Интегрирующее устройство

 

ИНТЕГРИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО, содержащее последовательно соединенвые преобразователь напряжения в частоту , вход которого является информа - ционным входом интепэируклдего устройства , логический переключатель, реверсивный счет-чик и цифроаналоговый преобразователь, выход которого является информационным выходом интегрирующего устройства, знаковый выход преобразователя напряжения в частоту подключен к первому управляющему входу логического переключателя, а выход генератора импульсов соединен с входом эталонного сигнгша логического переключателя , первые входы первого и второго компщ дторов являются входом сравнения с уставками интегрирующего устройства, а вторые входы компарато ров соединены соответственно с задатчиками верхней и нижней уставок, выходы компараторов подключены к первым входам первого и второго элементов И, вторые входы которых являются входами . разрешения верхнего и нижнего ограничения интегрирующего устройства, а выходы соединены cooTBetcTBeHHo с вторым и третьим управляющими входами логического переключателя, выход первого компаратора соединен с управ ляющим входом одного из релеиндика- g ции, а группа управляющих входов ло- 5 гического переключателя является соответственно входами разрешения пря мого и обратного интегрирования и принудительного увеличения и уменьшения выходного сигнала интетрир1пюще7 ч го устройства, о т л и ч а ю щ веся 5 тём,что,с целью расширения областиприменения , в него введены ключ и эадатчик режима, выход которого подключен к четвертому управляющему входу логического переключателя и входу запрета ключа,. включенного меж-ш ду выходом второго компаратора и уп- ( равляющим входом другого реле индика М ции, причем выход BTopcfro компаратора соединен с пятым управляющим входом логического переключателя. |ДЧ

СОЮЭ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПЮЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

Il0 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTMA

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И ABTOPGHOlNV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ы59 С 06 6 7 18 (21) 3266666/18-24 (22) 01. 04. 81 (46) .07. 04. 83. Бюл. Р 13 (72) Л.A ° Èâàíîâ (71) Специальное конструкторское бюро систем промышленной автоматики Чебоксарского производственного объединения "Промприбор" (53) 681.335(088.8) (56) .1 ° 50/7432 Ze itblat zur Productgroppe 67, Regeisistem Controniс. Рекламный проспект фирюзы "Hartmann und

8 ra un ", ФРГ.

2. Щидлович Л.Х. и др..Блоки динамических преобразований. — "Механизация и автоматизация производства", 1979, Р 5 (прототип). (54) (57) ИНТЕГРИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО, содержащее последовательно соединен ные преобразователь напряжения в частоту, вход которого является информа ционным входом интегрирующего устройства, логический переключатель, реверсивный счетчик и цифроаналоговый преобразователь, выход которого является информационным выходом интегрирующего устройства, знаковый выход преобразователя напряжения в частоту подключен к первому управляющему входу логического переключателя, а выход генератора импульсов соединен с входом эталонного сигнала логического пере„„SU„„1010616 А ключателя, первые входы первого и второго компараторов являются входом сравнения с уставками интегрирующего устройства, а вторые входы компараторов соединены соответственно с задат- чиками верхней и нижней уставок, выхо.— ды компараторов подключены к первым входам первого и второго элементов И, вторые входы которых являются входами разрешения верхнего и нижнего ограничения интегрирующего устройства, а выходы соединены соответственно с вторым и третьим управляющими входами логического переключателя, выход первого компаратора соединен с управ ляющим входом одного из реле индика" ции, а группа управляющих входов ло- ф гического переключателя является соответственно входами разрешения.пря мого и обратного интегрирования е принудительного увеличения и уменьшения выходного сигнала интегрирующе», ( го устройства, о т л и ч а ю щ е е с я Я тем, что, с целью расширения облаоти. применения, в него введены ключ и задатчик режима, выход которого подключен к четвертому управляющему входу логического переключателя и входу запрета ключа,,включенного между выходом второго компаратора и управляющим входом другого реле индикации, причем выход вторсй о компаратора соединен с пятым управляющим входом логического переключателя..

