Устройство для регулирования расхода жидкости

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6!) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 040981 (2! ) 3335006/18-24 ($1)М Кп з

G 05 D 7/00 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Государственный комитет

СССР по делам изобретений н открытий

t$3) УДК 621.646.

° 3(088.8) Опубликовано 230283 . Бюллетень ¹ 7

Дата опубликования описания 230283

В.И. Белкин, В.В. Евченко, A,M ° Мфйс

Н.Н. Устинов и A..Â. Хунцария(,.

Рязанское специальное конструктофс фЬе бюро

Научно-производственного объедицЬЙия.

II

Нефтехимавтоматика" и Рязанский;"опытно промышлЕинйй завод Научно-производственного ЬбъедннЕния

"Нефтехимавтоматика" (72) Авторы изобретения (7l ) 3ая в и тели (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ РАСХОДА

ЖИДКОСТИ

Изобретение относится к устройстваМ для регулирования расхода текущей среды и может быть.использовано в различных отраслях промышленности.

Известно устройство для регулирования расхода жидкости, содержащее импульсный -генератор, подключенный к блоку задания соотношения параметров, и каналы регулирования, каждый из которых состоит из последовательно соединенных датчика расхода, схемы антисовпадения, подключенной вторым входом к блоку задания, ревер- сивного счетчика на триггерах, выход триггера последнего разряда реверсивного счетчика подключен к управляющему входу электронного ключа, вход которого соединен с источником питания, а выход †.через преобразователь с регулирующим клапаном (11 .

Это устройство использует числоимпульсные интегрирующие цепи для выделения рет!ейного сигнала. управления, что позволяет получить высокув статическую точность, но ограни-. чивает качество регулирования расхода.

Известно также устройство.для регулирования расхода жидкости, содержащее расходомер, последовательно соединенные между собой генератор импульсов, блок задания, счетчик импульсов,.яблок памяти, формирователь управляющего сигнала и исполнительный орган, а также последовательно соединенные между собой синхронизатор, первый и второй элементы задержки, причем первый вход синхронизатора подключен к выходу рас- ходомера, а второй вход — к. выходу генератора импульсов, выход первого элемента задержки соединен с первым входом блока памяти, второй вход которого соединен с выходом счетчика импульсов и с вторым входом блока задания, а выход — с входом формирователя управляющего сигнала выход второго элемента задержки подключен к второму входу счетчика импульсов (2j .

Это устройство имеет статическую

25 точность, зависящую от разрядности счетчика импульсов, но недостаточное качество регулирования из-эа использования в качестве управляющей информации только сигналов знака ошибки рассогласавания.

999025

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для регулирования расхода жидкости, содержащее последовательно соединенные генератор импульсов, синхронизатор, первый элемент запержки, второй элемент за- держки, счетчик импульсов, дешифратор и регистр блОков памяти, второй вход которого соединен с выходом первого элемента задержки, третий вход — с выходами младших разрядов счетчика импульсов, четвертый — с выходом знакового разряда счетчика, а также с вторым входом дешифратора и с первым входом элемента совпадения, вторыми входами соединенного с 15 выходами младших разрядон счетчика, а выходом — с первым входом блока задания, вторым входом соединенного .с выходом генератора импульсов, а выходом — с вторым входом счетчика импульсов, и последовательно соединенные формирователь управляющего сигнала, исполнительный орган и расходомер, выходом соединенный с вторым входом синхронизатора j3) .

Это устройство имеет повышенное качество и точность регулирования, нб сложно в практическом исполнении.

Цель изобретения — упрощение устройства и повышение надежности при . сохранении повышенного качества и точности регулирования.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для регулирования расхода жидкости введены алгеб-раический сумматор, первый и второй преобразователи кодов, входами соединенные с первым и вторыми выходами регистров блоков памяти, а выходами — со входами алгебраича кого сумматора, выход которого соединен со входом формирователя упранляющего сигнала.

На фиг. 1 представлена блок-.схема устройства.для регулирования расхода жидкости, на фиг. 2 — сигналы 45 на выходе блоков; на фиг. 3 — временные диаграммы работы устройства.

