Автоматическое устройство для формирования и испытания химического источника тока

 

АВТОМАТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ И ИСПЫТАНИЯ ХИМИЧЕСКОГО ИСТОЧНИКА ТОКА, содержащее генератор тактовых импульсов, задатчик тока, узел сравнения, дешифратор и последовательно соединенные узел управления тиристорами, тиристорный преобразователь, снабженный входными и выходными силовыми выводами, датчик тока, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения , точности устройства, в него введены аналого-цифровой преобразователь , арифметическое устройство , вычитающий счетчик, первый и второй регистры, при этом для связи с ЭВМ устройство снабжено информационными входом и выxoдoм синхронизирующим входом, прерывающим выхо;дом и управляю1дим входом, выход задатчика тока подключен к первому входу узла сравнения , выход узла сравнения подключен к первому входу узла управ; сния тиристорами, первый рход аналого-цифрового преобразователя соединен с выходг,м датчика тока, второй запускающий ..AlicivVv; - I-; -;. i : vHj yrSi . вход аналого-цифрового преобразователя соединен с первым выходом генератора тактовых импульсов, информационный выход аналого-цифрового преобразователя и выход Конец преобразования его соединены с входами арифметического устройства, выход арифметического устройства соединен с вторым входом узла сравнения и первым входом второго регистра , первые входы вычитающего счетчика , задатчика тока и первого регистра соединены с информационным входом устройства, второй вход вычитающего счетчика соединен с вторым выходом генератора тактовых импульсов , выход вычитающего счетчика подключен к прерывающему выходу устройства , тормозящему входу генерато ра тактовых импульсов, к второму входу узла управления тиристорами и третьему входу арифметического устройства, выход первого регистра подключен к третьему входу узла управления тиристорами, выход второго регистра подключен к информационному выходу устройства, первый вход дещифратора соединен с управляющим входом устройства, а второй вход подключен к синхронизирующему входу устройства, выходы дешифратора подключены к вторым входам первого и второго регистров, задатчика тока и к третьему входу вычи тающего счетчика, третий выход генератора тактовых HMnyj|bcoB подключен к четвертому входу арифметического устройства, к четвертому входу вычитающего счетчика подключена цепь начальной установки устройства в исходное состояние.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

„,SU„„1112446

ВСЮ Н 01 M 10 48

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3611985/24-07 (22) 13.04.83 (46) 07.09.84. Бюл. № 33 (72) M.Å.Савостьянов и В.Ф.Ольховнев (71) Смоленское специальное конструк— торско-технологическое бюро систем программного управления (53) 621. 355. 1 (088. 8) (56) ). Авторское свидетельство СССР № 54!226, кл, Н 01 M !0/48, 1974.

2. Патент ЧССР № 149087, кл. 21 в 26/02, 1970.

3. Авторское свидетельство СССР

¹ 649066, кл. H 01 М 10/48, 1977. (54)(57) АВТОМАТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО

ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ И ИСПЫТАНИЯ ХНМНЧЕСКОГО ИСТОЧНИКА ТОКА, содержащее генератор тактовых импульсов, задатчик тока, уз ел ср авнения, дешифратор и последовательно соединенные узел управления тиристорами, тиристорный преобразователь, снабженный входными и выходными силовыми выводами, датчик тока, о т л и ч а ю— щ е е с я тем, что, с целью повышения точности устройства, в него введены аналого-цифровой преобразователь, арифметическое устрой— ство, вычитающий счетчик, первый и второй регистры, при этом для связи с 3ВМ устройство снабжено инфор— мационными входом и выходом,синхрони зирующим входом, прерывающим выходом и управляющим входом, выход задатчика тока подключен к первому входу узла сравнения, выход узла сравнения подкл|очен к первому входу узла управления тиристорами, первый вход аналого-цифрового преобраз ователя соединен с выход< м датчика тока, второй запускающий вход аналого-цифрового преобразователя соединен с первым выходом генератора тактовых импульсов, информационный выход аналого-цифрового преобразователя и выход оКонец преобразования" его соединены с входами арифметического устройства, выход арифметического устройства соединен с вторым входом узла сравнения и первым входом второго регистра, первые входы вычитающего счетчика, задатчика тока и первого регистра соединены с информационным входом устройства, второй вход вычи— тающего счетчика соединен с вторым выходом генератора тактовых импульсов, выход вычитающего счетчика подключен к прерывающему выходу устройства, тормозящему входу генератора тактовых импульсов, к второму входу узла управления тиристорами и третьему входу арифметического устройства, выход первого регистра подключен к третьему входу узла управления тиристорами, выход второго регистра подключен к информационному выходу устройства, первый вход дешифратора соединен с управляющим входом устройства, а второй вход подключен к синхронизирующему входу устройства, выходы дешифратора подключены к вторым входам первого и второго регистров, задатчика тока и к третьему входу вычи тающего счетчика, третий выход генератора тактовых импульсов подключен к четвертому входу арифметического устройства, к четвертому входу вычитающего счетчика подключена цепь начальной установки устройства в исходное состояние.

4 1112

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано на пр едприятиях электр оте хниче ской промьппленности по производству и исследованиям химических источников ток а для авт оматизиро в анн о го упp а вл ения технологическим процессом, например процессами формирования пластин свинцово-кислотных аккумуляторов и испытаний аккумуляторных батарей.

На предприятиях отрасли при массовом производстве свинцово-кислотных аккумуляторов используется формирование электродных пластин в режиме заряда постоянным током. Наряду с этим с целью сокращения длительности процесса для формирования электродных пластин применяются ступенчатые реверсивные режимы с соответствием времени прохождения прямого и обратного токов 10/1. Исследования и испытания аккумуляторных батарей различных электрохимических систем на основании математических моделей конкретных объектов применения, напри— мер электромобилей, порождают разнообразные реверсивные режимы работы батарей.

Известны устройства для заряда и разряда аккумуляторных батарей стабилизированным током, предназначенные дпя формирования, тренировки и исйыт ания аккумуляторных бат арей, содержащие тиристорный преобразователь, узел управления тиристорами, блок коммутации, усилитель, задатчик 35 и датчик тока, источник смещения 1j и (2).

Недостатком этих устройств явля— ется ограничение уставок по току, необходимость ручной предварительной подготовки, заключающейся в ручном задании токов посредством переключателей, либо потенциометров, невозможность сопряжения с цифровыми вычислительными машинами, хранящими программы или генерирующими управляющие воздействия в результате обработки математической модели объекта применения батареи, что в конечном итоге повьппает трудоемкость про- 59 цесса и снижает надежностные характеристики H качество управления.

Кроме того, эти устройства используют аналоговые элементы в системах стабилизации, которым прису- у ща погрешность за счет дрейфа нуля" усилителей постоянного тока, температурной нестабильности характеристик узла сравнения, задатчнка тока и источника питания.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является автоматическое устройство для формирования и испытания химического источника тока, содержащее генератор тактовых импульсов, задатчик тока, узел сравнения, дешифратор и последовательно соединенные узел управления

ТНрНсТорВМН, THpHcT0pHbIH преобразователь, датчик.

Устройство обеспечивает высокую степень автоматизации процесса и может управляться от встроенного уст-; ройства считывания программоносителя 31.

Однако в известном устройстве используются аналоговые элементы для реализации системы управления и стабилизации тока, которые требуют сложных элементов согласования с устройствами цифрового программного управления и пор аждают погрешности, обусловленные температурной нестабильностью характеристик узла сравнения, задатчика тока и источника пит ания, дрейфом нуля усилителя постоянного тока, а также нестабильностью выходного напряжения источника питания задатчика при помехах и изменениях питающей сети.

