Многоканальный широтно-импульсный регулятор температуры

 

Союз Соввтскик

Социалистических

Рвспублнк (61) Донолиительиое к аит. саид-ву(22) Эаивлеио18.08.75 (2l) 2166727у18 24 с нрисоединением заявки ¹ .

2 (53) И. Кл.

g 05 Х) гЭЛ9

{23) ПриоритетГаоудерстееиимй комитет

Совете Маестра СССР ее деяам иввбретеиий и вткрегтйк (Sa) уд»(621-555.6 (088.8) (43) Опубликоваио05.07.78Хиоллетень № 25 (45) Дата опубликовании.описания 16. Об. т5

А. И. Телке, N. Б. Школьник, Б. И, Песчаиский, Я. A. Тиктьтан и Г. А. Макаров (72) Автори изобретения

Украинский научно-исслеаввательсаий институт станков и ииструьтеитов (Щ Заави пмь (54) МНОГОКАНАЛЬНЫ Д ШИРОТНО .ИМПУЛЬСНО Й РЕГУЛЯТОР

ТЕМ ЙЕРАТУРЫ

Изобретение относится к устройствам для . автоматического регулирования различных физических параметров, а именно,. для регулирования температуры зон обогрева материальных цилиндров машин для литья пластмасс под давлением. .Известны одноканальные широтно-импульсные регуляторы температуры (1», I2», »3».

Эти регуляторы содержат да гчик, задатчик, исполнительный элемент и широтно-импульсный модулятор, состоящий, например, иэ последовательно соединенных . усилителя сигнала ошибки и порогового элемента, ко второму входу которого подключен выход генератора пилообразного напряжения. Выход широтно-импульсного модулятора подключен ко входу исполнительного элемента, а ко входу усилителя сигнала ошибки через узел сравнения подключены выходы датчика и задатчика.

В таких регуляторах формирование управляющего воздействия, функционально связанного с величиной ошибки регулирования, происходит в каждом периоде квантования, определяемого периодом генератора пилообразного напряжения. Например, длительность импульса на выходе широтно-импульсного регулято- ра d каждом периоде квантования пропорциональна значению сигнала ошибки.

В частном случае период пилообразного налрижения может совпадать с полунериодом сетевого нвнряжения. При этом управление осуществляется за счет изменения фазового угла включения тирнсторного исполнительного з. элемента в каждом полупериоде сетевого напряжения.

При одновременном регулировании ряда объектов используется такое же число од- ноканальных широтно-импульсных регуляторов, что снижает надежность оборудования.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является многоканальный широтно-импульсный регулятор температуры, содержащий в каждом канале датчик и задатчик,-подключенные к последовательно соедитб иенным ключу, усилителю, пороговому элементу, и исполнительный элемент, коммутатор и генератор пилообразного напряжения, выход которого подключен ко входам порогового элемента и коммутатора, выходы которого подключены к управляющим входам ключей (4».

Недостатком этого регулятора является невысокая точность регулирования и низкие динамические показатели процесса регулирования, поскольку регулятор не в состоянии «запомнить» и воспроизвести значение управляю ф щего воздействия (в виде соответствующей дли614429

3 тельности включения исполнительного элемента) в те периоды квацтования, когда канал регулирования отключен от объекта регулирования, В подобном регуляторе на объекты регулирования, отключенные от канала регулирования, поступают импульсы фиксированной скважносги, установленной вручную, н в общем случае не совпадающей со значением скважиости управляющего воздействия, сформированным каналом регулирования для данИого объекта прн последнем (по времени) замыкании контура регулирования этого объекта.

