметь в виду, что замыкающий контакт
датчика работы объекта управления Dоу включен, т.е. о.у. действует, заполняя вторые входы логических элементов 41, 42, 43, 44.
Примером практического использования подобного учета может служить учет подачи
горячей воды потребителю производителем службы ЖКХ. Первому актуально отслеживание заложенного социальным стандартом температурного минимума, второму, наоборот,
актуален максимум.
При этом верхний и нижний пределы ±∆Р фактического отклонения температуры
Рфакт. используются здесь как максимально допустимые величины отклонения от заданной
величины параметра задания Рз, определенного социальным стандартом. Производителю
горячей воды актуально отслеживать недопущение превышения максимума Рз+∆Р, чтобы
не допустить нерегламентируемого перерасхода тепловой энергии, а потребителю объективно важно отслеживать минимальный предел, т.е. Рз-∆Р, ниже которого по закону перехода количественных изменений в качественные горячая вода перестает быть таковой.
Иными словами, производитель горячей воды по своему профессиональному долгу должен стремиться свести время tфакт.∆рз.max по возможности к нулю, т.е. не допустить выхода
температурного параметра горячей воды выше заданной стандартами установленной величины, отмеченной на диаграмме 1 1 а границей (+∆Р). В свою очередь, потребитель напрямую заинтересован свести за контрольный период времени tк к нулю время
фактической температуры воды tфакт.∆рз.max.
Для удовлетворения обоюдных правовых интересов субъектов хозяйственных отношений оптимально поддерживать температуру горячей воды в зоне промежутка между
верхней (+∆Р) и нижней (-∆Р) границами, фиг. 11а.
Для обеспечения этих законных интересов и производится контроль времени выхода
на нижний или верхний температурные нормы указанных пределов.
С этой целью используется принцип структурной автономной схемы, изображенной
на фиг. 3, где в качестве датчика 10 используется термодатчик с релейным выходом, подключенный напрямую к счетчику времени. В свою очередь контроль нижнего и верхнего
пределов настройки осуществляется собственно самой величиной настройки чувствительности датчика на тот или иной температурный порог.
В результате, если за время tк все положенное по графику поставки горячей воды время счетчик 40 потребителя фиксировал время ее температуры ниже допустимого минимально установленного уровня нагрева, ниже границы (-∆Р), имеется правовое основание
29
BY 14585 C1 2011.08.30
утверждать, что за контрольный промежуточный цикл tк потребитель не обеспечивался
горячей водой.
Если декларируется подача воды по графику, то контрольное время tк за определенный, например месячный цикл, рассчитывается с учетом этого графика. С этим расчетным
контрольным числом времени и сравнивают соответствующие, в данном случае пороговые фактические величины времени. Для производителя это будет максимальная пороговая температурная величина, зафиксированная во времени tфакт.∆рз.max, а для потребителя
горячей воды имеет смысл отслеживать минимально установленный температурный порог, отнесенный к tфакт.∆рз.min.
Нетрудно распространить подобный контроль на любой другой технологический параметр, более широкой области производственных отношений, между работником и работодателем. Подобный несложный технический контроль естественно позитивно обернется
конкретным техническим результатом, потому что повышение технологической дисциплины напрямую связано с качеством выпускаемой продукции.
В некоторых случаях возникает потребность отслеживать время нахождения фактической величины параметра Рфакт. в установленных границах к установленной величине параметра задания Рз так, как это изображено на фиг. 11в. В этом случае фиксируется время
нахождения Рфакт. в границе области: Рз+∆Р > Рфакт. < Рз-∆Р.
Для этого воспользуемся устройством, в которое введены пятый 43 и шестой 44 элементы совпадения И, первый вход пятого элемента 43 через его инверсный вход присоединен к датчику на схеме фиг. 11, отмеченному как Dрз.max. верхнего предела установки
параметра, а второй выход элемента 43 присоединен к датчику, помеченному на фиг. 11
как Dрз.min нижнего предела установки параметра. Выход элемента 43 соединен с первым
входом шестого элемента совпадения 44, второй вход которого присоединен к датчику
работы о.у. Dоу, причем выход шестого элемента И 44 присоединен к счетчику времени
39, tфакт.±Рз.