Кр оме то го, при больших у гл ах открытия тиристоров выходной ток тиристорного преобразователя может носить импульсный характер, что вызывает необходимость наличия в цепи из мере ния т ока аналоговых инте гр аторов, построенных с использованием Ñ-цепей для получения на выходе среднего значения измеренного сигнала, последнее порождает дополнительную погрешность измерений и стабилизации. Устройство не обеспечивает непосредственное сопряжение с ЭВМ и централизованный контроль качества обработки управляющих воздействий

1уставок тока1. Устройство также не обеспечивает прием, хранение и отработку длительности уставок по времени.

Целью из обретения я вляет ся повышение точности работы устройства.

Указанная цель достигается тем, что в устройство, содержащее генератор тактовых импульсов,задатчик тока, уз ел ср авнения, дешифратор и последовательно соединенные узел управления тири ст ор ами, тири стор ный

1112446 ф преобразователь, снабженный входными и выходными силовыми выводами, датчик тока, дополнительно введены аналого-цифровой преобразователь, арифметическое устройство, вычитающий счетчик, первый и второй регист— ры, при этом для связи с ЭВМ устройство снабжено информационными входом и выходом синхронизирующим входом. прерывающим выходом и управляющим входом, выход задатчика подключен к первому входу узла сравнения, выход узла сравнения подключен к первому входу узла управления тиристорами, первый вход аналого-цифрового преобразователя соединен с выходом датчика тока, второй запускающий вход аналого-цифрового преобразователя соединен с первым выходом генератора тактовых импульсов, информационный выход аналого-цифрового преобразователя и выход "Конец преобразования" его соединены с входами арифметичес— кого устройства, выход арифметического устройства соединен с вторым входом узла сравнения и первым входом второго регистра, первые входы вычитающего счетчика, задатчика тока и первого регистра соединены с информационным входом устройства, ЗО второй вход вычитающего счетчика соединен с вторым выходом генерато— ра тактовых импульсов, выход вычитающего счетчика подключен к преры— вающему выходу устройства, тормозящему входу генератора тактовых им— пульсов, к второму входу узла управления тиристорами и третьему входу арифметического устройства,, выход первого регистра подключен к третьему входу узла управления тиристора40 ми, выход второго регистра подключен к информационному выходу устройства, первый вход дешифратора соединен с управляющим входом устройства, а вто— рой вход подключен к синхронизирующему входу устройства, выходы дешифратора подключены ко вторым входам первого и второго регистров, задатчика и к третьему входу вычитающего счетчика, третий выход генератора тактовых импульсов подключен к четвертому входу арифметического устройства, к четвертому входу вычи— тающего счетчика подключена цепь начальной установки устройства в 55 исходное состояние.

На фиг, 1 представлена структурная схема устройства; на фиг. 2 функциональная схема устройства; на фиг. 3 — функциональная схема арифметического устройства; на фиг. 4 — диаграмма работы устройства.

Авт оматиче ское устр ой ство для формирования и испытания химического источника тока содержит реверсивный тиристорный преобразователь 1, датчик 2, аналого-цифровой преобразователь 3, арифметическое устройство 4,-узел 5 сравнения, узел 6 управления тиристорами, задатчик 7 (представляющий собой регистр), регистр 8, вычитающий счетчик 9, генератор 10 тактовых импульсов, регистр 11, дешифратор 12, информационный вход 13, информационный выход 14, управляющий вход 15, синхронизирующий вход 16, прерывающий выход 17.

При включении питания сигналом

"Начальная установка" устанавливается в нулевое состояние вычитающий счетчик 9. На выходе счетчика 9 появляется сигнал, запрещающий подачу импульсов открытия тиристоров преобразователя 1 с узла 6 управления тиристорами, работу генератора 10 тактовых импульсов, и сбрасывающий регистры и счетчики арифметического устройства. -Этот сигнал подается на прерывающий выход 17 устройства сообщая о том, что устройство готово принять информацию и приступить к отработке уставки.