Целью изобретения является повышение точности работы, Эта щель достигается тем, что нредложенный регулятор содержит генератор импульсов. и в каждом канале — элементы «запрет», «совпадение», «сборка», счетчик импульсов н триг гер. Выход генератора импульсов подключен ко входу элемента «запрет» каждого канала, второй вход которого соединен с выходом комМутатора, и ко входу одного из элементов «совпадение» каждого канала, второй вход которого соединен с выходом коммутатора, а третий- — c выходом порогового элемента. Выход первого элемента «совпадение» подключен к последовательно соединенным первому элементу «сборка», второй вход которого соединен е выходом элемента «запрет», счетчику..импульсов, вход сброса которого подключен к вы ходу коммутатора, триггеру, второй вход которого соединен с выходом генератора пило-. образного напряжения, и второму элементу

«сборка», второй вход которого подключен к выходу другого элемента. «совпадение», яодключенного к выходам коммутатора. и noporosoro элемента, а выход второго элемента «сборка» соединен с исполйнтельиым элементом.

:При таком решении обеспечивается запоминание регулятором . скважности управляющего воздействия, сформированной широтно-и маульсным модулятором для i.-го объекта .регулироваяия в последием (по времени) периоде квантования подключения регулятора к этому объе:ту регулироваиия. Запомненное значение скважиости управляющего воздействия автоматически обеспечивает включение i-го исполнитель- ного элемента на соответствующее время s каждом периоде квантования. При очередном подключейии регул пора к этому объекту регулнрования ШЙЯ-модулятор фоемирует новое значение акважностн управляющего воз.действия, вновь автоматически запоминаемое и воспроизводимое регулятором.

Это позволяет значительно повысить точ,ность регулирования.

Иа фиг. 1 нредставлеиа структурная схема предлагаемого многоканального шнротноимпульского регулятора температуры;. на фиг. 2 вреиейная диаграмма управляющих импульсов

:на выходах регулятора (при трех каналах). . Задатчик температуры 1 и датчик 2 первого канала регулирования через ключ 3 нодЬйдннены ко входу последовательно вклюпенпкх чсилителя 4 и порогового элемента 5. генератором пилообразного напряжения 6, подключенным ко второму входу порогового элемента 5, образуют широтно-импульсный модулятор 7, на выходе которого формируются импульсы, скважность которых пропорциональна сигналу ошибки на входе усилителя 4. Вйход порогового элемента 5 подсоединен ко входу первого элемента «сбвпадение» 8, к выходу которого подключены последовательно соединенные первый элемент «сборка» 9, счетчик импульсов 10, триггер 11, второй элемент «сборка» 12 и исполнительный элемент 13 первого канала регулирования. Выход генератора 6 подсоединен также ко второму входу триггера 11 и ко входу коммутатора 14. Ко второму входу элемента «сборка» 9 подключен выход элемента «запрет» 15. Вход сброса счетчика импульсов 10 :подключен к первому выходу коммутататора 14. Ко второму входу элемента «сборка» 12 подключен выход второго элемента «совпадение» 16, ко входу которого

> подсоединен выход порогового элемента 5. В регулятор входят также генератор импульсов

17 и коммутатор 14. Выход генератора имнульсов 17 соединен с другим входом элемента

«совнадение» 8, со входом элемента «запрет»

l5, а первый выход коммутатора соединен с

25 управляющим входом ключа 3, вторым входом

- элемента «совпадение» 8, с управляющим входом элемента «запрет» 15 и с другим входом элемеита «совпадение» 16.

Второй канал регулирования состоит из аналогичных блоков; задатчияа 18, датчика !9, ключа 26„щраого элемента «совпадение» 21, первого элемента «сборка» 22, счетчика импульсов 23, триггера 24, второго элемента «сборка» 25 исполнительного элемента 26, элемента «заирет» 27 и второго элемента ссовяадезз иие» 28.

Остальные каналы регулирования состоят из аналогичных блоков (блоки 29 ... 39 — для и-го канала) идентично соединенных между собой.

Выход генератОра импульсов 17 подключен

4 ко входам всех первых элементов «совпадение» (21, 32) и элементов «аапрет». (27, 38)..Выход порогового элемента .Ь подключен к другим входам всех первых элементов «совйадение» (21, 32) и ко входам всех вторых эле«5 ментов (28, З9), а соотве ствуюаие выходы .. коммутатора 14 подсоединены к уяравляющим входам всех клкией (20, 33), к управляющим входам элементов «запрет»-. (27, 28) ко входам всех элементов «совпадение» (21, 28, 32, 39) н к входу сброса счетчика. импульсоа (23:, 34), а выход генератора пилообразного напряжения соединен со вторыми входами всех триггеров (24, 35}.