Устройство содержит генератор 1 импульсов, блок 2 задания, счетчик

3 импульсов, регистр 4 блоков памя- 50 ти, формирователь 5 управляющего сигнала, исполнительный орган б, расходомер 7, синхронизатор 8, первый 9 и второй 10 элементы задерж,ки, элемент 11 совпадения, де- 55 шифратор 12, первый 13 и второй 14 преобразователи кодов, алгебраический сумматор 15.

Первый и второй входы последовательного счетчика являются соотнет- 60 ственно шиной сброса н нуль и счет-. ным входом.

Первый и второй входы синхронизатора 8 являются соответственно .аинхронизирующим и сигнальным. Синх- 65 ронизатор 8 применяется для того, чтобы считывание информации и обнуление счетчика 3 было всегда разнесено во нремени с помощью соответственно первого и второго элементов

9 и 10 от момента воздействия импульсов на счетный вход счетчика 3.

Сигналы на выходах генератора 1, блока 2; расходомера 7, синхронизатора 8, первого элемента 9 и нторого элемента 10 представлены соответственно на фиг. 2а...е.

Дешифратор 12 является устройством, выдающим сигнал при наличии логического нуля на входе, соединенном с выходом последнего знакового разряда счетчика 3 и при наличии хотя бы одного логического нуля на какомлибо из остальных его входах. Первый вход блоков памяти регистра 4 является входом принудительной записи логических нулей во все блоки памяти,. кроме знакового блока памяти, второй вход блоков памяти регистра 4 является входом разрешения записи информации, третьи входы — входы записи состояния младших разрядов счетчика 3 во нсе блоки памяти регистра 4, кроме знакового блока памяти, четвертый вход регистра 4 вход записи состояния последнего, знакового разряда счетчика 3 в знаковый блок памяти. Количество блоков памяти регистра 4 равно количеству младших разря ав счетчика 3 плюс один блок памяти для записи кода

=-нака.

Устройство работает следующим об; разом.

Импульсы с генератора 1 с .частотой следования н 2 и (где и — разрядность счетчика 31 раза большей, чем максимальная частота следования импульсон с расходомера 7. поступа Ъ ют на блок 2, на ныходе которого (при отсутствии запрещающего сигнала на втором входе) устанавливается равномерная частота следования импульсов, пропорциональная требуемому расходу жидкости через расходомер 7. После обнуления счетчика 3 импульсом со второго элемента 10 происходит его заполнение импульсами с выхода блока 2.

Возможны четыре случая его заполнения.

В первом случае (фи1-. 3a) за период времени между двумя импульсами с первого элемента 9 (или, что то же, с расходомера. 7l на счетчик 3 с блока 2 может гоступить число импульсов N = N + N1 равное или большее

И, + М„ где N< = 2 — число импулья сов, необходимое для заполнения всех и разрядон счетчика 3, кроме последнего, знакового разряда,N< — некоторое дополнительное количество импуль999025 сов для рассматриваемого случая, Yi — число импульсов, необходимое для запопнения всех младших разрядов счетчика 3. Как только на все входы элемента 11 поступят логические единицы со всех мпадших и последнего

5 разряда счетчика 3, поступление импульсов с выхода блока 2 прекрашается, поскольку сигнал с выхода элемента 11, воздействуя на первый., зайрещающий вход блока 2, запрещает появление импульсов íà его выходе.

В счетчике 3 до появления импульса. сброса с второго элемента 10 фиксируется код, равный N + M, и в момент прихода импульса с первого 15 элемента 9 во все блоки памяти регистра 4 запишутся логические единицы. Этот случай соответствует максимальным отрицательным значениям сигнала рассогласования. Сигнал 20 рассогласования ограничивается на уровне максимального кода младших разрядов счетчика 3.

Во втором случае (фиг. Зб) за упомянутый период времени на счетчик 3 с блока 2 поступает число импульсов И = И0 + N2 меньшее Хд + М, где N2 — некоторое дополнительное количество импульсов для рассматриваемого случая. Запрещающий сигнал с выхода элемента 10 не выдается.

Импульс с первого элемента 9 запишет в первом, знаковом блоке памяти регистра 4 логическую единицу, а в остальные блоки — состояния младших разрядов счетчика 3.

Этот случай соответствует отрицательному сигналу рассогласования без его ограничения. В пределе, когда сигнал рассогласования равен нулю, в первом, знаковом и в осталь- 40 ных блоках памяти регистра 4 запишутся соответственно логические единица и нули.