1010616

Изобретение относится к автоматическому регулированию технологических процессов, а именно к аналогоцифровым интегрирующим устройствам, снабженным входами логического управления и средствами для регулируемого ограничения выходного сигнала и индикации достижения выходным сигналом заданных верхнего и нижнего уровней, преимуцественно входящим в виде отдельных конструктивных блоков в те 1р или иные агрегатные комплексы электрических средств регулирования.

Известно интегрирующее устройство, которое содержит аналого-цифровой интегратор, снабженный информационны- 15 ми аналоговыми входами и выходом, группой управляющих входов, два компаратора, первые входы которых соеди— иены с информационным выходом интегратора, вторые входы — c задатчиками верхней и нижней уставок, выходы— с соответствующими реле индикации и с соответствующими входами запрета увеличения и уменьшения выходного сигнала интегратора f 1j.

25 но входами разрешения прямого и. обратного интегрирования и принудительного увеличения и уменьшения выходного сигнала интегрирующего устройства, выходы первого и второго компараторов соединены также с управляющими входами первого и второго реле индикации соответственно L 2).

Известное интегрирующее устройство обладает более широкими функциональными возможностями, чем другие интегрирующие устройства, однако оно также не обеспечивает возможности работы в бесконтактных следяцих системах без использования внешнего компаратора, тогда как такая возможность является весьма желательной для обеспечения наибольших компактности и надежности систем автоматического регулирования и (или) управления, что также ограничивает область применения этого интегрирующего устройства.

Цель изобретений — расширение области применения интегрирующего устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в интегрирующее устройство, содержащее последовательно соединенные преобразователь напряжения в частоту, вход которого является информа ционным входом интегрирующего устройства, логический переключатель, реверсивный счетчик и цифроаналоговый преобразователь, выход которого является информационным выходбм интегрирующего устройства, знаковый выход преобразователя напряжения в частоту подключен к первому управляющему входу логического переключателя, а выход генератора импульсов соединен с входом эталонного сигнала логического переключателя, первые входы первого и второго компараторов являются входом сравнения с уставками интегрирующего устройства, а вторые входы компараторов соединены соответственно с задатчиками верхней и нижней уставок, выходы компараторов подключены к первым входам первого и второго элементов И, вторые входы которых являются входами разрешения верхнего и нижнего ограничения интегрирующего устройства, а выходы соединены соответственно с вторым и третьим управляющими входами логического переключателя, выход первого компаратора соединен с управляющим входом одного из реле индикации, а группа управляюших входов логического переключателя является соответственно входами разрешения прямого и обратного интегрирования и принудительного увеличения и уменьшения выходного сигнала интегрирующего устройства, введены ключ и задатчик режима, выход которого подключен к четвертому управляющему входу логического переключателя и входу запрета ключа, включенного между выходом второго компаУказанное интегрирующее устройство обладает недостаточно широкими функциональными возможностями, в частности оно не обеспечивает возможностей дистанционного реверсирования интегратора, дистанционных введения и сня.тия уровней ограничения, а также работы в бесконтактных следящих системах без использования внешнего компаратора, что ограничивает область. 35 применения этого интегрирующего устройства.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является интегрирующее устройство, содержащее 4р последовательно соединенные .преобразователь напряжения в частоту, вход которого является информационным входом интегрирующего устройства, логический переключатель, реверсивный 45 счетчик .и цифроаналоговый преобразователь, выход которого является информационным выходом интегрирующего устройства, выход генератора импульсов соединен с входом эталонного сигнала логического переключателя, первые входы первого и второго компараторов являются входом сравнения с уставками интегрирующего устройства, а вторые входы компараторов соединены с з адатчиками верхней и нижней уставок, выходы компараторов подключены к первым входам первого и второго элементов И, вторые входы которых являются входами разрешения верхнего и нижнего ограни- чения интегрирующего устройства, а 6р выходы соединены соответственно с пер вым и вторым управляющими входами логического переключателя, третий,четвертый, пятый и шестой управляющие входы которого являются соответствен- 55

1010616 ратора и управляющим входом другого реле индикации, причем выход второго компаратора соединен с пятым управляющим входом логического переключателя.

