Цифровое задающее устройство

 

В. С. Суздаль, Ю. М. Епифанов, Н. И. С

П. И. Корннлич и Л. Б. Грищенко (72) Авторы изобретения (7I ) Заявитель (54) ЦИФРОВОЕ ЗАДАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО

Изобретение относится к области прецизионных средств программного управления технологическими процессами, в частности к системам управления технологическими процессами получения монокристаллов.

При выращивании и отжиге монокристаллов широко используются программы управления температурой, состоящие из чередующихся участков подъема, выдержки и снижения регулируемого параметра. На участке "выдержка" программы осуществляется стабилизация регулируемого параметра в широком диапазоне времен от нескольких минут до нескольких часов на уровне, заданном, цифровым (или иным) задающим устройством. Однако в существующих цифровых задающих устройствах заданное значение параметра стабилизации может изменяться под действием случайных импульсов помех, что приведет к нарушению технологического процесса. Кроме того, в цифро20 вых задающих устройствах отработка заданной программы нарушается при отключении:. кратковременного, сетевого источника питания, что также недопустимо.

Известно программное задающее устройство, содержащее генератор импульсов, делитель частоты блок задания скорости коммутатор блок задания уровня и реверсивный счетчик со схемой совпадения, один вход которого соединен с выходом делителя частоты, другой — с выходом блока задания уровня, а выход подключен ко входу коммутатора, причем вход блока задания уровня подсоединен к выходу комму-; татора (3).

Недостатком этого устройства является потеря заданной программы при отключении ютевого источника питания и возможность искажения программы под воздействием импульсных помех. Восстановление нарушенной программы управления — это трудоемкий процесс и поэтому требует достаточно длительного отрезка времени, что может сказаться на ка-! честве конечцого продукта.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту к предлагаемому является устройство, содержащее генератор импульсов, соединенныи с управляемым делителем частоты, ко.;второму входу

983123

3 которого подключена схема управления, где выходной сигнал делителя частоты поступает на формирователь импульсов и реверсивный счетчик, второй вход формирователя импульсов соединен со схемой управления, а входы реверсивного счетчика соединены со схемой управления и блоком задания уровня, причем выход . реверсивного счетчика соединен со входом триггера — коммутатора, второй вход которого соединен со схемой управления, а выход триг- 1в гера — коммутатора подан на блок задания уровня (2).

К недостаткам известного устройства следует отнести потерю заданной программы при случайных отключениях питания сети и ее иска- 15 жение в результате действия импульсных помех.

Как первый, так*и второй недостаток приводит к переходу на ручной режим управления, сбросу нарушенной программы до исходной 20 точки, с последующим восстановлением программы в точке ее нарушения, Все зто продолжительно во времени и исключает точность ее восстановления, а это в свою очередь приводит к нарушению ранее заданного технологического 25 режима, что в конечном итоге влияет на качество выходного продукта, Целью изобретения является повышение надежности и сохранение задайной программы при аварийных отключениях питания и воздействия импульсных помех.

Поставленная цель достигается тем, что цифровое задающее устройство, содержащее блок задания уровня, первый генератор импульсов, выходом соединенный с делителем частоты, и

35 последовательно соединенные реверсивный счетчик; блок сравнения и элемент НЕ, введены генератор высокой частоты, первый и второй логические элементы 2И-2ИЛИ-НЕ и блок коррекции, первым выходом подключенный через первый логический элемент 2И-2ИЛИ-HE к первому входу реверсивного счетчика, а вторым выходом через последовательно соединенные элемент HE и второй логический элемент

2И вЂ” 2 — ИЛИ-НŠ— ко второму входу реверсив45 ного счетчика, выход которого соединен со входом блока коррекции и выходом устройства, вход генератора высокой частоты соединен со . входом первого генератора импульсов и входом устройства, а выход генератора — c. третьими входами первого и второго логических элемен50 тов 2И-2ИЛИ-НЕ, четвертыми входами пбдключенных к выходу делителя частоты, а также тем, что блок коррекции содержит первый и второй корректирующие задатчики, выходами соединенные с первыми входами соответствующих сумматоров, аналого — цифровой преобразователь, выходом через сумматоры и элементы сравнения подключенный к выходам блока.

На чертеже представлена функциональная схема предлагаемого устройства.

Цифровое задающее устройство содержит основной генератор 1 импульсов с управляемым делителем 2 частоты, логические элементы

2И-2ИЛИ-НЕ 3, 4, реверсивный счетчик 5, блок

6 сравнения с блоком 7 задания уровня, дополнительный генератор 8, логические элементы НЕ 9, 10, а также блок 11 коррекции, содержащий аналого — цифровой преобразователь

12 и последовательно соединенные корректирующие задатчики 13 и 14, сумматоры 15 и 16 и элементы 17 и 18 сравнения.

Устройство работает следующим образом.

