Многоканальный широтно-импульсный регулятор температуры (его варианты)

 

<е 962883

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Социалистичесиык

Республик (61) Дополнительное к авт. свнд-ву (22) Заявлено 26. 03. 81 (21) 3263418/18-24 с присоединением заявки М (23) Приоритет— (51) М. Кл.

G 05 D 23/19

Ркударотекииы11 комитет

СССР ис делом иэабрвтеиий и открытий

Опубликовано 30. 09.82. Бюллетень Ю 36 (53) УДК 621. 555. .6(088.8) Дата опубликования описания 30.09.82

Г. А. Губайдуллин, Г. Д. Алферов и M. Л. Юдкевич (72) Авторы изобретения

Государственный проектный и научно-исследовательский институт "Челябинский ПромстройНИИпроект" (7I ) Заявитель (54) МНОГОКАНАЛЬНЫЙ ШИРОТНО-ИМПУЛЬСНЫЙ РЕГУЛЯТОР

ТЕМПЕРАТУРЫ (ЕГО ВАРИАНТЫ) !

Изобретение относится к устройствам автоматического регулирования различных физических параметров и может быть использовано для регулирования тепловых процессов.

Известен многоканальный широтноимпульсный регулятор температуры, содержащий в каждом канале датчик и задатчик, связанные с ключем, по два элемента "совпадение" и "сборка" элемент "запрет" счетчик, триггер и исполнительный элемент, а также коммутатор, усилитель, пороговый. элемент, генератор импульсов и генератор пилообразного напряжения 1 1.

Недостатком данного регулятора яв11 ляется сложность и низкая надежность.

Более надежным и простым является многоканальный широтно-импульнсый регулятор температуры, содержащий в каждом канале датчик и задатчик, ключ, элемент "совпадение", счетчик, триггер, соединенный с исполнительным элементом, а также обшие на все ка2 налы генератор, соединенный со счетчиком, импульсный элемент, усили- . тель, цифро-аналоговый преобразователь и коммутатор-демультиплексер (2 1.

Недостатком известного устройства является необходимость применения большого числа канальных элементов, таких как счетчик, ключ, элемент "совпадение" и триггер, что усложняет его реализацию и снижает надежность.

Цель изобретения — упрощение, повышение надежности регулятора и расширение области его применения.

Поставленная цель по первому варианту достигается тем, что в многоканальный широтно-импульсный регулятор температуры, содержащий соединенные последовательно генератор импульсов и первый счетчик импульсов, а также усилитель, коммутатор-демультиплексер и по числу каналов датчики и задатчики температуры и соединенные последовательно и подключенные к соответствующим входам коммутатора-де962883 мультиплексера триггеры и исполнительные элементы, введены соединенные последовательно аналого-цифровой преобразователь, вычитатель и компаратор, а также второй счетчик импульсов и коммутатор-мультиплексер, информационные входы которого связаны с датчиками и задатчиками температу ры соответствующих каналов, вход синхронизации — с входом синхронизации 10 коммутатора-демультиплексера и вторым выходом первого счетчика, первый выход - через усилитель — с входом аналого-цифрового преобразователя, а второй выход — с вторым входом вы- 15 читателя, второй вход компаратора подключен через второй счетчик импульсов к выходу первого счетчика импульсов, третий вход компаратора подключен к выходу генератора импульсов, gp а выходы компаратора связаны с информационными входами коммутатора-демультиплексера.

По второму варианту поставленная цель достигается тем, что в многока- д нальный широтно-импульсный регулятор температуры, содержащий соединенные последовательно генератор импульсов и первый счетчик импульсов, а также усилитель, коммутатор-деМультиплексер, по числу каналов датчики и задатчики температуры и соединенные последовательно и подключенные к соответствующим выходам коммутатора-демультиплексера триггеры и исполни35 тельные элементы введены соединенные последовательно второй, третий и четвертый счетчики импульсов, а также дешифратор, буферный элемент, сумматор, одновибратор, элемент И, элемент фиксации обнуления, запоминающий элемент и соединенные последовательно и подключенные через усилитель к одному из выходов коммутаторамультиплексера аналого-цифровой пре45 образователь, вычитатель и компаратор, к второму входу которого подключен выход четвертого счетчика импульсов и счетный вход коммутатора-мультиплексера, информационными входами связанного с датчиками и задатчиками температуры соответствующих каналов, а вторым выходом подключенного к второму входу вычитателя, третий вход компаратора связан с вторым выходом третьего счетчика импульсов, первый выход которого через одновибратор соединен с вторыми входами триггеров, четвертый вход компаратора подключен к выходу второго счетчика импульсов, первому входу коммутатора-демультиплексера, первому входу запоминающего элемента, вторым входом связанного с первым выходом дешифратора, третьим входом - с выходом сумматора, а выходом через соединенные последовательно элемент фиксации обнуления и элемент И - с BTopbIM входом коммутатора-демультиплексера и через буферный элемент с одним из входов сумматора, выход компаратора подключен к второму входу буферного элемента, третий вход которого соединен с вторым выходом дешифратора, причем выход генератора импульсов связан с входом второго счетчика импульсов через первый счетчик импульсов второй выход которого через дешифратор подключен к второму входу элемента И.

