Устройство для контроля и регулирования технологического параметра

 

Изобретение относится к автоматике, в частности к устройствам для контроля и регулирования технологических параметров. Устройство содержит датчик параметров 1, задатчик уставки 2, трехпозиционную схему сравнения 3, два индикатора 4,5, два элемента НЕ 6, 7, элемент И-НЕ 8, два задатчика 9, 10 зоны нечувствительности, ключ 11, схему определения модуля разности двух сигналов 12, формирователь импульсов 13, формирователь управляющих сигналов 14, одновибратор 15, шесть элементов И 16-21, два элемента ИЛИ 22, 23, два усилителя 24, 25, исполнительный механизм 26. При каждом выходе параметра за верхнюю, либо за нижнюю границу большой зоны, формирователь импульса 13 вырабатывает один управляющий импульс, длительность которого пропорциональна сигналу рассогласования. В это же время происходит переключение большой зоны на маленькую. Формирователь управляющих сигналов 14 также вырабатывает управляющие сигналы, пропорциональные сигналу рассогласования. Наличие управляющего импульса и двух управляющих сигналов позволяет быстрее вести регулирование до тех пор, пока параметр не войдет в малую зону, после чего происходит обратное переключение на большую зону. 6 ил., 1 табл.

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано для контроля и регулирования технологических параметров, например, в металлургии.

Известно устройство для контроля и регулирования технологических параметров, содержащее генераторы задающий, линейно изменяющегося напряжения (два) и пульсирующего напряжения, три ключа, формирователь импульса, датчик, задатчик уставки, задатчик зоны нечувствительности, блок формирования управляющего сигнала (схема сравнения), два элемента И, два индикатора, два усилителя мощности, исполнительный механизм.

Недостатком устройства является непрерывный режим выдачи управляющих сигналов, что приводит к уменьшению срока службы исполнительного механизма. Это обусловлено отсутствием зоны нечувствительности в режиме регулирования.

Наиболее близким по технической сущности - прототипом предлагаемого устройства является устройство для контроля и регулирования технологических параметров, содержащее датчик параметра, задатчик уставки, схему сравнения, два индикатора, два элемента НЕ, два элемента И-НЕ, два задатчика зоны нечувствительности, ключ, формирователь импульса, генератор импульсов, четыре элемента И, два элемента ИЛИ, два усилителя мощности и исполнительный механизм.

Недостатком устройства является низкое быстродействие.

Целью предлагаемого устройства является сокращение времени регулирования.

Это достигается тем, что в устройство введены схема определения модуля разности двух сигналов, формирователь управляющих сигналов, одновибратор, два элемента И и соответствующие связи.

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства; на фиг. 2 - схема сравнения; на фиг. 3 - пример схемы определения модуля разности двух сигналов; на фиг. 4 - пример схемы формирователя импульса; на фиг. 5 - пример схемы формирователя управляющих сигналов;на фиг. 6 - форма сигналов на выходах соответствующих элементов.

Устройство для контроля и регулирования технологических параметров содержит датчик параметра 1, задатчик уставки 2, трехпозиционную схему сравнения 3, первый 4 и второй 5 индикаторы, первый 6 и второй 7 элементы НЕ, элемент И-НЕ 8, первый 9 и второй 10 задатчики зоны нечувствительности (выполнены в виде потенциометров), ключ 11, схему определения модуля разности двух сигналов 12, формирователь импульса 13, формирователь управляющих сигналов 14, одновибратор 15, первый элемент И 16, третий элемент И 17, второй элемент И 18, четвертый элемент И 19, пятый элемент И 20, шестой элемент И 21, первый и второй элементы ИЛИ 22 и 23, первый и второй усилители 24 и 25, исполнительный механизм 26.

Схема сравнения 3 содержит операционные усилители 27, 28 и резисторы 29-36.

Схема определения модуля разности двух сигналов 12, содержит три операционных усилителя 37, 38, 39, резисторы 40-50 и два диода 51, 52.

Схема формирователя импульса 13 содержит компаратор 53, элемент НЕ 54, два транзистора 55 и 56, накопительный конденсатор 57 и три резистора 58,59,60.

Схема формирователя управляющих сигналов 14 содержит три компаратора 61, 62, 63, операционный усилитель 64, триггер 65, резисторы 66-69 и два конденсатора 70, 71, причем резистор 66, компараторы 61, 62, триггер, резисторы, конденсаторы и операционный усилитель образуют генератор треугольных и прямоугольных импульсов.

Устройство работает следующим образом.

С помощью первого задатчика зоны нечувствительности 9 устанавливается первая зона U ₉, а второго - вторая зона U₁₀ (в том числе U₁₀ может быть равно 0).

На выходе схемы 12 определяется модуль разности сигналов параметра и уставки (сигнал рассогласования) (U₁₂) = (U₁-U₂) и подается в качестве опорного напряжения на формирователи 13 и 14, причем с необходимыми коэффициентами для данного объекта регулирования.

В зависимости от соотношения сигналов параметра U₁, уставки U₂ и зон нечувствительности U₉, U₁₀, происходит изменение сигналов на выходе трехпозиционной схемы сравнения в соответствии с таблицей.

Таким образом, при регулировании на выходе элемента НЕ 6, либо 7 присутствует разрешающий сигнал логической "1". При отказе регулятора одновременно загораются оба индикатора 4 и 5, что соответствует сигналу логического "0" на обоих выходах схемы 3, что невозможно при исправном регуляторе.