Первый инверсный вход элемента 43 и второй прямой вход этого элемента совпадения
И будут заполнены в том случае, когда фактическое значение параметра не достигнет
максимальной и минимальной установленных на соответствующих датчиках Dрз.max и
Dрз.min величин. В отличие от предыдущего случая здесь для контроля обозначенной области используется один счетчик 39.
На схеме фиг. 11 аналоги этих датчиков изображены в виде их замыкающих контактов. Счетчик времени 39 и зафиксирует фактическое время tфакт.±Рз пребывания параметра
в границах области: Рз+∆Р > Рфакт. < Рз-∆Р, т.е. когда фактическое значение параметра превысит установленный пороговый "min" и не достигнет установленного "max" порога. Если
параметр превысит установленный "max" или снизится ниже заданного "min", то на первом или втором входе элемента 43 соответственно будет присутствовать логический нуль,
что через элемент 44 прервет действие счетчика 39.
Рассмотрим подробно работу устройства для контроля времени tфакт.±∆Рз нахождения
фактического значения параметра Рфакт. в обозначенной пределами зоне:
1. при Рфакт. < Рз-∆Р. Уровень сигнала Рфакт. находится ниже границы (-∆Р), см. диаграмму, изображенную на фиг. 11в, Dрз.min и Dрз.max - разомкнуты, первый вход элемента 43
заполнен инверсно, а второй - нет, счетчик 39 не действует.
2. при Рфакт.> Рз-∆Р. Уровень сигнала Рфакт. находится выше границы (-∆Р), датчики:
Dрз.min - замыкается; Dрз.max - разомкнут; первый вход элемента 43 заполнен инверсно, а
второй - прямо, заполнится первый вход элемента 44 с выхода элемента 43, в это время
второй вход элемента 44 заполнен с датчика Dоу. Таким образом счетчик 39 начнет суммировать время tфакт.±∆Рз;
3. при Рфакт. < Рз+∆Р. Предыдущий случай, состояния датчиков Dрз.min и Dрз.max сохраняется, счетчик 39 продолжает учет времени tфакт.±∆Рз;
30
BY 14585 C1 2011.08.30
4. при Рфакт. > Рз+∆Р. Уровень сигнала Рфакт. поднимется выше границы (+∆Р), датчики:
Dрз.min и Dрз.max оба замкнуты, первый вход элемента 43 совпадения блокируется с выхода
датчика Dрз.max. Счетчик 39 не действует.
Таким образом счетчик 39 суммирует время пребывания фактической величины параметра Рфакт. только в изначально заданной нами зоне.
Рассмотрим устройство контроля среднедействующей величины параметра, обеспечиваемого действием о.у. за контрольный промежуток времени tк, что отмечено пунктом е в
разделе "задача изобретения".
Структурная схема этого устройства изображена на фиг. 13,где под позицией 48 показан датчик параметра задания Dрз, дифференцирующий элемент 49 и счетчик времени 50,
содержащий генератор сигналов и счетчик сигналов.
В этом устройстве частоту излучаемых генератором сигналов в единицу времени, например в час, дифференцируют по величине параметра задания Рз во всей возможной области его фактического изменения, и для конкретного устройства строят зависимость
nг.с. = f(Рфакт), (2), после чего этим устройством измеряют, в реально существующих условиях, фактическое изменение контролируемого параметра и подсчитывают количество
сигналов на выходе генератора сигналов nс за контрольный промежуток времени tк. Величину nс путем подсчета приводят к выбранной единице времени, например к часу, по
формуле: nср. = nс : tк.ч.,
где: nср. - среднее количество сигналов генератора, излучаемое им за контрольный
промежуток времени tк, приведенное к выбранной единице времени, например к часу;
tк.ч. - количество выбранных единиц времени в течение всего контрольного промежутка времени tк;
nс - количество сигналов, излучаемое генератором с учетом зависимости (2),
nг.с. = f(Рфакт), в реальных условиях фактического изменения параметра Рфакт.;
Затем, с учетом зависимости (2), допуская общность величин nг.с. и nср., находят среднюю фактическую величину параметра задания Рфакт.ср. для всего контрольного промежутка времени tк, и по величине соотношения: Рфакт.ср. : Рз судят об эффективности работы
объекта управления (о.у.) по поддержанию фиксированного параметра задания в течение
всего времени tк.