На фиг.1 приведена блок-схема интегрирующего устройства на фиг.2 электрическая функциональная схема логиче ского переключателя, входящего в интегрирующее устройство.

Интегрирующее устройство содержит преобразователь 1 напряжения в частоту, генератор 2 импульсов, логический переключатель 3, реверсивный счетчик 4, цифроаналоговый преобразователь 5, задатчик 6 режима, компа- . раторы 7 и 8, задатчики 9 и 10 уста- 15 вок, элементы И 11 и 12, реле 13 и 14 индикации, ключ 15, информационный вход 16, информационный выход 17, вход 18 сравнения с уставками, управляющие входы 19-24. Преобразователь 1, переключатель 3, счетчик 4, преобразователь 5 соединены последовательно, причем вход 16 интегрирующего устройства является входом преобразователя 1, выходы 25 и 26 которого соединены с информационными входами 27 и 28 соответственно переключателя 3, выходы 29 и 30 которого соединены с информационными входами

31 и .32 счетчика 4, а выход преобра-. зователя 5 является информационным выходом 17 интегрирующего устройства.

Выход генератора 2 соединен с входом 33 эталонного сигнала переключателя 3, управляющие входы 34-37 которого соединены с выходами соответственно задатчика б, компаратора 7, элементов 11 и 12, управляющие входы

38-41 — с входами 19-22 интегрирующего устройства соответственно. Неинвертирующий вход компаратора 7 и ин- 40 вертирующий вход компаратора 8 являются входом 18 интегрирующего устройства, другие входы компараторов 7 и 8 соединены с задатчиками 9 и 10 соответственно. Выход компаратОра 8 сое- 45 динен с входом управления реле 14 и с одним входом элемента 12, другой вход которого является входом 24 интегрирующего устройства. Выход компаратора

7 соединен с одним входом элемента

11, другой вход которого является входом 23 интегрирующего устройства, и с входом управления реле 13 через ключ 15, вход 42 запрета которого соединен с задатчиком б режима.

Принимаем следующие условные обоз.начения электрических сигналов:

Х1,Х и Y — аналоговые сигналы напряжения постоянного тока на входах 16 и 18 и на выходе 17 соответственно, 60

08 и Ug — напряжения на выходах задатчиков 9 и 10 соответственно, Р, P, P +, Р, Рэ и Є— входные логические сигналы на входах 19-24 соответ ственно, - 65

q„ и ц — логические сигналы на выходах 25 и 26 преобразователя 1 соответственно, Чз„— логический сигнал знака напряжения Х„, qS — логический CHrHaJI на выходе генератора 2, и — выходные частоты преобразователя 1 и генератора.2 соответственно, q4 и q — логические сигналы на выходах 29 и 30 переключателя 3 соответ =твенно;

q u q логические сигналы на выходах элементов 11 и 12 соответственно,"

Х,, и К вЂ” логические сигналы на выходах компараторов 7 и 8 соответсъ венно,"

Рс„„- логический сигнал йа выходе задатчика б

0„ и 0 — входная информация преобразователя 1 и входная информация счетчика 4 соответственно;

T4. — постоянная времени интегриро-вания.

Преобразователь 1 выполнен любым известным образом так, что он преобразует входное напряжение Х„, которой может иметь любой знак, в частоту переключений логических уровней, либо выходного логического сигнала q„, тогда как выходной логический сигнал е отображает своим уровнем знак напряжения Х„, либо того или другого из сигналов и q в зависимости от знака напряжения Х„, причем частота прямо пропорциональна абсолютной величине напряжения Х, а коэффициент преобразования может быть установлен вручную или дистанционно в определен-. ных пределах. Независимо от конкретного выполнения преобразоВателя 1 его выходную информацию 3q о величине и знаке напряжения Х, представляемую совокупностью сигналов -С и Ф будем считать положительной при Х 0 и отрицательной при Х 0; а абсолютную величину информации D будем считать равной <, т.е. при Х„7 0 D

