Многоканальный широтно-импульсный регулятор температуры (его варианты)

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6т) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 02. 06. 81 (21) 3290419/18-24 )$1) М. КЛ.

05 0 23/19 с присоединением заявки Нов (23) Приоритет—

Государственный коиитет

СССР по делаи изобретений и открытий

Опубликовано 3011.82. Бюллетень Йо 44

)$3) УДК 621. 555. 6 (088. 8) Дата опубликования описания 30.1182 (72) Авторы изобретения

P.Х. Гафиятуллин, Г.A.Губайдуллин и Г.Д..

Государственный проектный и научно-иссле институт."Челябинский ПромстройНИИпр (7() Заявитель (54) МНОГОКАНАЛЬНЫЙ ШИРОТНО-ИМПУЛЬСНЫЙ РЕГУЛЯТОР

ТЕМПЕРАТУРЫ (ЕГО ВАРИАНТЫ)

Изобретение относится. к автоматическому регулированию температуры и может быть использовано для поддержания температуры в нескольких объектах. с

Известно устройство для регулирования температуры, содержащее датчики и задатчики температуры, регулятор и элементы управления в каждом канале (1).

Данное устройство сложно в исполнении и имеет ограниченную область применения.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является многоканальный широтно-импульсный регулятор температуры, который содержит датчики и задатчики температуры, задающий генератор, через счетчик импульсов управляющий коммутатором, к (оторому по числу каналов подключены триггеры с выходами которых связаны исполнительные органы (2).

Этот регулятор также имеет ограниченную область применения, вызванную необходимостью применения большого 25 количества элементов в каждом канале.

Цель изобретения — расширение -области применения.

Поставленная цель 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 задатчнки температуры и соединенные последовательно и подключенные к соответствующим выходам коммутатора-демультиплексера триггер и исполнительный элемент, введены коммутатор-мультиплексер, соединенные последовательно и подключенные к выходу первого счетчика импульсов второй и третий счетчики импульсов, первый компараTopi буферный элемент, сумматор и запоминающий элемент подключенные к первому выходу коммутатора-мультиплексера через усилитель и соединен-. ные последовательно, аналого-цифровой преобразователь, вычитатель и второй компаратор, а также включенные последовательно между первым входом коммутатора-демультиплексера и вторым выходом первого счетчика-дешифратора, элемент фиксации обнуления, вторым входом подключенный к второму входу второго компаратора, второму входу

978111

Кроме того, что в многоканальный широтно-импульсный регулятор температуры, содержащий соединенные последовательно генератор импульсов и пер-20 вый счетчик импульсов, а также усилитель, коммутатор-демультиплексер и по числу каналов датчики и задатчики температуры и соединенные последовательно и подключенные к соответствующим выходам коммутатора-демультиплексера триггеры и исполнительные элементы, введены коммутатор-мульт.плексер, соединенные последовательно и подключенные к первому выходу первого счетчика импульсов второй, -третий и четвертый счетчики импульсов, второй компаратор, первый буферный элемент, первый сумматор, первый запоминающий элемент, первый элемент фиксации обнуления и соединенные последовательно аналого-цифровой преобразователь и вычитатель; а также соединенные последовательно и подключенные к второму выходу второго счетчика импульсов второй запоминающий 40 элемент, второй элемент фиксации обнуления, дешифратор, первый компара. тор и соединенные последовательно с ним второй буферный элемент и второй сумматор, выходом подключенный к 45 второму входу второго запоминающего элемента третьим входом связанного с вторым входом первого запоминающего элемента и с первым выходом дешифратора, второй выход которого подключен 50 к вторым .входам первого и второго буферных элементов, третий и четвертый выходы — к вторым входам первого и .второго элементов фиксации обнулен я соответственно, выходы которых с ответственно подключены к первому и второму входам коммутатора-демультиплексера, третий вход которого соединен с вторым выходом второго счетчика, с третьим входом первого запоминающего элемента, с вторым входом второго компаратора и с первым входом. первого компаратора, вторым входом подключенного к второму выходу третьего счетчика импульсов, третий вход . второго компаратора подключен к вы- 65 буферного элемента и выходу запоминающего элемента, вторым входом сое) диненного с вторым выходом дешифратора, а третьим входом — с вторым выходом второго счетчика импульсов, с вторым входомпервого компаратора и счетными входами коммутаторов мультиплексера и демультиплексера, к третьему входу которого через второй компаратор подключен третий выход дешифратора, четвертый выход которого 10 соединен с третьим входом буферного ,элемента, причем датчики и задатчики, температуры через коммутатор-мультиплексер подключены к второму входу вычитателя. !5 ходу второго запоминающего элемента, четвертый вход -. с третьим входом второго буферного элемента и выходом второго запоминающего элемента, а выход — с вторым входом первого буферного элемента, третьим входом связанного с выходом первого запоминающего элемента, .входы коммутатора-демультиплексера соединены с соответствующими датчиками и задатчиками температуры, счетный вход — с выходом четвертого счетчика импульсов, а вы ходы: первый — через усилитель со входом аналого-цифрового преобразователя и второй — через вычитатель с третьим входом второго компаратора.