Перед включением напряжения питания оператор устанавливает в блоке 7 уровень перехода программы на участок выдержки и корректирующими задатчиками 13,- 14 задает соответственно верхнюю Ае и нижнюю A„границы диапазона лА — А е — А„допустимых изменений выходного сигнала счетчика 5 от дей- ствия импульсных помех в режиме подъема и снижения температуры (выходной сигнал реверсивного счетчика 5 является выходным сигналом устройства). Диапазон и А выбирается исходя из динамических свойств объекта регулирования и погрешностей регулятора температуры.

После включения напряжения питания оператор однократной подачей сигнала "Сброс" на счетчик 5 устанавливают цифровое задающее устройство в начальное состояние, при котором выходной сигнал счетчика 5 равен нулю, выходной сигнал схемы сравнения 6 равен напряжению логического "0", так как цифровой сигнал блока 7 больше цифрового сигнала реверсивного счетчика 5, генераторы 1 и 8 не работают.

Выходной сигнал блока 6 сравнения подается непосредственно на логический элемент 2 И—

2ИЛИ-НЕ 4 и через логический элемент НЕ 9 на логическийьзлемент 2И-2ИЛИ-НЕ 3, разрешая прохождение импульсов от генератора 1 на вход прямого счета (+) реверсивного счетчика 5.

Выходной сигнал U датчика температуры преобразуется аналого — цифровым преобразователем (АЦП ) 12 в цифровой код и подается на входы сумматоров 15 и 16. На другой вход сумматора 15 подается цифровой код верхней границы А е диапазона ьА, а на второй вход сумматора 16 — цифровой код нижней границы

А. При этом сумматор 15 производит сложение цифровых кодов сигнала датчика температуры и эадатчика 13, а сумматор 16 произдит вычитание цифровых кодов датчика темпе ратуры и задатчика 14. Таким образом, диапазон дА допустимых изменений выходного сигнала счетчика 5 устанавливается относительно уровня цифрового кода сигнала датчика условиях эксплуатации не выходят за пределы диапазона В А.

При сбое содержимого счетчика 5 под действием импульсных помех на участке подъема или снижения срабатывает блок коррекции.

Рассмотрим два случая сбоя. Первый — число в счетчике 5 скачкообразно увеличивается и выходит за верхнюю границу Аи диапазона ь А.

При этом сигнал датчика температуры не можег измениться мгновеш»о при изменении выходного сигнала устройства, что обусловлено инерционными свойствами объекта. Таким образом, выходные сигналы сумматора 15 и 16 не изменяются, а выходные сигналы элементов

17 и 18 сравнения изменятся следующим об. разом. Элемент 17 сравнения коррекции изменит свое состояние из "0" в "1", а элемент 18 сравнения останется в прежнем состоянии (на выходе напряжение логической "1"). При этом через логический элемент 3 задается запрет на прохождение импульсов генератора 8 к входу прямого счета (+) и через логический элемент

4 — разрешение по входу обратного счета (— )

-: реверсивного счетчика 5. Импульсы высокой частоть» генератора 8 через логический элемент и элемент 17 сравнения вернется в прежнее состояние.

Второй случай сбоя.— число в счетчике 5 скачкообразно уменьшается и выходит за пределы нижней границы А н. Как и в первом случае сигнал датчика температуры мгновенно не изменяется, а изменившийся выходной сигнал счетчика 5 воздействует на элементы сравнения следующим образом. Элемент 17 не изменит своего состояния, а элемент 18 сравнения коррекции изменят состояние из "1" в "0". При этом. через логический элемент НЕ 10,.на элемент 2И вЂ” 2ИЛИ-HE 3 дается разрешение на прохождение импульсов генератора 8 к входу прямого счета (+) реверсивного счетчика 6.

Импульсы высокой частоты генератора 8 быстро восстановят содержимое счетчика 5и элемент 17 сравнения коррекции вернется в преж.нее состояние. Отработка .участка подъема или снижения при. этом будет продолжаться.

При аварийном отключении напряжения питания на участке подъема или снижения сигнал U . датчика температуры будет изменяться в соответствии с инерционностью объекта регулирования. После появления напряжения питания все элементы устройства восстанавливают свою работу. Генераторы 1 и 8 будут включены, так как сигнал "Пуск" после включения питания восстанавливается. При

1 этом в реверсивном счетчике 5 может записаться произвольное число, как больше, так и меньше предыдущего, Процесс восстановления содержимого счетчика 5 за счет схемы коррек45

Таким образом, в реверсивном счетчике на участке выдержки записывается число, определяемое блоком 7 задания уровня, которое периодически (период определяется у1травляемым делителем частоты 2) умены ается йа ЬДНйицу младшего разряда счетчика 5 и затем вновь восстанавливается. Эти изменения должны учить»ваться в суммарной погрешности системы регулирования температуры.

При работе цифрового задающего устройства изменение числа в счетчике 5 (выходной сигнал устройства) отрабатывается регулятором температуры, при этом случайные изменения выходного сигнала .устройства в нормальных

5 983123 6 температуры, В начальном состоянии, когда вы. ходные сигналы счетчика 5 и датчика температуры (а значит и выходной сигнал АЦП 12) равны нулю на выходе элемента 17 сравнения устанавливается напряжение логического "0", а на выходе элемента сравнения 18 — напряжение логической "1". Эти напряжения поступают на выходы логических элементов 3 и 4 (выходной сигнал блока 1 при этом предварительно инвертируется логическим элементом HEI

10 и запрещает прохождение импульсов от генератора 8 на входы реверсивного счетчика 5).