Для осуществления этого в устройстве, изображенном на фиг. 13, дифференцирующий
элемент 49 выполнен в виде усилителя сигнала, полученного от датчика параметра задания 48 Dрз, причем уровень выходного напряжения усилителя сигнала использован в виде
управляющего напряжения генератора сигналов, который входит в счетчик времени 50.
Таким образом, дифференцирующий элемент 49 и генератор сигналов представляют
собой преобразователь выходного напряжения усилителя в частоту (ПнЧ), а частота импульсов, излучаемая генератором сигналов и фиксируемая счетчиком времени 50, посредством управляющего напряжения усилителя, продифференцирована по уровню
фактической величины параметра Рфакт.
Подобные преобразователи напряжения в частоту известны, например из [8 и 9], соответственно стр. 58 и 61 (рис. 1, 2).
Дифференцирующий элемент может быть представлен в виде времязадающего резистора управляющего частотой генератора сигналов, причем времязадающий резистор образован в виде коллектор-эмиттерного R-перехода транзистора оконечного каскада
усилителя сигнала с датчика параметра задания Dрз.
Перестраиваемые генераторы сигналов посредством изменения величины R упоминаются, например [9, 10], соответственно стр. 48, 61, рис. 7, 2.
Рассмотрим работу настоящего устройства для контроля среднедействующей температуры теплоносителя в системе горячего водоснабжения. Для этого в качестве датчика
параметра задания Dрз 48 использован термодатчик, находящийся в непосредственном
контакте с горячим трубопроводом. Его выходной сигнал поступит на вход дифференци31
BY 14585 C1 2011.08.30
рующего усилителя 49 ив виде определенного уровня напряжения станет управлять частотой генератора сигналов 50 и счетчика. В конечном счете число импульсов, посылаемых
генератором 50 и фиксируемых счетчиком, будет связано зависимостью с величиной нагрева датчика Dрз, т.е. с температурой воды в трубопроводе. С ростом температуры растет
уровень напряжения на выходе усилителя и растет частота импульсных посылок от генератора сигналов к счетчику, и наоборот. Это достигается в том числе за счет использования преобразователя напряжения в частоту ПнЧ. Проградуировав прибор в зависимости:
nг.с. = f(Тфакт), мы получим эту настоящую зависимость для конкретного прибора. Затем измерив данным прибором, посредством термодатчика, температуру воды в горячем
трубопроводе в виде суммарного количества импульсов генератора nc., зафиксированное
счетчиком 50 за весь контрольный промежуток времени, мы определим среднюю частоту
импульсов: nср = nс : tк.ч.;
Учитывая nср = nг.с.; по зависимости nг.с. = f(Тфакт) для данного прибора с учетом средней частоты nср находим среднедействующую, в течение всего контрольного времени tк,
температуру горячей воды в трубопроводе Тср..
Зная расход воды по прибору учета и используя теплотехнические расчеты, можно
определить общие тепловые затраты на подогрев воды в течение всего контрольного промежутка времени tк.
Известно, что период колебаний генератора можно менять в широких пределах путем
изменения величины переменного сопротивления в схеме генератора. Однако прямое
включение терморезистора, например, в качестве регулирующего частоту генератора переменного резисторного элемента, не обеспечит ожидаемый результат из-за незначительного изменения сопротивления резистора в рабочем диапазоне температур. Поэтому,
чтобы расширить шкалу прибора в качестве времязадающего элемента и используется
коллектор-эмиттерный R-переход транзистора оконечного каскада усилителя сигнала снятого с датчика, т.е. терморезистора, что позволит расширить диапазон измерения.
Для контроля времени пребывания различных параметров на уровне предельно установленных величин, как-то: уровень, давление, температура и т.д., время выхода на установленный предел которых необходимо фиксировать для последующего аналитического
анализа, используется устройство, структурная схема которого изображена на фиг. 8.
Здесь подключение датчика любого параметра задания Dрз верхним и(или) нижним порогом настройки ±∆Рз осуществляется к счетчику 8.
В качестве предельных могут выступать аварийные режимы, а также обычные технологические параметры различного рода, точность которых необходимо отслеживать во
времени.