На фиг .1 дана структурная схема регулятора, первый вариант, на фиг.2то же, второй вариант.

Устройство содержит генератор 1, счетчики 2-4 и первый 5 компаратор, дешифратор б, первый 7 запоминающий элемент, первый 8 сумматор, буферный элемент 9, первый элемент 10 фиксации обнуления, второй 11 компаратор, вычитатель 12, аналого-цифровой преобразователь 13, усилитель 14, коммутатор-демультиплексер 15, коммутатормультиплексер 16, триггеры 17, исполнительные элементы 18, датчики 19 и задатчики 20 температуры, счетчик

21, второй запоминающий элемент 22, второй сумматор 23, второй буферный элемент 24, второй элемент 25 фиксации обнуления.

В первом варианте регулятора генератор 1, счетчики 2-4, соединены последовательно. Выходы счетчиков связаны: второй выход счетчика 2 с входом дешифратора б, у второго счетчика 3 второй выход — с счетными входами коммутаторов 15 и 16, третьим входом элемента 7 и вторым входом компаратора 5, первый вход которого связан с выходом третьего счетчика 4, выходы

1-4 дешифратора б подключены соответственйо к третьему входу элемента 9, второму входу элемента 7, первому входу элемента 10 и третьему входу компаратора 11. Выход запоминающего элемента 7 связан с вторыми входами элемента фиксации обнуления 10, компаратора 11 и элемента 9, выход которого через сумматор 8 соединен с первым входом запоминающего элемента

7, а первый вход — c выходом компаратора 5. Датчики 19 и задатчики 20 через коммутатор 16 подключены соот.ветственно к усилителю 14 и вычитателю 12, вход которого соединен через аналого-цифровой преобразователь 13 с выходом усилителя 14, а выход — с первым входом компаратора 11. Триггеры 17 через коммутатор 15 подключены к выходам элемента 10 фиксации обнуления и компаратора 11.

В отличие от первого варианта регулятора во втором варианте счетчик

978111

4 соединен с счетчиком 21, выход которого связан с счетным входом коммутатора 16 и первым входом компаратора

11, второй вход последнего подключен к выходу счетчика 3. Четвертый выход дешифратора 6 связан с вторым входом элемента.25 фиксации обнуления, ныход которого подключен к первому входу компаратора 15 ° Контур, образованный. запоминающим элементом 22, сумматором

23 и элементом 24 имеет те же связи, 10 что и первый контур, состоящий из

,блоков 7-9.

Регулятор по первому варианту работает следующим образом.

Сигнал генератора ft поступает на последовательно соединенные счетчики

2-4, которые делят частоту fp соответственно на 5, íà N и на К=И ° N, где N — число каналов, К вЂ” объем памяти развертывающег сигнала U. Ha фиг.3 периодический код этого сигнала условно изображен в виде линейного. пилообразного напряжения. Пусть период сигнала на выходе счетчика ? равен Т1, тогда Т2=Т1 ° й, Т3 =Т2..M,Т4=

=T2 ° К. Разрядные выходы счетчика 3 формируют адресный сигнал (определяющий номер коммутируемого канала регулирования) для запоминающего элемента

7, коммутаторов 15 и 16. Последние разряды счетчика 4, соотнетствующие объему М, и выходы счетчика 3 поступают на компаратор 5, который в мо,менты совпадения выходных кодов счетчиков формируют сигналы на . блокировку элемента 9, обнуляющие его выход, а, следовательно, и слово запоминающего элемента 7 по данному адресу. Период обнуления, составляющий ТЗ, делит период Т4 развертывающего сигнала на число адре- 40

cos N. Дешифратор 6 формирует периодические с периодом Т1 импульсные последовательности (фиг.4), сдвигающие импульс от первого выхода к четвертому. его выходные импульсы служат 45 для стробирования, обеспечивающего устойчийую работу регулятора в каждом элементарном цикле Т1. Контур, состоящий из запоминающего элемента 7, сумматора 8 и элемента 9, образует многоканальный счетчик с объемом памяти каждого канала, равным К, который н течение каждого периода Т2 по всем адресам суммирует код 1 к прежнему значению информационных слов.