Сущность первого варианта изобретения поясняется структурной схемой (фиг.. 1), где генератор 1 импульсов, первый счетчик 2 импульсов, второй счетчик 3 импульсов, компаратор 4, вычитатель 5, аналого-цифровой преобразователь 6, усилитель 7, коммутатордемультиплексер 8, коммутатор-мультиплексер 9, триггеры 10, исполнительные элементы 11, датчики 12 и задатчики 13 температуры, многоразрядные выходы и входы, изображены двойными линиями.

Генератор 1 соединен с первым счетчиком 2 и со стробирующим входом компаратора 4, к входам которого подключены выходы второго счетчика 3 и вычитателя 9. Выходы компаратора 4 чечерез коммутатор-демультиплексер 8 подключены к входам триггеров 10, выходы которых соединены с исполнительными элементами 11. Второй выход первого счетчика 2 связан с входом второго счетчика 3, а первый выход соединен с адресными входами коммутаторов 8 и 9. Датчики 12 и задатчики 13 через коммутатор-мультиплексер

9 подключены соответственно к входам усилителя 7 и вычитателя 5, который связан через аналого-цифровой преобразователь 6 с выходом усилителя 7.

Регулятор работает (первый вариант) следующим образом.

Генератор 1 формирует базовый сигнал fI, поступающий на счетчик 2, объем памяти которого равен числу каналов, его первый выход выдает периодически изменяющийся код адресного сигнала на коммутаторы 8 и 9. Вто

5 9628 рой выход счетчика 2 выдает сигнал с частотой f = Е /Н, поступающий на счетчик 3 с объемом памяти И, формирующий на своем выходе двоичный код сигнала И, который условно изображен ступенчатопилообразным (фиг. 2) с периодом Т . Коммутаторы 8 и 9 периодически последовательно с частотой и периодом Т подключают канальные триггеры 10, датчики 12 и задатчики }0

13 к управляющей части регулятора.

При этом в момент коммутации канала по адресному сигналу счетчика 2 вычитатель 5 определяет разност.ь сигнала цифрового задатчика 13 и преоб- 15 разованного аналогового сигнала датчика 12. Коммутатор 9 коммутирует аналоговые (от датчиков) и цифровые (от задатчиков) сигналы. Компаратор

4 сравнивает разностный сигнал с ю сигналом И, и, если их коды совпадают, то на втором выходе формирует сигнал сброса триггера 10, а сигнал установки триггера 10 в "1" поступает с первого выхода в момент обнуле- 25 ния счетчика 3.

С целью устранения влияния переходных процессов при коммутации каналов выходы компаратора 4 стробируются сигналом f по "0" импульсной по- з0 следовательности (а переключение с канала на канал осуществляется по

ii 1i<) Таким образом, осуществляется фор35 мирование в каждом канале широтноимпульсного сигнала, фиксируемого триггером 10 до момента обнуления сигнала И до момента равенства его мгновенного значения разностному сигналу задания и обратной связи. При этом период опроса каналов равен Tl .

Особенность указанного регулятора заключается в одинаково высокой скорости коммутации как измерительных, 45 так и управляющих цепей, поэтому его применение целесообразно при регулировании процессов с большой тепловой инерцией (что позволяет резко снизить скорость коммутации без уменьшения точности регулятора), а также

50 при использовании бесконтактной коммутации аналоговых сигналов. Однако не всегда удается снизить скорость коммутации аналоговых сигналов до требуемого уровня, обеспечивающего необходимое время цикла работы аналого-цифрового преобразователя и помехоустойчивость регулятора. В этом

83 6 случае необходимо применение пониженной скорости коммутации датчиков.