+f. при Х 0 3q =- f.q

Счетчик 4 может быть применен как с раздельными счетными входами для сложения и вычитания, так и с общим счетным входом для сложения и вычитания и с входом .управления направлением счета. Независимо от конкретного выполнения счетчика его входную информацию Э ., представляемую совокупностью сигналов Q4 u Q < будем считать положительной и отрицательной в случаях, когда она обеспечивает ее сложение и вычитание в счетчике с имеющимся в нем содержимым соответственно, абсолютную величину информации будем считать равной частоте f neЯ реключения сигнала на счетном входе

1010616

Строки п/и

Си гн алы управления

Рг Рм Рс К сл с g н

О или -"»1»

»+»

"1»

0 или х

»О"

"О» х х х х . х

c"..

nO Il " 0 »

»О» иОп

»1»

»0»

»0»

»0»

»О"

»О" »О»»0»

»0»

Ъ

»1»

»0»

up»

»0»

»О»

»0»

»О» »0»

»рп

»1»

»О»

»0»»0" х х

«О"

»1» »0»

nOn

»О»

»1»

»0» пр»

»О»

»0»

»1» »О»

»0 «О» иОи n1n прп иОи

»0»

»0»

»1»

»О»

»0»

»0»

»О»

"1»

»р»

»О»

"1»»0»

»1»

»0»

»0»

»On — f

»1»

»1»

»1"

»О"

»О»

»0»

"1»

»О»

»O " »О»

»1»

»О»

n0"

"0»

"1»

»О" "1" »0»

15

»0»

»О»

»0»

»1»

»1»

»О»

"1»»0»

П р и м е ч а н и е. Знак х в таблице обозначает любой логический уровень.

Знаки "-" и "+» в таблице обозначают наличие положительной и отрицательной информации соответственно.

1 счетчика 4. Счетчик 4 снабжен устройством, предотвращающим его переполне.— ние при сложении и»переочистку» при вычитании, которое далее будем называть ограничителем.

Генератор 2 выполнен любым известным образом так, что выходной логический сигнал ф периодически переключается с частотой, которая в несколько десятков или .сотен раэ выше максимально возможного значения частоты 1 для принятого верхнего предела изменения напряжения У, Преобразователь 5 выполнен любым из ве ст ным о бр аз ом т ак, что он линейно преобразует входной код .Р в на- 35 пряжение, J, которое может быть или однополярным (например, сигнал

0-10 В), или двухполярным (например, сиГнал минус 10-0- плюс 10 В).

Задатчики 9 и 10 являются. ручными gp или дистанционными задатчиками посто- янных напряжений Ug и 0> причем диапазоны их изменений совпадают с диапазоном изменения напряжения э

3 адат чик 6 выполнен любым из вестным образом так, что он обеспечивает ручную или дистанционную установку уровня» 0» или уровня» 1» выходного логического сигнала Рс .

Переключатель 3 выполнен в виде комбинационной логической схемы иэ логических элементов таким образом, что он передает на информационный выход, образованный совокупностью входа 20 выхода 30 либо информацию

Ъ„ с частотой 1 . с информационного входа, образованного входами 27 и 28 (без инверсии или с инверсией знака), либо частоту 1 с входа 33 эталонного сигнала, либо не передает никакой информации в зависимости от логических сигналов управления.

В таблице приведена зависимость выходной информации переключателя 3 от его сигналов управления.

1010616 ка 4 не поступают; следовательно,его выходной код Эь и соответствующее значение выходного сигнала У интегрирующего устройства не изменяются (режим "хранения") . Если Р+ =.) ="0" и фб= (и="1", то при Рс="1" и Рм="0" на счетйый вход 31 счетчика 4 поступают импульсы с частотой Ф ., прямо пропорциональной абсолютной величине входного напряжения Х+(ф4-f ), иа вход

32 управления направлением счета счет чика 4 поступает сигнал, равный сигналу знака напряжения Q (, ф,) т.а. выходная информация переключателя 3 равна его входной информации Р