При этом код выбранного слова заносится в элемент 9 (по импульсу 1 выхода дешифратора 6), суммируется с кодом "1" в сумматоре 8 и суммарное значение перезаписывается вместо прежнего кода этого слова (по сигналу де- 4© шифратора 6). Обнуление слов осуществляется блокировкой элемента Я по третьему входу выходным сигналом компаратора 5, формирующимся по всем адресам один раз в течение периода Т4 43 с сдвигом по фазе относительно соседних адресов, равным ТЗ, причем коды слов, выбранных адресов представляют собой периодические ступенчато-пилообразные сигналы U, сдвинутые по фазе на время ТЗ.

Элемент 10 фиксации обнуления в момент обнуления слова формирует импульс (стробированный сигналом дешифратора 6), устанавливающий через коммутатор 15 в "1" триггер 17 (соответствующий коммутируемому каналу), который включает исполнительный элемент

18. Сигнал датчика 19 усиливается усилителем 14 и преобразуются в код аналого-цифровым преобразователем 13.

Ъычитателем 12 определяется разность сигналов задания и обратной связи, которая сравнивается с развертывающйм сигналом (соответствующим данному адресу) и в момент их совпадения формируется импульс на сброс памяти триггера 17 и отключение исполнительного элемента 18, подключенного канала регулирования. Этот импульс стробирован сигналом 4 входа дешифратора 6.

Цикл установки в "1" и сброса триггеров 17 в "О" осуществляется периодически с периодом Т4 по каждому адресу (каналу), реализуя тем самым широтно-импульсное регулирование параметра по отклонению в многоканальной системе, с фазовыми сдвигами между управляющими импульсами соседних каналов, равными ТЗ. Коммутация цепей управления, измерения и задания осуществляется с одинаково высокой скоростью и синхронизирована общим адресным сигналом. Такой регулятор реализуется достаточно просто, однако требует использования бесконтактной коммутации аналоговых сигналов термодатчиков и применим для упранлвния инерционными объектами с большими постоянными времени. Укаэанное построение регулятора обеспечивает равномерную загрузку силовой сети за счет введения принудительного сдвига по фазе широтно-импульсно модулиронанных сигналов управления объектами термообработки с электронагревательными исполнительными элементами 18.

Во втором варианте регулятора (фиг.2) для уменьшения скорости опроса датчиков 19 в К N раз (по сравнению с первым нариантом) введен дополнительный контур, реализующий многоканальный широтно-импульсный многоустойчивый элемент, выполненный на счетчике 21, запоминающем элементе

22, сумматоре 23, элементе 24 и элементе фиксации обнуления 25. Работает этот контур аналогично контуру, состоящему из блоков 7-10 периодиче ки (с йериодом Т4) воспроизводя на выходе запоминающего элемента 22

978111 ступенчато-пилообразные последовательности U, ардесные фазы которых в момент обнуления кодов слов, повторяют фазу момента совпадения развертывающего сигнала U (на выходе запоминающего устройства 7) с разностным сигналом вычитателя 12. Коммутатор 16 управляется адресным сигналом А2 счетчика 21, имеющего объем памяти N. Компаратор 11 в момент совпадения кодов адресов A1 (управ- 10 ляющего коммутатором 15 и запоминающими элементами 7 и 22 ) и А2 и при совпадении разностного сигнала с развертывающим (() ) формирует по этому адресу импульс на блокировку 15 элемента 24, а, следовательно, и на обнуление выбранного слова запоминающего элемента 22, которое в период коммутации датчиков 19 других адресов, по моменту обнуления слова aoc- 20 производит фазу момента отключения исполнительного элемента 18 po oveредной коммутации датчика этого канала.

