СПОСОБ ЭЛЕКТРО-ПНЕВМО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ Российский патент 2015 года по МПК G05D16/00 G05B11/44 F15C3/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области автоматизации производственных процессов с использованием средств пневмоавтоматики и может быть использовано в различных отраслях промышленности и энергетики.

Уровень техники

Известен способ электропневматического дискретного преобразования, реализуемый предложенным устройством. Способ предусматривает дискретное управление питанием воздуха, сбросом воздуха в атмосферу и расходом на форсировку, сравнение выходного давления с номинальным, дифференцирование входного сигнала, включение подачи питания и отключение форсировки при несовпадении выходного давления с номинальным, включение сброса для приведения при необходимости выходного давления к атмосферному (Патент СССР 706582, 31.12.1979, F15C 3/00, G05B 11/44).

Данный способ используется для преобразования дискретных сигналов и не может работать с аналоговыми сигналами. Кроме того, схема построения преобразования не обеспечивает высокое быстродействие.

Известен также способ электропневматического преобразования, реализуемый устройством, содержащим электромагнит, мембранную головку, лежащую на мембране и имеющую соединенное с атмосферой верхнее выпускное седло клапана, закрывающее камеру выходного давления, и нижнее впускное седло клапана, закрывающее камеру давления питания. Способ предусматривает управление питанием воздуха в выходную линию и сбросом воздуха в атмосферу, сравнение выходного давления с требуемым при помощи мембраны с пружиной, осуществление механопневматического преобразования, учет температуры обмотки электромагнита (Патент РФ 2352974, 20.04.2009, G05D 16/00) (прототип).

Используемый в известном способе принцип преобразования предполагает непрерывный сброс воздуха, что приводит к значительному его расходу, а механопневматическое преобразование не обеспечивает достаточно высокое быстродействие.

Раскрытие изобретения

Цель изобретения - повышение быстродействия и снижение расхода воздуха. Указанная цель достигается тем, что, в отличие от известного технического решения, в предлагаемом способе преобразование реализуют в виде циклических действий при нормально закрытых подпитке воздуха в выходную линию и сбросе воздуха из этой линии в атмосферу, в конце каждого цикла измеряют с помощью АЦП фактическое давление в выходной линии и определяют значение ошибки преобразования и ее знак, в начале каждого цикла определяют ширину импульса управляющего сигнала пропорционально найденному в конце предыдущего цикла значению ошибки, после чего осуществляют выдачу одиночного широтно-импульсного управляющего сигнала на кратковременное открытие подпитки при положительном знаке ошибки или кратковременное открытие сброса при отрицательном знаке ошибки, причем коэффициенты пропорциональности в расчете ширины импульса корректируют в конце текущего цикла в зависимости от соотношения ошибки и разности фактических значений давления в текущем и предыдущем циклах.

Описание чертежей

Реализация и особенности предлагаемого способа иллюстрируются рисунками.

Фиг. 1. Структурная схема электро-пневмо преобразователя

Фиг. 2. Циклограмма работы электро-пневмо преобразователя

Осуществление изобретения

Применение пневматических технических средств, в частности различных исполнительных механизмов, широко распространено в промышленности. Структурная схема электро-пневмо преобразователя, реализующая предлагаемый способ, представлена на фиг. 1. Преобразователь содержит тактовый генератор 1, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 2, датчик 3 давления в выходной линии, блок сравнения 4, вычислительный блок 5, клапан 6 подпитки воздуха в выходную линию, клапан 7 сброса воздуха в атмосферу, формирователь импульсов 8 и блок коррекции 9.

Циклограмма работы преобразователя показана на фиг. 2.

Преобразователь, реализующий предлагаемый способ, работает следующим образом.

Тактовый генератор 1 формирует последовательность циклов работы преобразователя с задаваемым периодом T. В зависимости от конструкции преобразователя период может быть постоянным или корректируемым и составлять ориентировочно от десятых долей секунды до нескольких секунд.