Это реализовано во втором варианте регулятора (фиг. 3), где генератор 1 импульсов первый, второй, третий и четвертый, счетчики 2, 3, 4, 5 импульсов соответственно дешифратор 6 запоминающий элемент 7, 8, буферный

9 элемент, элемент фиксации обнуления 10, элемент И 11, коммутатор-демультиплексер 12, триггеры 13, исполнительные элементы 14, одновибратор 15, компаратор 16, вычитатель 17, аналого-цифровой преобразователь 18, усилитель 19, коммутатор-мультиплексер 20,, датчики 21 и задатчики 22 температуры.

Генератор 1 и счетчики 2-5 соединены последовательно. Второй выход счетчика 2 связан с входом дешифратора 6, подключенного к второму входу элемента И 11, запоминающего элемента 7 и буферу 9. Второй выход счетчика 3 подключен к первому входу запоминающего элемента 7, счетному входу коммутатора-демультиплексера 12 и четвертому входу компаратора 16. Первый выход счетчика 4 соединен с входом одновибратора 15, а второй выход третьим входом компаратора 16. Первый выход счетчика 5 также связан с вторым входом компаратора 16 и счетным входом коммутатора 20. Выход запоминающего элемента 7 соединен с входом элемента фиксации обнуления 10 и первым входом буферного элемента 9, который через сумматор 8 связан с третьим входом элемента 7. На свободный вход сумматора 8 постоянно подан код

"1" (в младший разряд). Элемент И 11 через коммутатор 12 связан с первыми входами триггеров 13, вторые входы которых подключены к выходу одновибратора 15, а выходы — к исполнительным элементам 14. Коммутатор 20 подключает датчики 21 к усилителю 19, а задатчики 22 — вычитателю 17. Усилитель 19, аналого-цифровой преобразователь 18, вычитатель 17 и компаратор 16 соединены последовательно.

Счетчики 2-5 имеют емкости памяти соответственно К, N, M, N, где М вЂ” число каналов, И вЂ” объем памяти (дискретности) развертывающего сигнала И.

Второй вариант устройства работает следующим образом.

Генератор 1 формирует базовый сигнал f<, преобразующийся в дальнейшем счетчиками 2-5. Сигнал с разрядных

962883 выходов счетчика 2 преобразуется дешифратором 6 в последовательность импульсов (фиг. 4), служащих для стробирования блокоа регулятора. Счетчик 3 формирует адресный сигнал для элемен- 5 та 7 и коммутатора 12. Счетчик 4 вы рабатывает развертывающий сигнал И, с которым сравнивается в коммутаторе

16 разностный сигнал (задания и обратной связи), определяемый вычита- to телем 17. Счетчик 5 вырабатывает адресный сигнал для коммутатора 20, т. е. частота адресации последнего в М Й раз меньше частоты адресации коммутатора 12. Коммутатор 20 служит для коммутации аналоговых и цифровых сигналов, поступающих от датчиков 21 и задатчиков 22.

С приходом очередного адресного сигнала на вход элемента 7, на его выход подключается код слова, соответствующего данному адресу (каналу )

Этот код по стробирующему импульсу на втором выходе дешифратора 6 записывается в память буфера 9 и ав- 25 томатически суммируется с "1" сумматором 8. По сигналу на первом выходе дешифратора 6 суммарный сигнал записывается в память запоминающего элемента 7 вместо прежнего значения данного слова. При циклической адресации запоминающего элемента 7 по каждому адресу формируется индивидуальное развертывающее напряжение, т.е. реализуется многоканальный широт35 но-импульсный многоустойчивый элемент (счетчик). При этом разрядность слова обеспечивает объем памяти, соответствующий объему памяти M счетчика 4 с целью выполнения условия их автоматической синхронизации.

При коммутации i-го датчика 21 и задатчика 22 (адрес Я„.) к регулятору разностный сигнал с вычитателя 17 подается на компаратор 16, где сравни45, вается с кодом счетчика 4 (развертывающим напряжением И). Моменты совпадения кодов этих сигналов фиксируются компаратором 16, однако импульс на элемент 9 выдается только при совпа50 дении адресов А; (разрядных кодов счетчика 3 и счетчика 5), поскольку скорости адресации элемента 7 и коммутатора 20 различаются в М и раз.