Информация о параметрах уставки: величине, длительности, режиме (-з-аряд, разряд) подается в двоичном коде из внешних устройств, напри— мер ЭВМ, побайтно на информационный вход 13 устройства. Сигналами, передаваемыми из ЭВМ на управляющий вход 15 устройства, задается адрес приемника информации: счетчика 9, задатчика 7 или регистра 11, в момент поступления синхронизирующего импульса по входу 16 синхронизации происходит запись байта информации, поступающей на информационный вход 13 устройства, в приемник, адрес которого задан сигналами по управляющему входу 15. Последовательность передачи информации рекомендуется выбирать такой, чтобы информация о длительности уставки передавалась последней.

После записи информации о длительности уставки счетчик 9 выходит,ll12446 из нулевого состояния, при этом раэ— решается работа генератора 10 тактовых импульсов, выдача импульсов открытия тиристоров преобразователя 1, снимается сигнал с прерывающего выхоца 17 устройства.

Генератор 10 тактовых импульсов производит запуск аналого-цифрового преобразователя 3, последний преобразует аналоговую величину сигнала с 10 датчика 2 в двоичный код. С выхода аналого-цифрового преобразователя 3 двоична код и сигнал "Конец преобразования поступают в арифметическое устройство 4, которое производит 15 счет количества преобразований преобразователя 3 эа заданный период, суммирование двоичных кодов мгновенных значений аналоговых сигналов датчика 2, хранение промежуточных и конечного результата суммирования за период вычисления среднего значения сигнала за период путем деления результата суммирования на количество преобразований преобразователя 3. 2

Тактированне работы арифметического устройства 4 производится частотой, подаваемой с генератора 10 тактовых импульсов.

При применении в качестве датчика шунта, сигнал на его выходе пропорционален протекающему току и может быть легко пересчитан в значение тока.

С выхода арифметического устройства 4 среднее значение тока в виде двоичного кода записывается в регистр

8 и передается на информационный выход 14 устройства путем задания адреса регистра 8 по управляющему входу 15 устройства и позволяет внеш4О ним устройствам контролировать отработку уставки по величине.

Узел 5 ср авне ния ср авнивае т цифровой двоичный код среднего значе— ния тока, поступающего с выхода арифметического устройства 4 с кодом уставки, записанным в задатчик 7, и выдает на свой выход в цифровой двоичной форме алгебраическую разность кодов. Последняя поступает на вход узла 6 управления тиристорами.

Узел 6 управления тиристорами преобразует входной сигнал в импульсы фазового регулирования и выдает их на управляющие входы тиристоров инвертора или выпрямителя тиристорного преобразователя 1 в соответствии с кодом режима, поступающим иэ регистра 1!. Фазовое регулирование осущест-. вляется до получения с выхода уэна 5 сравнения сигнала равенства коцов и далее такое значение тока поддерживается.

Вычитающий счетчик 9 с момента запуск а ге нер ат op a 10 т акт о вых импуль" сов считает поступающие на счетный вход временные импульсы вплоть до обнуления.

Во время протекаш я процесса отработки уставки тока ЭБК может провести контроль отработки, передав по управляющему входу 15 устройства адрес регистра 8 и сигнал по синхронизирующему входу 16, при этом на информационный выход устройства поступает код отрабатываемого в данный период тока.

Б момент обнуления счетчика 9 сигналом с его выхода тормозится генератор 10 тактовых импульсов, сбрасывается арифметическое устройство 4, запрещается подача импульсов открытия тиристоров и подается сигнал на прерывающий выход 17. С получением информации о новой уставке процесс повторяется.

При этом генератор 10 тактовых импульсов включает генератор 18 и делители 19 и 20 частоты; регистр 8 включает регистр 21 и схемы 22-29 совпадения; арифметическое устройство

4 включает сумматор 30, промежуточный регистр 31, выходной регистр 32, триггер 33, суммирующий счетчик 34, дешифратор 35, циклический счетчик 36, схемы 37 и 38 совпадения, схему И-ИЛИ 39, схему ИЛИ 40.

Устройство работает следующим образом.

При включении питания сигналом

"Начальная установка устанавливается в нулевое состояние вычитающий счетчик 9, при этом на выходе P-счет— чика 9 появляется сигнал, запрещающий подачу импульсов открытия тиристоров преобразователя 1 с узла 6 управления тиристорами, работу генератора 18 и сбрасывающий в "Нулевое состояние" через схему ИЛИ 40 триггер 33, через схему И-ИЛИ 39 вы— ходной регистр 32 арифметического устройства 4. Кроме того, этот сигнал подается на прерывающий выход 17 устройства, сообщая о том, что устройство готово принять ин1формацию и приступить к работе, Величина уставки в виде восьмиразрядного двоичного кода по инфор1112

7 мационному входу 13 поступает на

Т1-входы регистра 7. По управляющему входу 15 двоичный код выбора регистра 7 поступает на входы дешифрата— ра 12. Па синхраимпульсу, поступающему по синхронизирующему входу 6 на С-вход дешифратора 12, производится дешифрация кода. На выходе 2 дешифратора 12 формируется импульс, поступающий на С-вход р егистр а 7 и производится запись двоичного кода величины уставки в регистр 7, с выходов которого двоичный код поступает на вход узла 5 сравнения. Аналогично производится запись кода режима в регистр 11, с выхода которога кад режима поступает в узел 6 управления тиристарами и кода длительности уставки в вычитающий счетчик 9.

После записи информации а длительности уставки вычитающий счетчик 9 вывыходит из нулевого состояния и с выхода Р— снимается сигнал, з агрещающий работу элементов устройства.

На фиг. 4 приведена временная диаграмма р а боты устройства, где 4 1 — импульсы тактовой частоты генератора

18; 42 — импульсы н а выходе делителя

19 частоты; 43 — сигнал конца преаб— разования аналого-цифрового преобразователя 3; 44-50 — сигналы на выхо30 дах 1 — 7 соответственно дешифратора 35 арифметического устройства 4;. 5 сигнал на выходе 2 циклического счетчика 36: 52 — сигнал на выходе схемы 37 ; 53 — сигнал на З5 выходе схемы И-ИЛИ 39; 54 — сигнал на выходе схемы 38 совпадения; 55 сигнал на выходе триггера 33.

С выхода генератора 18 импульсы

41 тактовой частоты поступают на вхо-40 ды делителей 19 и 20 частоты и суммирующего счетчика 34 арифметического устройства 4. Выходным импульсом 4 2 запускается аналого — цифр >вой преобразователь 3. Коэффициент К де- 45 лителя 19 частоты выбирается из условия получения периода следования импульсов 42 достаточного для выполнения преобразования. По окончании преобразования величины мгновенного SO значения аналогового входного сиг— нала в цифровой двоичный код, с вы— хода аналого †цифрово преобразователя 3 поступает сигнал 43 конца преобразования на вход S триггера 33 и кад величины входного сигнала на входы Х вЂ” Х8 сумматора 30. Триггер 33 переходит г состояние !".

446 8 разрешая тем самым работу суммирующего счетчика 33. При поступлении на вход счетчика 33 первого импульса счетчик изменяет свое состояние и на выходе дешифратара 35 появляется сигнап 44, разрешаюш и запись в промежуточный регистр 31 суммы кода в н а входах X! — Х8 и У 1 — у +8 сумматора 30. При появлении на выходе 2 дешифратора 35 сигнала 45 производится перезапись кода с выхода регистра 31 в выходной регистр 32, с выхода 1 - vn +8 которого код поступает на входы У! — Ут +8 сумматора

30, чта обеспечивает получение нарастающей суммы кодов в процессе цикла измерений. Сигнал 46 поступает на суммирующий вход циклического счетчика 36 и переводит его в сле— дующее состояние. По сигналу 50, поступающему с выхода 7 дешифратара 35 на вход схемы ИЛИ 40, с выхода которой выходной сигнал поступает на R -вход триггера 33, триггер 33 переходит в состояние "0" и сбрасывает счетчик 34. Цикл повторяется.

Процесс продолжается до появления на выходе 2 счетчика 36 сигнала 51, последний разрешает прохождение на выход схемы 37 совпадения сигнала 52, по которому производится перезапись информации с выходов сумматора

32 ъ +! —; !л +8 в регистр 21, а так— же разрешается работа узла 5 сравне. ния. По сигналу 53, поступающему с выхода схемы И вЂ” ИЛИ 39 на вход R регистра 32, происходит сброс регистра. По сигналу 54 сбрасывается па входу Р счетчик 36.

Количество измерений мгновенных значений, считаемое счетчиком 36, выбирается равным дваи-.ному числу из выражения:

Ь= 2т, где м = 1,2,3,4,....

В свою очередь п; выбирается из условия где Т вЂ” выбранный период измерений среднего значения сигнала;

Т вЂ” период следования запускающих импульсов аналого-цифрового преобр аз о ват еля.

Среднее значение измеряемого тока получается путем деления сумин кодов измерении мгновенных значений

9 1112 за период измерения на круглое двоичное число и, соответствующее числу просуммированных мгновенных значений измерений аналого-цифрового преобразователя 3 методом отбрасывания ъ младших разрядов кода выходного регистра 32, сохраняющего результат суммирования. Очевидно, что при таком методе деления возникает погрешность, поскольку используется только lo целая часть частотного и отбрасывается остаток. Однако простота схемы и невысокая погрешность деления (при измерении тока 100 А с числом измерений мгновенных значений за период равным 2048 погрешность не превышает

IX ) позволяют обеспечить приемлемость такого схемного решения. На примере рассмотрен один из простейших вариантов схемного решения, при введении в состав устройства схемы коррекции возможно уменьшить погрешность.

Ввод простой схемы анализа старшего отбрасываемого разряда и учет его значения в конечном результате деления позволяет уменьшить погрешность в два раза.

С выхода регистра 21 код поступает на входы схем 22-29 совпадения.

По запросу от ЭВМ, поступающему по управляющему входу 15 на дешифратор 12 и синхронизирующему входу 16 на С-вход дешифратора, с выхода 4 дешифратора 12 поступает разрешающий сигнал на входы схем 22-29 совпадения, с выхода которых код передает446 10 ся по информационному выходу 14 в

ЭВМ.

Коэффициент деления К1 делителя 20 частоты выбирается иэ условия получения периода следования импульсов на выходе равным минуте, секун де, миллисекунде и т.д. в зависимости от необходимой точности отработки уставки по времени. По истечении времени отработки уставки на выходе

P-вычитающего счетчика 9 появляется сигнал обнуления, запрещающий подачу импульсов открытия тиристоров преобразователя 1 с узла 6 управления тиристорами, работу генератора 8 и сбрасывающий в нулевое состояние триггер 33 и выходной регистр 32 арифметического устройства 4, а также поступающий на прерывающий выход 17 устройства как запрос в 3ВМ на выдачу следующей уставки тока.

Применение изобретения в процессах формирования пластин свинцовокислотных аккумуляторов и при испытаниях батарей позволяет создать централизованные комплексы с управлением от 3ВМ, при этом повысить производительность труда и достоверность испытаний.

Применение изобретения в комплексе технических средств испытания батарей на основании математической модели объекта применения позволяет сократить сроки проведения испытаний и повысить производительность труда лабораторного персонала.

1 I12446 (! 12446

1112446

1112446

Заказ 6462/38 Ти аж 682 По сяое

Вилкам Шй тежт, г. Ужгород,ул.Проехткаа, 4