В третьем случае (фиг. Зв) за период времени между импульсами с 45 первого элемента 9 на счетчик 3 с блока 2 поступает число импульсов

N = Nо — N> где Ь.,З вЂ” некоторое количество импульсов для рассматриваемого случая, > M + 1. В момент при- 50 хода импульса с первого элемента 9 на второй вход блоков памяти регистра 4 на первый вход этих блоков с выхода дешифратора 12 поступит сигнал принудительной записи логических нулей. Во все блоки памяти регистра 4 будут записаны логические нули. Этот случай соответствует максимальным положительным значениям сигнала рассогласования. Сиг- 60 нал рассогласования ограничивается на уровне обратного максимального кода яладших разрядов счетчика 3. . В четвертом случае (фиг. Зг1 за упомянутый период времени на счетчик 3 с блока 2 поступает число импульсов И = И вЂ” И4, где N4 - некоторое количество импульсов для рассматриваемого случая, а M + 1.

B. момент прихода импульса с первого элемента 9 на второй вход блоков памяти регистра 4, на первом входе этих блоков будет отсутствовать сигнал с дешифратора 12 принудительной записи логических нулей, поскольку все старшие разряды счетчика 3 будут находиться в состоянии логи-. ческих единиц. Импульс с первого элемента 9 запишет в первом, знаковом блоке памяти регистра 4 логи ческий нуль, а в остальные блоки состояния младших разрядов счетчика 3. Код младших разрядов счетчика 3 будет равен обратному коду счет чика положительного сигнала рассогласования без его ограничения. В пределе, когда сигнал рассогласова- ния равен нулю, в первом знаковом и остальных блоках памяти регистра

4 запишутся соответственно логичес- . кие нуль и единицы. Первый преобра1 зователь 13, второй .преобразователь 14 и алгебраический сумматор 15 преобразуют полученные комбинации кодов в аналоговый сигнал, воздействующий на формирователь 5. При записанной в первом, знаковом блоке памяти регистра 4 логической единице, отрицательном сигнале рассогласования, выходной сигнал преобразователя 13 равен нулю, и на выход алгебраического сумматора 15 проходит выходной сигнал с преобразователя 14, т.е. преобразованный в аналоговый сигнал прямой код, записан-. ный в блоках памяти регистра 4. При записанном в первом, знаковом блоке памяти регистра 4 логическом нуле, положительном сигнале рассогласования, выходной сигнал преобразо.вателя 13 равен максимальному значению выходного сигнала преобразовате ля 14. На выход алгебраического сумматора 15 проходит разность выходных сигналов преобразователей 14 . и 13, аналоговый сигнал противоположной, чем в предыдущем случае полярности. Здесь технически реализуется известное соотношение, что раз. ность обратного кода и максимального значения его прямого кода равна значению его прямого кода с обратным знаком. Только операция вычитания производится с аналоговыми сигналами, эквивалентными упомянутым обратному коду и максимальному значению его прямого кода. При таком построении в качестве первого преобразователя 13 может быть использована простая цепь из последовательно соединенных источника опорного сигнала и коммутационного эле ента. Таким образом, на выходе

999025 алгебраического сумматора 15 имеется аналоговый сигнал прямо пропорциональный сигналу рассогласования в случаях, когда не происходит его ограйичения до уровня полного заполнения младших разрядов счетчика 3. .Ограничение сигнала рассогласования позволяет сократить количество необходимой для реализации предлагаемого устройства аппаратуры без ущер ба для качества регулирования, по- 1Î скольку для режимов регулирования, близких к установившемуся, упомянутое ограничение может быть выбрано таким, чтобы сигнал на выходе алгебраического сумматора 15 менялся линейно в зависимости от входных кодов преобразователей 13 и 14, а сигналы рассогласования, превышающие выбранный ограничивающий уровень, возникают лишь во время больших переходных процессов, что происходит, обычно, при включении устройся ва, а это время относительно мало по сравнению с полным временем рабоTbl . 25

Формирователь управляющего сигнала 5 с учетом свойств исполнительного. органа 6 преобразует и фазирует сигнал алгебраического сумматора 15 таким образом, чтобы в кОнтуре регулирования расхода жидкости действовала отрицательная обратная связь. В установившемся режиме частота.следования импульсов с блока 2, деленная на 2", должна быть равна частоте следования импульсов с расходомера 7, в последнем и остальных разрядах регистра блоков памяти 4 записаны либо логические единица и нули, либо логические нуль и единицы, алгебраическая сумма аналоговых 40 сигналов в этом случае равна нулю.