С появлением импульса на третьем входе элемент 9 блокируется, при этом

55 на его разрядных выходах устанавливается код нулевого сигнала и i-е слово запоминающего элемента 7 обнуля»,— ся. При коммутации датчиков 21 и задатчиков 22 других каналов код i ãî слова запоминающего элемента,7 в момент его обнуления периодически с перИодом Т 3 повторяет фазу управляющего сигнала в данном канале, В момент обнуления счетчика 4 все триггеры 13 по второму входу устанавливаются в "1", включая исполнительные элементы 14 (например. тиристорные контакторы). В момент обнуления

i-слова запоминающего элемента 7, который фиксируется элементом 10, через элемент И 11 и коммутатор 12 i-й триггер 13 стробирующим импульсом дешифратора 6 устанавливается в О, отключая i-й исполнительный элемент 14, Аналогично работают все остальные каналы, обеспечивая непрерывное широтно-импульсное управление каналами с периодической коррекцией фазы управляющего сигнала.

Таким образом, предлагаемые варианты построения регулятора обеспечивают управляющие функции для многих объектов при значительно меньшем количестве канальных элементов за счет совершенствования общей части регулятора, что позволяет снизить затраты на его реализацию и упростить монтаж. При реализации такого регулятора использованы микросхемы повышенной степени интеграции — оперативные ЗУ.

Формула изобретения

1, Многоканальный широтно-импульсный регулятор температуры, содержащий соединенные последовательно генератор импульсов и первый счетчик импульсов, а также усилитель, коммутатор-демультиплексер, по числу каналов датчик и задатчик температуры и соединенные последовательно и подключенные к соответствующим выходам коммутатора-демультиплексера триггер и исполнительный элемент, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения надежности и упрощения регулятора, он содержит соединенные последовательно аналого-цифровой преобразователь, вычитатель и компаратор, а также в1орой счетчик импульсов и коммутатормультиплексер, информационные входы которого связаны с датчиками и задат-. чиками температуры соответствующих каналов, вход синхронизации — с входом синхронизации коммутатора-лемуль9 9628 типлексера и с вторым выходом первого счетчика, первый выход через усилитель — с входом аналого-цифрового преобразователя, а второй выход — с вторым входом вычитателя, второй вход 5 компаратора подключен через второй счетчик импульсов к выходу первого счетчика импульсов, третий вход компаратора подключен к выходу генератора импульсов, а выходы компаратора связаны с информационными входами коммутатора-демультиплексера.

2. Регулятор, содержащий соединенные последовательно генератор импульсов и первый счетчик импульсов, а так- 15 же усилитель, коммутатор демультиплексер, по числу каналов — датчик и задатчик температуры и соединенные последовательно и подключенные к соответствующим выходам коммутатора-де — 20 мультиплексера триггер и исполнительный элемент, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и упрощения регулятора, он содержит соединенные последовательно вто- 25 рой, третий и четвертый счетчиКи импульсов, а также дешифратор, буферный элемент, сумматор, одновибратор элемент И,элемент фиксации обнуления, запоминающий элемент и соединенные ЗО последовательно и подключенные через усилитель к одному из выходов коммутатора-мультиплексера аналого-цифро- вой преобразователь, вычитатель и компаратор,к второму входу которого 35 подключен выход четвертого счетчика импульсов и счетный вход коммутатора-мультиплексера, информационными

1О

83 входами связанного с датчиками и задатчиками температуры соответствующих каналов, а вторым выходом подключенного к второму входу вычитателя, третий вход компаратора связан с вторым выходом третьего счетчика импульсов, первый выход которого через одновибратор соединен с-вторыми входами триггеров, четвертый вход компаратора подключен к выходу второго счетчика импульсов, к первому входу коммутатора демультиплексера и к первому вхо. ду запоминающего элемента, вторым входом связанного с первым выходом дешифратора, третьим входом — с выходом сумматора, а выходом через соединенные последовательно элемент фиксации обнуления и элемент И вЂ” с вторым входом коммутатора-демультиплексера, и через буферный элемент с одним из входов сумматора, выход компаратора подключен к второму входу буфферного элемента, третий вход которого соединен с вторым выходом дешифратора, причем выход генератора импульсов связан с входом второго счетчика импульсов через первый счетчик импульсов, второй выход которого через дешифратор подключен к второму входу элемента И.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

N 614429, кл. G 05 D 23/19, 1978.

2. Авторское свидетельство СССР

У 847268, кл. G 05 D 23/19, 1979 (прототип).