Регулятор работает следующим образом. .Допустим, коммутатор 14 подключил модулятор 7 к нервому каналу регулирования. При этом на управляющий вход ключа 3 поступает .сигнал «1» с первого выхода коммутатора l4, открывающий его. Задатчяк l и датчик 2 первого канала регулирования череа открытый ключ 3 подключаются ко входу усилителя 4.

614429

5 коммутатора запирает элемент «запрет» .1 5, через вход сброса устанавливает счетчик импульсов.10 в исходное состояние и подготавливает к работе элементы «совпадение» 8 н

16. На выходе модулятора 7 формируется прямоугольный импульс постоянной амплитуды, скважность которого» - ф- пропорциональна сигналу ошибки на входе усилителя 4 в данном периоде квантования (т — длительность импульса, Т вЂ” период квантования). В течение импульса на обоих входах элемента «совпадение» 16 присутствуют сигналы «!», следовательно, на выходах элемента «совпадение»

16 и второго элемента «сборка» 12 — также сигнал «1»; Это приводит к срабатыванию исполнительного элемента 13 н включению им нагревателя первого объекта регулирования на время импульса т. Таким образом, асуществляется широтно-импульсная . модуляция сиг. нала ошибки в первом канале регулировании в том периоде квантования, когда модулятор

7 подключен к первому каналу регулирования.

Одновременно с выхода генератора импульсов 17 на входы элемента «совпадение» 8 н элемента «запрет» 15 постуяакк импульсы с частотой следования, значительно превышающей частоту квантования модулятора 7. В течение времени имнульса т в моменты появления очередного импульса иа выходе генератора импульсов 17 на всех трех входах элемента «совпадение» 8 присутствуют сигналы

«!». С той же частотой сигналы «1» появляются йа выходе элемента «совпаденне» 8 н через элемент «сборка» 9 иа входе счетчика импульсов 10. К моменту окончания периода квантования s счетчик импульсов 10 поступает числе импульсов, соответствующее скважностн . импульса модулятора 7. в данном периоде квантования. Емкость счетчика импульсов 1О соот ветствует числу импульсов генератора 17, поступающих на него в течение полного периода квантования. Например, если емкость счетчика ИЮ (т. е. весь период квантования может быть заполнен 100 импульсами генератора 17), то прн. скважиости регулирующего воздействия г - 0,65, в счетчик записываетсн 65 импульсов.

По окончании периода квантования выходной сигнал генератора 6 устанавливает. триггерм 11, 24 и 35 в исходное .состояние, нри котором иа нх выходах арисуе:твуют сигналы «6i, и аереводнт коммутатор 14 в са. -. дуюяее устойчивое состояние, Ayh котором иа вгором его выходе присутствует сигнал «1».

При этом через открытый ключ 2О ко входу усилителн 4 подключаются звдатчнк 18 н датчик 19 второго канала регулирования, В этом периоде квантования; аналогично вышеописанном, функционируют:модулятор 7; генератор импульсов 17, и элементы (21 — 23 и 25 — 28). относящиеся ко второму каналу регулирова.ния. napery-импульсная модуляция сигнала ошибки во втором канале регулирования осуществляется модулятором 7, через элемент «совпадение» 28, элемент «сборка» 25 и исполнительный элемент.26. Счетчик импульсов 23 в течение второго периода квантования иакаяли6 вает число импульсов, соответствующее скнажности, сформированной модулятором 7 в этом периоде квантования для .второго канала регулнрования.

Одновременно элементы, относящиеся к первому каналу регулирования, работают следующим образом.

Сигнал «О» с первого выхода коммутатора

l4 закрывает ключ 3, элементы «сов» 8, I0 и 16 и открывает элемент «запрет» 15. Им. пульсы с выхода генератора импульсов 17 поступают на вход счетчика импульсов 10. через элемент «запрет» 15 и элемент «сборка» 9.