При изменении частоты следования импульсов с блока 2, выходной сигнал формирователя 5, воздействующий на.исполнительный орган б, изменя- 45 ется таким образом, чтобы частота следования импульсов с расходомера

7 изменялась в том же направлении, что и с блока 2. Наличие интеграл,. ной составляющей в законе регулирования, вырабатываемой формирователем 5, сведет сигнал рассогласованйя предлагаемого устройства к нулю, расход жидкости будет соответствовать требуемому расходу. Я

Хотя сравниваются периоды, регулирование ведется по частоте, поскольку изменение частоты следования импульсов с блока 2 вызывает пропорциональное изменение частоты 69 следования импульсов с расходомера 7. Причем, в отличие от других устройств, регулирования расходов каждый период вырабатывается информация и о величине, и о знаке ошиб- 65 ки рассогласования т.е. идет управление по текущему мгновенному значению частоты следования импульсов с расходомера 7. Этим и достигается высокое качество и точность регулирования, поскольку информация с расходомера 7 используется полностью и с максимально возможным темпом.

Точность сравнения задания и отработки определяется разрядностью счетчика 3. При использовании в устройстве элементов с высоким быстродействием эта разрядность может быть выбрана весьма большой, т.е. будет достигнута высокая точность сравне;1 ния, причем, поскольку для сравнения используются цифровые логические элемеиты, точность и стабильность сравнения будет соответствовать õàрактеристике цифрового устройства.

Очень большой масштаб сигнала рассогласования на выходе алгебраического сумматора 15 по сравнению с обычными устройствами для регулирования расхода жидкости обеспечивает очень высокое соотношение сигнал/шум. Это обстоятельство значительно облегчает дальнейшую обработку управляющей информации формирователем 5 в целях обеспечения высококачественного регулирования: проведение дифференцирования, сравнения и других операций, необходимых для решения уравнений гиперплоскости переключения скользящего режима управления.

Предлагаемое устройство используется в качестве базового элемента комплекса управления смешением нефтепродуктов, что позволит существенно повысить надежность и эффективность компаундирования нефтей и нефтепродуктов.

Формула изобретения устройство для регулирования рас хода жидкости, содержащее последовательно соединенные генератор импульсов, синхронизатор, первый элемент задержки, второй элемент задержки, счетчик импульсов, дешифратор и регистр блоков памяти, второй вход которого соединен с выходом первого элемента задержки, третий вход .с выходами младших разрядов счетчика импульсов,. четвертый — с выходом знакового разряда счетчика, а также с вторым входом дешифратора и с первым входом элемента совпадения, вторыми входами соединенного с выходами младших разрядов счетчика, а выходом - с первым входом блока задания, вторым входом соединенного с выходом генератора импульсов, а

999025 выходом - с вторым входом счетчика импульсов, и последовательно соеди ненные формирователь управляющего .сигнала, «чсполнительный орган н расходомер, выходом соединенный с вторым входом синхронизатора, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью упрощения и повышения надежности устройства, в него введены алгебраический сумматор, первый и второй преобравойатели кодов, входами соединенные с первым и вторыми выходами регистров блоков памяти, а выходамис входами алгебраического сумматора, выход которого соединен с входом формирователя управляющего сигнала.

Источники информации, 5 риня е во вн ание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР в 458811, кл. G 05 В 11/16, 1973.

2. Авторское свидетельство СССР

В 769500, кл. G 05 D 7/00, 1978.

3. Авторское свидетельство СССР

В 842728, кл. G 05 D 7/06, 1981 (прототип) .

А>< асан 1

Ag !

- Млаумьс с Ьана 2эадаиия

Импульс с &ал а 2заданил залисибающий югичеемую сюл жжа .У.

1

Имгутс г nepдого- телеигра РлЫфжлж

4ж,у

Составитель A. Андерс

Редактор Т. Киселева Техред М.Гергель Корректор Х . Бокьан

Заказ 1155/71 Тираж 872 . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по .делам изобретений и открытий

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

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