В конце каждого цикла (i - номер цикла):

- определяется значение входного электрического сигнала U_i и с помощью АЦП 2 измеряется фактическое значение давления P_i в выходной линии по сигналу от датчика 3;

- с помощью блока 4 определяется ошибка преобразования:

В начале каждого цикла выполняются следующие действия:

- с помощью блока 5 определяется длительность импульса управляющего сигнала в зависимости от значения ошибки в предыдущем цикле, с учетом ограничений по чувствительности δ_огр:

а) если δ_i-1>δ_огр, то

где M_i=(1+mP_i-1)M₀;

б) если δ_i-1< - δ_огр, то

где N_i=[1+n(100-P_i-1)]N₀;

в) если - δ_огр≤δ_i-1≤δ_огр, то выдача сигнала на клапаны в i-м цикле не производится;

- с помощью блока 8 импульс управляющего сигнала выдается на соответствующий клапан.

Коэффициенты m, M₀, n, N₀ выбираются в зависимости от проходного сечения и быстродействия клапанов 6 и 7, конструкции пневматических каналов преобразователя, других требований к преобразователю.

В конце каждого цикла, после определения значения δ_i, с помощью блока 9 производится корректировка коэффициента R_i (если в этом цикле включался клапан 6) или S_i (если включался клапан 7):

- Для коэффициента:

в) если условия (4) и (5) не выполняются, коррекция коэффициента R_i, в данном цикле не производится.

- Аналогично производится корректировка коэффициента S_i.

Проведенные испытания предлагаемого способа показали его работоспособность и эффективность. В связи со значительной инерционностью пневматической техники дискретная реализация способа обеспечивает аналоговое преобразование при наличии на выходе небольшого сглаживающего объема, который обычно присутствует в виде пневмотрассы, входной полости клапана или пнемопозиционера, и т.п.

Используемый принцип реализации способа проявляется в повышении быстродействия, особенно при больших амплитудах изменения входного сигнала. Способ предполагает нулевой расход воздуха в установившемся состоянии, что обеспечивает очень низкий суммарный расход воздуха. Внедрение предлагаемого способа в серийно выпускаемых ЗАО «Экоресурс» контроллерах серии БАЗИС^® намечено на 2014-2015 годы.

Изобретение относится к области автоматизации производственных процессов с использованием средств пневмоавтоматики и может быть использовано в различных отраслях промышленности. Способ реализуется в виде циклических действий при нормально закрытых подпитке воздуха в выходную линию и сбросе воздуха из этой линии в атмосферу. В начале каждого цикла осуществляют выдачу одиночного широтно-импульсного управляющего сигнала на кратковременное открытие подпитки или сброса. Ширину импульса управляющего сигнала определяют пропорционально найденному в конце предыдущего цикла значению ошибки с адаптацией коэффициентов пропорциональности. В результате повышается быстродействие электро-пневмо преобразования, снижается расход воздуха. 2 ил.

Способ электро-пневмо преобразования путем двухпозиционного управления «открыто/закрыто» подпиткой воздуха в выходную линию и сбросом воздуха из этой линии в атмосферу, определения ошибки преобразования вычитанием фактического давления в выходной линии из требуемого, отличающийся тем, что с целью повышения быстродействия и снижения расхода воздуха, преобразование реализуют в виде циклических действий при нормально закрытых подпитке и сбросе, в конце каждого цикла измеряют с помощью АЦП фактическое давление в выходной линии и определяют значение ошибки преобразования и ее знак, в начале каждого цикла определяют ширину импульса управляющего сигнала пропорционально найденному в конце предыдущего цикла значению ошибки, после чего осуществляют выдачу одиночного широтно-импульсного управляющего сигнала на кратковременное открытие подпитки при положительном знаке ошибки или кратковременное открытие сброса при отрицательном знаке ошибки, причем коэффициенты пропорциональности в расчете ширины импульса корректируют в конце текущего цикла в зависимости от соотношения ошибки и разности фактических значений давления в текущем и предыдущем циклах.