При этом в результате счета импульсов частоты х счетчиком amerрирующее устройство производит прямое интегрирование по времени сигнала Х : с постоянн и времени Т4,установленной эадатчиком коэффициента передачи нре . образователя 1, до тех пор, пока счет импульсов счетчиком не будет пре кращен встроенным в него ограничите . лем, а при Р="О" и Р„="1" также ф+-" 1 so Ь Фъи . (т е.,Ъ D„);- при этом интегрирующее устройство производит обратное интегрирование цо вре мени сигнала Х (т.е. с инверсией знака приращения .интеграла относитель-. но знака сигнала Х„) также до тех пор, пока счет импульсов счетчиком не будет прекращен встроенным в .sего ограничителем. таким образом, входы 19 и 20 интег. рируются в первом режиме его работы

:,действуют как входы разрешения пряМого и обратного интегрирования соот- ветственно сигнала Х . Если в процессе увеличения сигнала У возникнет

Q8 ="О" ((что возможно лишь при Р8 ="1"), то увеличение прекратится на достигнутом уровне, что эквивалентно ограничению сигнапа К сверху Ма про;межуточном (между упораМи) уровне, который в случае, когда вход 18 соединен с выходом 17, установлен за. датчиком 9. Если затем будет подан сигнал +-="О", то указанное ограничение сигнала сверху будет снято, и увеличение сигнала может продолжаться до верхнего упора. Таким образом, вход 23 csríàëà Pg. является входом разрешения верхнего ограниче-. ния выходного сигнала интегрирующего устройства на первом регулируемом

- уровне.

Аналогично вход 24 сигнала Р„ яв-. ляется входом разрешения нижнего ограиичения выходного сигнала интегрирующего .устройства на втором регулируемом уровне. Если при Р "О" возникнет Рс ="1", то независимо от Ря и

Р на счетный вход 31 счетчика постуМ пают импульсы высокой частоты 1 (ф Щ, а ср ="1", при этом независиВ случае, когда преобразователь 1 выполнен с выходом 25 частотыЯ„= „) и с выходом 26 логического сигнала знака(ф.д=ф н), а счетчик 4 выполнен с общим счетным входом 31 и с входом

32 управления направлением счета, может быть применен переключатель 3 (Фиг. 2), содержащий элементы И-НЕ 4357 и инверторы 58-65. ПереключателЬ 3 (фиг.2) реализует следующие Булевы функции: 4 в с с (с+ с)l(5+5+%5Ú )

В,= Р „(q»P, „ „+Р)Рс„К„ЗР

Нетрудно убедиться, что выражения 15 (1) соответствуют таблице.

Интегрирующее уотройство, в котором применены преобразователь 1 с Выходом 25 частоты и с выходзм 26 логического сигнала знака, принимающе- 2О го значение ф — — "1" при Х --r О, .счетчик 4 с общим счетным входом 31 и с входом 32 управления направлением счета, причем сигнал ф = "1" устанавливает счетчик в режим сложения, и переключатель 3 (фиг.2 ) работает следующим образом.

Компараторы 7 и 8 сравнивают входнбй сигнал Х . с верхней. и нижней уставками Ug u ОН

При. X ) Оц K = 0 г при

К ="1 ", при этом реле 14 индицирует

Уменьшение. Х ниже значеииЯ Он .ПРи

X < 0@ К„="0", при Х ()э К ="1", при этом реле 13 индийирует увеличение

Х выше значения ОЭ, если ключ 15 закрыт сигналом В.„="0". Таким образом, при Рс ="О" компараторы 7 и 8, эадатчики 9 и 10, реле 13, ключ 15 действуют, как канал сигнализации достижения Х заданных верхней и нижней 4О уставок 0 и 0„ соответственно.

При соединений входа 18 с выходом 17 этот канал будет сигнализировать с помощью реле 13 и 14 о достижении указанных уставок выходным сигналом 3 45 интегрирующего устройства. фб="1", при P„="1" 0.„=К, при Р ="0" ц = "1", т.е.; с помощью входных сигначн лов Р> и Р> интегрирующего устройства5О может бигь введена и снята логическая связь между компараторами 7 и 8 и переключателем 3.

Задатчиком 6 уст,анавливают (вручную или дистанционно) режим работы 55 пле интегрирующего устройствами при Р „=. О первый режим, при Р ="1" †. второй режим.

В первом режиме работы интегрирующего устройства (при Р, ="О"), как видно иэ таблицы (строки 1-7) и выра-. жений (1), действие переключателя 3 не зависит от сигнала К, на входе 35.