При этом импульс от элемента 25 фиксации обнуления (стробированный сигналом 4 выхода дешифратора б) через коммутатор 15 осуществляет сброс памяти триггера 17 и отключение исполнительного элемента 18. 30

Таким образом, предлагаемый регулятор обеспечивает равномерную загрузку питающей сети и сниженную на несколько порядков скорость коммутации датчиков, что позволяет повысить 35 надежность и помехоустойчивость управления, применить регулятор для. более быстропротекающих процессов при небольших материальных затратах и высокой точности регулирования.

Формула изобретения

1. Многоканальный широтно-импульсный Регулятор м ературы, содержащий 45 соединенные последовательно генератор импульсов и первый счетчик импульсов, а также усилитель, коммутатордемультиплексер и по числу каналов - датчики и задатчики температуры и соединенные последовательно и подключенные к соответствующим выходам коммутаторадемультиплексера триггер и исполнительный элемент, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью расширения бласти применения регулятора, он держит коммутатор-мультиплексер, соединенные последовательно и подключенные "к выходу первого счетчика импульсов второй и третий счетчики импульсов, первый компаратор, буфер- ® ный элемент, сумматор и запоминающий. элемент, подключенные к первому выходу коммутатора-мультиплексера через усилитель и соединенные последовательно аналого-цифровой преобразо- 65 ватель, вычитатель и второй компар..:— тор, а также включенные последовательно между первым входом коммутатора-демультиплексера и вторым выходом первого счетчика-дешифратора и элемент фиксации обнуления, вторым входом подключенный к второму входу второго компаратора, второму входу буферного элемента и выходу запоминающего элемента, вторым входом соединенного с вторым выходом дешифратора, а третьим входом — с вторым выходом второго счетчика импульсов, с вторым входом первого компаратора и со счетными входами коммутаторов мультиплексера и демультиплексера, к третьему входу которого через второй компаратор подключен третий выход дешифратора, четвертый выход которого соединен с третьим входом буферного элемента, причем датчики и задатчики температуры через коммутатор-мультиплексер подключены к второму входу вычитателя.

2. 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 выходам коммутаторадемультиплексера триггеры и исполнительные элементы, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью расширения области применения регулятора, он содержит коммутатор-мультиплексер, соединенные последовательно и подключенные к первому выходу первого счетчика импульсов второй, третий и четвертый счетчики импульсов, второй компаратор, первый буферный элемент, первый сумматор, первый запоминающий элемент, первый элемент фиксации обнуления и соединенные последовательно аналого-цифровой преобразователь и вычитатель, а также соединенные последовательно и подключенные к второму выходу второго счетчика импульсов второй запоминающий элемент, второй элемент фиксации обнуления, дешифратор, первый компаратор и соединенные последовательно с ним второй буферный элемент и второй сумматор, выходом подключенный к второму входу второго запоминающего элемента, третьим входом связанного с вторым входом первого запоминающего элемента и с первым выходом дешифратора, второй выход которого подключен к вторым входам первого и второго буферных элементов, третий и четвертый выходы - к вторым входам первого и второго элементов фиксации обнуления соответственно, выходы которых соответ ственно подключены к первому и вто978111

10 .9 рому входам коммутатора"демультиплексера, третий вход которого соединен с вторым выходом второго счетчика, с третьим входом первого запоминающего элемента, с вторым входом второго компаратора и с первым входом первого компаратора, вторым входом подключенного к второму выходу третьего счетчика импульсов, третий вход второго компаратора подключен к выходу второго запоминающего элемента, чет- 10 вертый вход — с третьим входом второго буферного элемента и выходом второго запоминающего элемента, а выход — с вторым входом первого буферного элемента, третьим входом свя- !5 занного с выходом" первого запоминающего элемента, входы коммутатора-демультиплексера соединены с соответ1 ствующими датчиками и задатчиками температуры, счетный вход — с выходом четвертого счетчика импульсов, а выходы: первый через усилитель — с входом аналого-цифрового преобразователя, второй через вычитатель — с третьим входом второго компаратора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 614429, кл. G 05 0 23/19, 1978.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке Р 2828288, кл. 6 05 0 23/19, 1979 (прототип).

97 111

Составитель Л.Птенцова

Редактор Ю.Середа Техред Т.Маточка

Корректор!М. Коста .

Филиал ППП "Патент", r.Óàãîðîä, ул.Проектная, 4

Заказ 9217/63 Тираж 914 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, X-35, Раушская наб., д.4/5