При подаче сигнала "Пуск", который не снимается в процессе всей работы устройства, начинает работать генератор 1 и дополнительный 15 генератор 8, при этом на вход прямого счета (+) реверсивного счетчика 5 поступают импульсы с частотой, определяемой управляемым делителем 2. Число в счетчике увеличивается с постоянной скоростью до уровня, определяе- 2ф мого блоком 7 задания. Придостижениитребуемого уровня перехода на участок выдержки срабатывает блок 6 сравнения (на выходе устанавливается напряжение логической "1") и через логический элемент HE 9 запрещает про- 25 хождение импульсов о делителя 2 частоты 4 быстро восстановят содержимое счетчика 5 через логический элемент 3 на вход прямого счета (+) реверсивного счетчика 5. Ош»овременно блок 6 сравнения дает разрешение на прохождение импульсов с делителя 2 частоты через5р логический элемент 4 на вход обратного счета (— ) счетчика 5.

После поступления на вход обратного счета (— ) счетчика 5 ..первого импульса число в счетчике уменьшается на единицу и блок 6 сравнения восстановит свое первоначальное состояние (на выходе напряжение логического "0"), так. как в счетчике 5 оказываются записанным число на единицу меньше, чем задано блоком 7.

В этом случае снова оказываются открь»тым для доступа импульсов вход прямого света (+) счетчика 5. Счетчик 5 опять заполняется до уровня заданного блоком 7 задания и»» выше описаннь»й процесс повторяется.

8 изобретения

23

Формула

9831 цни будет аналогичен описанному выще и приведет к-быстрой записи в счетчике числа, равного с точностью A/2 цифровому коду сигнала датчика температуры в момент появления напряжения питания. После этого схема коррекции ч отключается и будет идти участок подъема или снижения по программе (в зависимости от, соотношения выходных сигналов счетчика 5 и блока 7 задания уровня)

Процесс восстановления содержимого счетчи- о ка 5 на участке выдержки при наличии сбоя под действием импульсных помех нли отключении напряжения питания будет таким же, как и на участках подъема или снижения.

После прохождения участка выдержки опе- . 1s ратор задает новое значение в блоке 7 задания уровня, которое, может быть как меньше, так и больше; предыдущего. Блок 6 сравнения изменит свое состояние из "0" в "1" и через логический элемент 4 даст разрешение на прохож- эя денне импульсов генератора 1 по входу обратного счета (-} реверсивного счетчика 5, если число в блоке 7 будет меньше записанного в счетчике 5, при этом начнется отработка участка снижения. Блок б сравнения не изменит 2я своего состояния, если число в блоке 7 будет больше записанного в счетчике 5. В этом случае через логический элемент 3 импульсы генератора 1 будут поступать на вход прямого счета (+) счетчика 5, т. е. начнется очередной р участок подъема температуры.

Таким образом, предлагаемое цифровое задающее устройство сохраняет заданную npotрамму при воздействии импульсных помех и отключений напряжения питания на любом

35 участке программы. При этом нет необходимости предпфйнимать специальные меры по защите входной цепей и питанИя реверсивного счетчика от воздействия Чбмех, а также применять специальные элементы памяти, сохраняющие программу.при отключении напряжения пита1. Цифровое задающее устройства, содержащее блок задания уровня, первый генератор импульсов, выходом соединенный с делителем частоты, н последовательно соединенные реверсивный счетчик, блок сравнения и элемент НЕ, о т л и ч а ю щ е е с я! тем, что, с целью повышения надежности за счет сохранения заданной программы при аварийных отключениях питания и воздействии импульсных помех, введены генератор высокой частоты, первый и второй логические элементы 2И-2ИЛИ-НЕ и блок коррекции, первым выходом подключенный через первый логический элемент 2И-2ИЛИНЕ к первому входу реверсивного счетчика, а вторым выходом через последовательно соединенные элемент НЕ и второй логический элемент 2И-2ИЛИ-НŠ— к второму входу реверсивного счетчика, выход которого соединен с входом блока коррекции н выходом устройства, вход генератора высокой частоты соединен с входом первого генератора импульсов и входом устройства, а выход генератора — с третьими входами первого н второго логических элементов 2И вЂ” 2ИЛИ-НЕ, четвертыми входами подключенных к выходу делителя частоты.

2. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что блок коррекцни содержит первыи и второи корректирующие задатчики, выходами соединенные с первыми входами соответствующих . сумматоров, аналого — цифровой преобразователь, выходом через сумматоры н элементы сравнения подключенный к выходам блока.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР М 265220, кл. G 05 В 19/02, 1966.

2. Страшун А. 3. н Чернухин В. Ш. Программные регуляторы технологических процессов. Л., "Энергия", с. 126, 1973 (прототип).