+ ="0"

Если Ря=Р,„=Р =Рс= О, то +4. = т.е. импульсы на счетный вход счетчи-65

1010616

10 мо от величины и знака сигнала Х1 сигнал 9 быстро увеличивается либо до верхнего упора (.при Р,="0" ),либо до введенной описанным образом .верх-, ней у ставки U0, (при Р = "1").

Если возникнет Р"="1" то независимо от Ps Р и Рс также q 4-- с),э, но

0 ="0", при этом независимо от величины и знака сигнала Х1 сигнал 3 быстро уменьшается либо до нижнего упора (при Р„="0"), либо до введенной описанным образом нижней уставки ()н (Р„= "1").

Таким образом, входы 21 и 22 в первом режиме его работы действуют,как входы быстрого принудительного уве- . личения и уменьшения выходного сигнала интегрирующего устройства соответственно, Эти входы могут быть использованы для введения в интегрирующее устройство начальных условий или для 20 быстрой установки выходного сигнала на безопасный уровень в аварийных ситуациях в системе автоматического регулирования. Отметим, что в первом режиме работы (при Р „="0") интегри — 25 рующее устройство обладает такими же функциональными возможностями, что и интегрирующее устройство 1.2).

Во втором режиме работы интегрируницего устройства (при Р ="1"), как 30 видно из рассмотрения таблицы (строки 1-3 и 8-15) и выражений (1), сохраняется описанное выше .действие сигналов Рс, 8, g. РЬ, Рн, а направление интегрирования сигнала Х, разре-g5 шаемого сигналом Р или сигналом Р„„, и направление быстрого принудительного изменения сигнала ), запускаемого сигналом Р, определяются выходным

+ сигналом Кq компаратора 7 следующим образом.

При К ="0" разрешено только увелил чение, при К ="1" — только уменьшение сигнала Ч . Реле 14, как и в первом

:режиме работы интегрирующеro устройства, индицирует уменьшение сигнала

Х.2 ниже нижней уставки ()>, тогда как реле 13 отключено от компаратора 7 ключом 15, на входе 42 запрета которого действует сигнал P= 1". указанное действие интегрирующего блока во втором режиме работы обеспечивает новые функциональные возможности, расширяющие область его применения в системах автоматического регулирования и (или) управления.

Например, если соединить вход 18 с выходом 17, то при Р ="1", Р =Р,="0", Р ="1" или P 1" интегрирующее устройство будет действовать как бесконтактная интегрирующая следящая система, отслеживающая выходнйм сигналом величину напряжения 0, установленную вручную или дистанционно задатчиком 9 со скоростью, равной Х /Т4, причем подачей сигнала P+="1" можно с установить высокую скорость отслеживания, например, для быстрой установки сигнала ) равным значению ()> а подачей сигнала Р ="1" можно в аварийной ситуации быстро уменьшить сигнал либо до значения ()> (при Рн="1"), либо до нижнего упора (при Р„="0") .

В таком режиме интегрирующее устройство можно использовать в качестве задатчика того или иного регулируемого нар аметра с ограниченйем темпа зада- ния, применяемого, например, в системах автоматического регулирования и управления мощностью и нагрузкой мощных энергоблоков электростанций, взамен более сложны и менее надежных устройств. Отключение реле 13 во втором режиме работы предотвр«щает его быстрый износ вследствие частых переключений и обеспечивает его надежную работу, при последующем переключении интегрирующего устройства в первый режим работы.

Конкретные схемы переключателя 3 для других возможных случаев выполнения преобразователя 1 и счетчика 4 могут быть известным образом легко синтезированы при использовании таблицы.

Предлагаемое интегрирующее устройство обладает расширенными функциональными возможностями и может найти широкое применение в различных системах автоматического регулирования и (или ) управления.

1010616

1010616

Составитель Л. Иванов

Редактор С. Крупенина Техред М,Тепер Корректор Е. Рошко

Заказ 2488/37 Тираж 704 Подпи сное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП "Патент", r.Ужгород, ул.Проектная, 4