Поскольку в первом периоде квантования в счетчике 10 поступило число импульсов (65), соответствующее скважности управляющего .воздействия в этом периоде квантования, то: счетчик импульсов 10 переполняется при поступлении на его вход числа импульсов (35), соответствующего времени паузы в первом периоде квантования. Следовательно, в момент окончания паузы на выходе счетчика .10 возникает импульс переполнения, устанавливающий триггер 11 в состоянии «!». Выходной сигнал триггера 11 через элемент «сборка» 12 . включает исполнительный элемент 13. До окон2» чания периода квантования в счетчик имйульcos 10, начавщнй после переполнения счет импульсов генератора импульсов 17 с нуля, поступит то. же число импульсов (65}, что и

8 первом периоде квантования;

Генератор 6 отключает исполнительный элемент 13 в момент окончания второго периода квантования через триггер 11 и элемент «сборка» 12. . Таким образом, во втором периоде квантования, когда модулятор 7 был подключен:ко второму каналу регулирования, в первом канале регулирования была воспроизведена скважноеть управляющего воздействия, имев-. шая место в первом периоде квантования. Поскольку к концу второго периода квантования состояние счетчика импульсов 10 соответство40 вало таковому 8 конце первого периода квантования, воснроизведеине скважности управлякйцего воздействия осуществляется и в последующие периоды квантования до возвращения модулятора 7 на этот канал регулировад5 иия

Аналогично работает регулятор на осталь- . ных каналах регулирования (фиг. 2).

Использование новых элементов (генератора заполняющих импульсов и ряда. логических элементов) обеспечивающее запоминание и вос+ произВедение управляющего воздействия, позволяет повысить точность регулировання к качество переходных процессов. Повышение точ.ности регулирования и качества переходных процессов ведет к снижению процента брака термообрабатываемых изделий и повышению производительности: труда.

Ио сравнению с одноканальными широтноимйульсными регуляторами. надежность предложенного устройства повыгиена и его схема упрощена за счет исключения усилителей снг60 нала ошибки.

614429

Формула изобретения

Многоканальный широтно-импульсный регулятор температуры, содержащий в каждом канале датчик н задатчик температуры, подключенные к поСледовательно соединенным ключу, усилителю, пороговому элементу, и исполнительный элемент, коммутатор и генератор пилообразного напряжения, выход которого подключен ко входам порогового элемента и . коммутатора, выходы которого подключены к © управляющим входам ключей, отличающийся тем, что, с целью повышения точности работы, регулятор содержит генератор импульсов и в камщом канале — элементы «занрет», «совпаденяа», «сборка»» счетчик импульсов н .Триг 15

° гер; причем выход генератора импульсов под. ключен ко входу элемента «запрет» каждого канала, второй вход которого соединен с выходом коммутатора, м ко входу одного из элементов «совпадение» каждого канала, второй вход которого соединен с выходом коммутатора, а третий — с выходом порогового элемента; выход первого элемента «совпадение»

8 подключен к последовательно соединенным первому элементу «сборка», второй вход которого соединен с выходом элемента «запрет», счетчику импульсов, вход сброса которого подключен к выходу коммутатора, триггеру, второй вход которого соединен с выходом генератора пилообразного напряжения, второму элементу «сборка», второй вход которого подключен к другому элементу «совпадение», подклю; ченному к выходу коммутатора и к выходу порогового элемента, а выход второго элемента

«сборка» соединен с исполнительным элементом.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1, Авторское свидетельство СССР ¹ 200923, кл. 42 q 2/05, 1966, 2. Певзнер В. В. Прецизионные регуляторы температуры. М., «Энергия», 1973, с. 176—

I 80.

3. Сквржепа В, А. и Морозов А. А. Устройства автоматики иа тнристорах, Киев, «Техника», 1974, с. 101 — 105.

4. Авторское свидетельство СССР № 206201, кл. 42 q 205, 1966.

Подписное

Тарам 1033

ЦНИИПИ Заказ 3696/43