В любом случае датчик Dрз должен функционально соответствовать контролируемому
параметру. Так, например, для измерения давления необходимо использовать электроконтактный манометр или реле давления, реле уровня для контроля уровня, контактный или
бесконтактный путевой выключатель для контроля предельного перемещения, пьезоэлектрический датчик с электрическим выходом для контроля предельного веса и т.д.
На фиг. 9 изображена схема учета времени фактической работы о.у. с использованием
схемы логического совпадения 32 на входе. Элемент 32 логического совпадения может
быть на любое число входов. В этом случае счетчик времени 8 зафиксирует недопустимое
время совпадения нескольких параметров по их предельно допустимому значению. Так на
схеме на первый вход элемента 32 подан сигнал от датчика параметра задания Dрз, а на
второй вход подан сигнал от датчика работы о.у. Dоу.
Устройства контроля эффективности работы можно также использовать на автомобильном транспорте, например, для учета времени холостой работы двигателя автомобиля, трактора и т.д.
В этом случае на первый вход подают инверсный, например сигнал с датчика перемещения машины, привязавшись к вращению заднего моста или колес, а на второй вход
32
BY 14585 C1 2011.08.30
элемента 32, например фиг. 9, подают сигнал с датчика вращения коленчатого вала двигателя машины. Можно также контролировать время перемещения машины с грузом и вхолостую, если на один вход элемента 32 подать сигнал с пьезоэлектрического реле
установленной нагрузки, а на другой вход этого элемента подать сигнал с датчика перемещения машины и т.д.
Это относится к контролю параметров как предельного, так и номинального уровня.
Если в качестве элемента 32 взять иной логический элемент, то можно построить любую логику учета времени работы той или иной техники.
Так, можно использовать элемент ИЛИ (45) логического умножения с множеством
входов, как это показано на фиг. 12, и тогда счетчиком 47 будет учитываться суммарное
фактическое время выхода параметра на предельный режим по целому ряду параметров
одновременно. Также имеется возможность успешно реализовать и другие функции, например "равнозначность", "неравнозначность"..., образованные на входе, выполнение которых будет зафиксировано во времени счетчиком в течение контрольного промежутка
времени.
На данном чертеже под позицией 46 изображен элемент совладения И с двумя входами, на первый вход которого подключен выход логического элемента ИЛИ (45), а на второй вход элемента 46 подан сигнал с датчика Dоу. Подобным образом вместо логического
элемента ИЛИ 45 вводится другая логика или она же дополнительно наращивается, при
необходимости, на вход этого элемента 45.
Использование настоящего способа расширяет область контроля эффективности работы техники с помощью простого технического обеспечения, позволяя вести учет эффективности работы многих машин, механизмов, устройств, рассматриваемых здесь под
общим названием - объекта управления, о.у.
А в технической результативности такой контроль последовательно обернется реальным снижением времени непродуктивной работы оборудования и, как следствие, приведет к экономии удельных энергетических затрат, отнесенных к единице продукции, и
повышению срока службы подконтрольного объекта.
Источники информации:
1. Герасимович Л.С. и др. Электрооборудование и автоматизация сельскохозяйственных агрегатов и установок. - Москва: Колос, 1980.
2. Бердичевский М.Г. и др. Электро-измерительные самопишущие приборы. - Ленинград: Энергоиздат. Ленинградское отделение, 1981.
3. Хорнауэр В. Техника автоматизации производственных процессов / Перевод с немецкого. - Москва, 1958.
4. А.с. СССР 1474778.
5. А.с. СССР 1536471.
6. Радио. - № 9. - 1979.
7. Гальперин М.И., Домбровский Н.Г. Строительные машины. - Москва: Высшая школа, 1980.
8. Радио. - № 1. - 1978.
9. Радио. - № 2. - 1978.
10. Радио. - № 8. - 1979.
11. Радио. - № 5. - 1979.
33
BY 14585 C1 2011.08.30
Фиг. 2
Фиг. 3
Фиг. 4
Фиг. 5
34
BY 14585 C1 2011.08.30
Фиг. 6
Фиг. 7
Фиг. 8
Фиг. 9
Фиг. 10
Фиг. 10а
35
BY 14585 C1 2011.08.30
Фиг. 11
Фиг. 11а
Фиг. 11b
Фиг. 12
Фиг. 13
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
36
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
397 Кб
Теги
by14585, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа