Регулятор

 

Изобретение относится к электронным техническим средствам автоматизации технологических процессов и может бьл ь использовано в различных отраслях промышленности в качестве аналогового регулирующего блока. Цель .изобретения - повьппение точности регулирования в системах с большим транспортным запаздьюа1шем путем формирования чередующихся интервалов регулирования, пропорциональных рассогласованию , и пауз, пропорциональтранспортному запаздыванию. В регулятор входят предварительный усилитель 1, цепь 2-корректировки транспортного запаздывания, элемент 3 корректировки сигнала уставки Норма, элемент 4 формирования режима Верхний предер нормы, элемент 5 формирования режима Ни;;;пий предел нормы, первая 6, вторая 7, третья 8 и четвертая 9 цепи развязки,блок 10 цепей исполнительных механизмов с первым 11 и вторым 12 реле, допел(штельный блок 13 цепей ислолнительньп; механизмов с первым 14 и вторым 15 реле, первый 16 и второй 17 резистивные дeлитeJШ напряжения, первый (В и второй 19 бло1си формирования режима Регулирование-пауза , сдвоен ый выключатель 20, первый 21 и второй 22 замыкающие контакты первого и второго реле блока цепей исполнительных механизмов . 1 з.п. ф-лы. 1 ил., о В

„. БО„„144О20

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (51}5 G 05 В 11/26

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ, Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ . д!Л : j л (54) РЕГУЛЯТОР

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (61) 1269094 (21) 4229293/24 (22) 13,04.87 (46) 15. 12. 91 Бюл. У 46 (7 1) Харьковский институт радиоэлектроники им. акад М.К.Янгеля и Государственный всесоюзный-институт по проектированию и научно-исследовательским работам "Южгипроцемент" (72) А.Н.Зеленин, М.Г.Дубровский, С.Г.Заэян и А.Г.Зеленина

{53) 62-50 (088.8) (56) Авторское снидетельство СССР

N 1269094, кп. G 05 В 11/26, 1984. (57) Изобретение относится к э;;ектронным техническим средствам автоматизации технологических процессов и может быть использовано в различных отраслях промышленности в качестве аналогового. регулирующего блока.

Цель,изобретения — повышение точности регулирования в системах с большим транспортным запаздыванием путем формирования чередующихся интервалов регулирования, пропорциональных рнссогласованию, и пауз, пропорциональных транспортному запаздыванию. В регулятор входят предварительный усилитель 1, цепь 2 корректировки транспортного запаздывания, элемент 3 кор" ректировки сигнала уставки "Норма", элемент 4 формирования режима "Верхний предеп нормы", элемент 5 формирования режима "Нижний предел нормы", первая 6, вторая 7, третья 8 и четвертая 9 цепи развязки,блок 10 цепей исполнительных механизмов с первым 11 и вторым 12 реле, дополнительный блок 13 цепей исполнительньг: механизмов с первым 14 и вторым 15 реле, первый 16 и второй !7 реэистивные делите ш напряжения, первый !8 и второй 19 блоки формирования режима "Регулирование-пауза", сдвоенный выключатель 20, первый 21 и второй 22 эа-! мыкающие контакты первого и второго реле блока цепей исполнительных механизмов. 1 э.п. ф-лы. 1 ил.

1440203

Пэобретение относится к электронным техническим средствам автоматиэаIIIIH технологических процессов и может быть использовано в различных отраслях промыецпенности в качестве аналогового регулирую цего блока.

Цель изобретения — повышение точности регулирования в системах с боль1цим транспортным эапаэдывачием путем фОрмирОвания череду101цихсл ин терналов регулирования, пропорциональ11ьв: рассогласовани1э, и пауз„ пропорциональных транспортному эа11аздыванию. 15

Иа чертеже представлена функциональная схема регулятора.

Регулятор содержит предварительный усилитель 1, цепь 2 корректировKH гра нс порт ног O 3BLIB 3gblBB HHII эл емент 3 корректировки сигнала уставки

"Норма", элемент 4 формирования режима "Верхний предел нормы", элемент

5 формирования реею&1а "Нижний предел нормы, первую 6, втору1э 7, третью 8 25 и четнерту1э 9 цепи развязки, блок

10 цепей исполнительных механизмов с дервым 11 и вторым 12 реле„ дополнительный блок 13 цепей исполнительных мexBIIHэмов с первым -14 и вторым 30

15 рсле, первый 16 и второй 17 реэистивные делители напряжения, первый

1S H второй 19 блоки формирования режима "Регулирова еие-пауза", сдвоенный вык1початель 20, первый 21 и второй 22 эамьцсающие контакты перво35

ГО и вторОГО реле блОка цепей испол нительных механизмов.

В первую и вторую цепи развязки дополнительного блока исполнительных механизмов входят развязывающие резисторы 23„ 24, диоды 25, 26, Операционные усилители 27, 28, резисторы

29, 30, оптроны 3 1, 32.

В реэистивные делители напряжения входят резисторы ЗЗ, 34 и регулируемые резисторы 35, 36.

Первый и второй блоки формирования режимов "Регулирование-пауза" содержат первые регулируемые резисторы 37, 38, первые группы 39, 40 за- эц мыкающих и раэмыкающих контактов, соответственно первого и aòîpoão реле дополнительного блока цепей испол11ительных механизмов, первые резисторы 41, 42, первые ко11ден аторы 43, вторые регулируемые резисторы 45, 46 развлзынающие резисторы 47, 48, я I opt lp. I руппы 49, 50 замыкающих H размыкаюиеих контактов с оответственно первого и второго реле дополнительного блока цепей исполнительных механизмов, вторые резисторы 51, 52, вторь1е конденсаторы 53, 54.

Регулятор работает следующим образом.

При отжатой кнопке выкл1эчателя 20 силовые цепи исполнительных механизмов подключены к первому 11 и второму 12 реле блока 10 исполнительных механизмов. В этом случае регулятор осуществляет эффективное регулирование в системах, где величина транспортного запаздывания невелика (например, необходимо только учесть инерционность исполнительных механизмов).

В этом режиме до тех пор, пока входной сигнал, приведенный к первым входам первой 6 нли второй 7 цепи развязки, не ста1,ет больше по абсолютной величине разноименного с ним напряжения, сформированного эле ентом 4 формирования режима "Верхний предел нормы" или элемен-.îì 5 формирования режима "Нижний предел нормы", первое !1 и второе 12 реле

Обесточены, и силовые цепи исполнительных меха1еиэмов отключ Hbl.

В моме нт, к огда входной сиг нал регулятора, приведенный, например, к первому входу первой 6 цепи развязки, превысит IIo абсолютной величине разноименпый с ним сигнал, соответству1ощ .й1 уровню "Верхний предел нормы", резко возрастет коэффициент усиления усилителя этой цепи развязки, что приведет к отпирани1о операционного усилителя этой цели развязки, и выходной ток упомянутого усилителя обеспечит срабатывание оптрона и включение первого 11 реле, соответству1эщие контакты которого отключены От HTop 01 О DxojTB первой 6 цепи развязки элемент 4 формирования режима "Верхний предел нормы", увеличивают козффициент передачи цепи 2 корректировки транспортного запаздывания, вкл1эча1эт силовые цепи блока

10 исполнительник механизмов. Причем( исполнительные механизмы так воздействуют на параметры контролируемого процесса, чтобы добиться вновь задирания усилители. Это произойдет в тот момен времени, когда сигнал на выходе цеди 2 корректировки транспортного запаздывания сравняется с

1440203 з сигналом уставки "Норма" на выходе элемента 3 (элемент 4 формирования режима "Верхний предел нормы" при этом еще отключен). При запирании усилителя оптро,.„ размыкаясь, обес5 точивает первое реле 11 и отключает силовые цепи блока t0 исполнительных механизмов. Все контакты этого репе переходят в нормальное состояние, подключая к второму входу цепи 6 элемент 4 и переводя коэффициент передачи цепи 2 корректировки транспортного запаздывания в исходное со. стояние.

Аналогично регулятор работает и н случае выхода контролируемого па- раметра за границу "Нижнего предела нормы". Однако в этом случае отопрется операционный усилитель второи це- 20 пи 7 развязки, включится второе реле 12, соответствующие контакты которого отключают от второго входа второй цели 7 развязки элемента 5 формирования режима "Нижний предел нормы", уменьшают коэффициент передачи цепи 2 корректировки транспортного запаздывания, включают силовые цепи блока 10 исполнительных механиз-, мов. Процесс регулирования будет происходить до тех пор, пока не запрется усилитель второй цепи 7 развязки.

При использовании регулятора в качестве регулирующего элемента н системах с большим транспортным запазды- 35 ванием нажатием кнопки вьпслючателя

20 отключаются силовые цепи исполнительных механизмов от первого 11 и второго 12 реле блока )0 исполнительных механизмов и подключаются саот- 40 нетстненно- к перному 14 и нторому 15 реле дополнительного блока 13 цепей исполнительных механизмов.

В этом случае регулятор работает следующим образом. 45

Если входной сигнал регулятора препревысил по уровню "Верхний предел нормы", заданный элементом 4, откроется усилитель первой, цели 6 развяз" ки и сработает первое реле 11 блбка

10 исполнительных механизмов, Однако регулирование еще не начнется, так как силовые цепи исполнительных механизмов н этом режиме отключены от первого 1t и второго 12 реле и под ключены соответственно к первому 14 и второму 15 реле дополнительного блока 13 °

При срабатывании первого 11 реле, его соответствующие контакты отключают от второго входа первой. цепи 6 развязки элемент 4 формиронания режима "Верхний предел кормы", увеличивают коэффициент передачи цепи 2 корректировки транспортного запаздывания, а группа контактон 21 отключает первый вход третьей цепи 8 развязки от общей шины и подключает этот вход к выходу первого реэистивного делителя 16. При этом на инвертирующий вход усилителя 27 цепи 8 развязки поступает отрицательное, нходное напряжение (при прохождении входного сигнала через предварительный усилитель 1 знак этого сигнала изменяется). Неиннертирующий вход усилителя 27 через регулируемый резистор 45 регулировки длительности паузы, размыкающий контакт группы

39 первого реле 14 дополнительного блока 13 и резистор 41 цепи разряда первого конденсатора 43 подключен к; общей шине. Отрицательный сигнал на иннертирующем входе усилителя 27 вызовет запирание диода 25, резкое увеличение коэффициента усиления уси" лителя 27, выходной ток которого вы" зовет срабатывание оптрона 31 и первого реле 14 дополнительного блока

13. Контакты этого реле включают силовые цепи исполнительных механизмов — начинается процесс регулирования. Размьпвающий контакт группы 49 контактов первого реле 14 размьп<ает ся, а замьпсающий контакт этой группы замьиается, чем обеспечивается через разрядный резистор 51 перезарядка обкладок втоврого конденсатора 53 до потенциала отрицательного вывода источника питаш я. Размыкающий контакт группы 39 контактов лри размыл<анни отключает первый 43 конденсатор от разрядного резистора 41 и подключает этот конденсатор к регулируемому резистору 37 цели заряда первого конденсатора 43. Этот конденсатор начи- .. нает заряжаться приведенным отрицав тельным выходным сигналом цепи 2 корректировки транспортного запаздывания. Тем самым отрицательный потенциал на неинвертирующем входе операционного усилителя ? / третьей цепи 8 развязки начинает расти по аосолютной величине. Причем скорость его нарастания определяется постоянной вре.мени заряда В;тГ <>. Регулирование

"5 44020 будет продолжаться до тех пор, пока либо не отключится первое реле 11 (контакт 2 1 этого реле обеспечит подключение пepsoro входа третьей развя- зывающей цепи, 8 к .общей шине), либо

5 до тех пор, поМа уровень сигнала на неинвертирующем входе усилителя 2? не станет более отрицательным, чем уровень сигнала на инвертирующем входе этого усилителя. Если в момент времени t напряжение заряда на первом конденса;оре С превысит по уровню сигнал на инвертирующем входе

S и усилителя 27„ то откроется диод 25, 1 операционный усилитель 27 запрется, Оптрон 3 1 при размьпсании Отключит первое реле 14, и тем самым обесточит силовые цедМ исполнительных меха ниэмов» Заканчивается первый этап 2О регулирования. Начинается пауза.

В этом режиме размыкающий контакт группы 49 подкл|очает заряженную дб уровню потенциала отрицательного вывода источника питания обкладку вто- 25 .рОго конденсатора 53 через развязъ3вающий резистор 47 к неинвертирующему входу усилителя 27, а размыка1ощий контакт группы 39 подключает резис- . тор 4 1 цепи разряда первого конденса- gg тора 43. 1(онденсатор 43 быстро разряжается через резистор 41, а второй конденсатор 53 начинает разряжаться

ПО цепи Е Й Е « со скоростьюз определяемой постоянной времени (R< + зь

+ R „ + R „, ) С, Усилитель 27 не откроется до тех пор, пока уровень сигнала па неинвертирующем входе

1 (напряжение на конденсаторе С ) не станет более положительным, чем 4О уровень сигнала на инвертирующем вхо" де усилителя 27.

Когда в процессе разряда второго ,. конденсатора С

Бб замыкающий контакт группы 39 подключит первый конденсатор 43 к регулируемому резистору 37 цепи заряда пер" вого конденсатора 43.

3 6

Этим заканчивается пауза, и начинается очередной этап — регулирование.

Г

Предыдущая пауза в регулировании по длительности должна учесть транспортное запаздывание в системе (инерционность технологических процессов) с тем, чтобы очередной этап регулирования начался с установившегося состояния контролируемого процесса (объекта).

Б дальнейшем цикле "регулирование-пауза" будут продолжаться до тех пор, пока уровень сигнала на выходе цепи 2 корректировки транспортного запаздывания не сравняется по абсолютной величине с сигналом уставки

"Норма" элемента 3 корректировки сигнала уставки "Норма", т.е. пока на первом входе первой цепи 6 нв оКажется нулевой уровень сигнала. В этом случае запрется усилитель первой цепи 6 развязки., разомкнется с оптрон этой цепи и выключится первое реле 1 1..Соответствующие контакты этого реле переведут цепь 2 корректировки транспортного запаздывания в исходное состояние, подключат к второму входу первой цепи 6 элемент 4 Формирования режима "Верхний предел нормы", а замыкающий контакт

21 первого реле 11 подключит первый вход третьей цепи 8 развязки и общей шике, чем обеспечивается отпира ние диода 25 и запирание усилителя

27. Разомкнутый оптрон 31 отключает первое реле 14 дополнительного блока

13 и обесточивает силовые цепи.исполнительных механизмов (прекратится регулирования), а замыкающий контакт группы 39 контактов первого реле 14 дополнительного блока 13 откпючит первый конденсатор 43 от регулируемо го резистора 37, а размыкающий контакт группы .49 контактов этого реле замкнет цепь разряда второго конденсатора.53.

Регулятор приведен в исходное со-

СТОЯЯИЕe

Рассмотрим работу в случае, когда входной сигнал регулятора по уровню выйдет за "нижний предел нормы", за-, данный элементом 5. При этом откроется усилитель второй цепи 7 развязки и сработает второе реле 12 блока 10 исполнительных ъ еханиэмов. Соответствуюйде контакты этого реле отключают от второго входа второй цепи 7. 7 1440203 8 развязки элемент 5 формирования режи- pàýìûêàÿñü, отключит второе реле f 5, ма "Нижний предел нормы", уменьшают и тем самым обесточит снловые цепи коэффициент передачи цепи 2 коррек- исполнительных механизмов. Заканчитировки транспортного запаздывания вается первый этап регулирования. HaS а контакт 22 отключает гервый вход чи"аетсн паУза ° четвертой цепи 9 развязки от общей При отключении второго реле 15 шины и подключает этот вход к выходу дополнительного блока 13 размыкающиФ второго резистивного делителя 17 на- контакт 50 группы контактов этого пряжения. При этом на инвертирующий 1 Реле подключает заряженную до уровня вход усилителя 28 поступает положи- потенциала положительного вывода истельное входное напряжение, вызываю- точника питания обкладку втоРого конщее запирание диода 26 и резкое уве- денсатора 54 через развязывающий реличение коэффициента усиления усили- зистор 48 к неинвертирующему входу теля 28. Возросший выходной ток это- "15 УсилителЯ 28, а Размыкающий контакт го усилителя .вызывает срабатывание 40 группы контактов подключает резисоптрона 32 и второго 15 реле дополни- тоР 42 цепи РазРЯда пеРвого конденсательного блока 13. Контакты этого ре- . тоРа 44. КонденсатоР 44 быстРо РазРЯле включают силовые цепи исполнитель- жается через резистор 42, а второй ных механизмов — начинается процесс 2О конденсатоР 54 начинает РазРЯжатьсЯ регулирования. о цепи R« R<< R< co скоростьroó

Размыкающий контакт группы 50 кон- определяемой постоянной времени тактов второго реле 15 размыкается, к46+ В45 + R4q С „. Усилитель 28 не а замыкающий контакт этой группы замы- откроется до тех пор, пока уровень

1 кается, чем обеспечивается через раз-25 сигнала на неинвертирующем входе рядный резистор 52 перезарядка обкла- (напряжение на конденсаторе 54) не док второго конденсатора 54 до потен- станет меньше уровня сигнала на инциала положительной клеммы источника вертирующем входе усилителя 28, Когпитания, Размыкающий контакт группы да в процессе разряда второго конден40 контактов, Размыкаясь, отключает 30 сатора 54 такой момент наступит (врепервый конденсатор 44 от резистора мя ), запрется диод 26, откроется

42 и подключает этот конденсатор к Усилйтель 28, сработает оптрон 32, регулируемому резистору 38 цепи за- включатся второе реле 15 и силовые ряда первого конденсатора 44. Этот цепи исполнительных механизмов, законденсатор начинает заряжаться при- мыкающий контакт группы 50 второго веденным положительным выходным сиг- реле 15 подключит второй конденсатор

35 налом, цепи 2 корректировки транспорт- 54 к Резистору 52, обеспечивая переного запаздывания. Тем самым положи- заряд обкладок конденсатора до уровтельный потенциал на. неинвертирующем ня потенциала положительного вывода входе операционного усилителя 28 чет- 40 источника питания, а замыкающий вертой цепи 9 развязки начинает рас- контакт группы 40 подключит первый ти. Причем скорость его нарастания конденсатор 44 к регулируемому реэисопределяется постоянной времени це-, тору 38 цепи заряда первого конденпи заряда RqqC . Регулирование будет сатора 44. продолжаться до тех пор пока либо

У

Этим заканчивается пауза и начинане отключится второе реле 12 (кон-, . ется очередной этап регулирования. (.такт 22 обеспечит подключение перво- . В дальнейшем цикл, . регулированиего входа четвертой цепи 9 развязки " пауза будет продолжаться до тех пор, к общей шине), либо до тех пор, пока пока уровень сигнала на входе цепи уровень сигнала на неинвертирующем 2 корректировки транспортного запаздывходе усилителя 28 не превысит (ста- ванин не сравняется по абсолютной ве, 50 нет более положительным) сигнала на личине с сигналом уставки "Норма" инвертирующем входе этого усилителя. . элемента 3 корректировки сигнала усЕсли В момент времени t, напряже- тавки "Норма", т.е. пока на первом ние заряда на первом С „ конденсато- входе второй цепи 7 развязки HP. noре превысит по уровню сигнал на ин- .55 явится нулевой уровень сигнала. В вертирующем входе усилителя 28, то. этом случае запрется усилитель втооткроется диод 26, операционный рой цепи 7 Развязки, разомкнется оптусилитель 28 запрется, оптрон 32, рон этой цепи и выключится второе 9 14402 реле 12. Соответствующие контакты этого реле переведут цепь 2 корректировки транспортного запаздывания в исходное состояние подключат к

Р

5 второму входу второй цепи 7 элемент

5 формирования режима "Нижний предел нормы", а замыкающий контакт 22 второго, реле подключит первый вход четвертой цепи 9 развязки к общей шине, чем обеспечивается отпирание диода

26 и эапирание усилителя 28. Размыкаясь,.оптрон 32 .отключает второе реле 15 дополнительного блока 13, обесточивает силовые цеди исполни.тельных механизмов (прекратится регулирование), а замыкающий контакт группы 40 контактов второго реле 15 отключит первый конденсатор 44 от регулируемого резистора 38, а размы кающий контакт группы 50 контактов второго реле 15 замкнет цепь разряда второго конденсатора 54.Регулятор приведен в исходное состояние 25

Изменение длительности интервалов регулирования может достигаться в регуляторе двояким образом: при фикси рованных параметрах первого (второго)

16 (1.7) резистивпого делителя — путем З0 изменения реэистивности регулируемого резистора 37 (38), а при фпксированной величине резистивности регулируемого резистора 37 (38) — путем изменения коэффициента передачи резис" тивного делителя 16 (17) с помощью

ЗБ регулируемого резистора 35 (36).

Изменение длительности интервалов пауз обеспечивается резистором 45 (46) регулировки длительности паузы.

Для уменьшения влияния первого 43 (44) конденсатора на процесс разряда второго 53 (54) конденсатора через резисторы Й уу (К 4q) R gy (К 4<)» К 1 (R 4 ) номинал резистора 41 (42) цепи

45 разряда выбирается иэ условия: К„ (К ) "К4 (К ) Формул а,из обр е те ни я

1. Регулятор по авт.св. И 1269094, отличающийсятем, что, с целью повышения точности регулирования в системах с большим транспортным запаздыванием путем формирования чередующихся интервалов регулирования,55 пропорциональных рассогласованию, и цауз, пропорциональных транспортному запаздыванию, в него введены дополни0

10 тельный блок цепей исполнительных механизмов, третья и четвертая цепи развязки, первый и второй резистивные делители напряжения, первый и второй блоки формирования режимов

"Регулирование-пауза" и сдвоенный выключатель, оба входа KOToporo соединены с выходом цепи корректировки транспортного запаздывания, а первый. и второй выходы - с входами соответственно первого и второго блоков формирования режимов "Регулированиепауза" и через первый и второй последовательно соединенные реэистивные делители напряжения и присоединенные к общей шине замыкающие контакты соответственно первого и второго реле блока цепей исполнительных механизмов — с информационными входами соответственно третьей и четвертой. це.пей развязки, управлякюцие входы которых подключень1 к выходам соответственно первого и второго блоков формирования режимов Регулирование-пауза", а выход каждой из них " к соответствующему входу дополнительного блока цепей исполнительных механизмов.

2. Регулятор по п.1 о т л и ч а ю шийся тем, что каждый блок формирования режимов "Регулнрованиепауэа" содержит первый регулируемый резистор, первый вывод которого является входом блока, а второй его вывод через замыкающий контакт первой группы контактов соответствующего реле дополнительного блока цепей исполнительных механизмов соединен с первой обкладкой первого конденсатора, вторая обкладка которого подсоединена к общей шине, связана через первый резистор с раэмьпсающим контактом той же группы контактов, переключающий контакт которой через оследовательно соединенные второй егулнруемь|й резистор, второй вывод

;которого является выходом блока, и (раэвяэывающий резистор связан с раз мыкающим контактом второй группы контактов соответствующего реле дополнительного блока цепей исполнительных механизмов, подключенным к первой об-. кладке второго конденсатора, вторая обкладка которого, подсоединенная к соответствующему выводу источника питания, соединена через второй резистор с замыкающим контактом той же группые! 4402 03

Составитель М.Никитина

Техред И.Ходанич

Редактор Т.Иванова

Корректор Г. Решетпик

Тираж 441 Заказ 4ббб.

Подписное

ВПИИПИ Государственного комитета СССР по делам изоопетепий и открытий

1I3035, 1осква, Ж-ÇS, Раушскав нао., д. 4/5

Производствс-нно-полиграфи ческое предпрпнтие, г. Ужгород, ул. Проектное, 4