Третья колонка (две "1") в таблице соответствует состоянию "норма" (сигнал логического "0" U₈), т.е. когда параметр находится в зоне U₉, или входит в зону U₁₀. При выходе параметра U₁ из зоны U₉, в случае U₁ > U₂ + U₉ на выходе элемента И-НЕ 8 появляется сигнал логической "1" (не "норма"), который переключает ключ 11, т.е. соединяет второй вход ключа к выходу и соответственно на вход схемы сравнения поступает вторая зона U₁₀. Одновременно запускается формирователь импульса 13 и в зависимости от переменного резистора 60, который меняет угол наклона линейно нарастающего напряжения на накопительном конденсаторе 57, и переменного резистора 58, через которого подается сигнал рассогласования в качестве опорного напряжения для компаратора 53, на выходе формируется управляющий сигнал необходимой длительности и пропорциональный сигнал рассогласования. Так как в данном случае на выходе "Больше" присутствует сигнал логического "0" (первая колонка таблицы), то на усилитель 24 через схемы И 16 и ИЛИ 22 пройдет управляющий импульс логической "1" с формирователя импульса 13. На усилитель 24 пройдут и сигналы с одновибратора 15 и формирователя 14, через элементы И 17, И 20 и ИЛИ 22. Причем сигнал одновибратора имеет фиксированную длительность и частоту для данного объекта регулирования и присутствует независимо от величины и наличия сигнала рассогласования, а длительность сигнала с формирователя 14 пропорциональна сигналу рассогласования, который проходит через резистор 67 и служит в качестве опорного для компаратора 63, на инверсный вход которого подаются сигналы треугольной формы с интегратора 64.

В случае, когда U₂ > U₁ + U₉ (вторая колонка таблицы) управляющие сигналы проходят на усилитель 25.

В случае "нормы", когда U₂ - U₉ < U₁ < < U₂ + U₉ (параметр в зоне) управляющие сигналы не проходят на усилители, так как на первых входах элементов И 16 - 21 будет присутствовать запрещающий сигнал логического "0".

Таким образом, когда параметр находится в зоне, определяемой сигналом U₉, формирователь импульса 13 не выдает управляющий импульс, а управляющие сигналы с одновибратора и формирователя 14 не проходят на исполнительный механизм. При каждом выходе параметра за верхнюю, либо нижнюю границу зоны U₉, формирователь 13 запускается и формирует импульс, длительность которого пропорциональна сигналу рассогласования (и имеется возможность корректировки длительности для данного объекта регулирования). На исполнительный механизм проходят и импульсы с одновибратора и формирователя управляющих сигналов 14, причем для "мягкого" регулирования, длительности импульсов формирователя пропорциональны сигналу рассогласования. В это же время происходит переключение зоны U₉ на U₁₀, что позволяет вести регулирование до тех пор, пока параметр не войдет в малую зону (U₁₀), после чего происходит обратное переключение на большую зону (U₉). Наличие трех управляющих сигналов, один из которых имеет фиксированную длительность, а два других длительность с переменным коэффициентом, пропорциональную сигналу рассогласования, и наличие двух зон нечувствительности с их непринудительным переключением, позволяют вести постоянный контроль и регулирование в зависимости от сигнала рассогласования и сигналов зон, что обеспечивает вести "мягкое" регулирование и сократить время переходного процесса регулирования, что ново и выгодно отличает предлагаемое устройство от прототипа, а введение в устройство схемы определения модуля разности двух сигналов, формирователя управляющих сигналов, одновибратора и двух элементов И, а также введение новых связей соответствует критерию "существенные отличия".

Предлагаемое устройство включено в комплекс технических средств контроля и регулирования технологических процессов.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ И РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПАРАМЕТРА, содержащее первый и второй задатчики зоны нечувствительности, датчик параметра, задатчик уставки, формирователь импульса, трехпозиционную схему сравнения, первый и второй усилители, первый и второй индикаторы, исполнительный механизм, первый и второй элементы НЕ, элемент И-НЕ, первый и второй элементы ИЛИ, первый, второй, третий и четвертый элементы И и ключ, соединенный первым и вторым информационными входами с выходами соответственно первого и второго задатчиков зоны нечувствительности, а выходом - с входом задания смещения трехпозиционной схемы сравнения, подключенной информационным входом и входом задания уставки к выходам соответственно датчика параметра и задатчика уставки, выходом "Больше" - к входу первого индикатора, входу первого элемента НЕ и первому входу элемента И-НЕ, а выходом "Меньше" - к входу второго индикатора, входу второго элемента НЕ и второму входу элемента И-НЕ, связанного выходом с управляющим входом ключа и первым входом формирователя импульса, подключенного выходом к первым входам первого и второго элементов И, связанных выходами с первыми входами соответственно первого и второго элементов ИЛИ, подключенных вторыми входами к выходам соответственно третьего и четвертого элементов И, а выходами через соответственно первый и второй усилители - к первому и второму входам исполнительного механизма, выход которого через технологическую среду связан с датчиком параметра, выходы первого и второго элементов НЕ соединены с первыми входами соответственно третьего и четвертого элементов И и вторыми входами соответственно первого и второго элементов И, отличающееся тем, что в устройство введены формирователь управляющих сигналов, одновибратор, пятый и шестой элементы И и схема определения модуля разности двух сигналов, подключенная первым и вторым входами к выходам соответственно датчика параметра и задатчика уставки, а выходом - к второму входу формирователя импульса и входу формирователя управляющих сигналов, связанного первым выходом с первыми входами пятого и шестого элементов И, а вторым выходом - с входом одновибратора, подключенного выходом к вторым входам третьего и четвертого элементов И, вторые входы пятого и шестого элементов И соединены с выходами соответственно первого и второго элементов НЕ, а выходы пятого и шестого элементов И подключены к третьим входам соответственно первого и второго элементов ИЛИ.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7