Автоматическое устройство для формирования и испытания химического источника тока Советский патент 1984 года по МПК H01M10/48 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано на предприятиях электротехнической промьтшенности по производству и исследованиям химических источников то ка для автоматизированного управления технологическим процессом, например процессами формирования пластин свинцово-кислотных аккумуляторов и испытаний аккумуляторных батарей.

На предприятиях отрасли при массовом производстве свинцово-кислотны аккумуляторов используется формирование электродных пластин в режиме зарда постоянным током. Наряду с этим с целью сокращения дпительности процесса для формирования электродных пластин применяются ступенчатые реверсивные режимы с соответствием времени прохождения прямого и обратного токов IO/L Исследования и испытания аккумуляторных батарей различных электрохимических систем на основании математических моделей конкретных объектов применения, например электромобилей, порождаЕот разнообразные реверсивные режимы работы батарей о

Известны устройства для заряда и разряда аккумуляторных батарей стабилизированным током, предназначенные дпя формирования, тренировки и исгГытания аккумуляторных батарей, содержащие тиристорный преобразователь, узел управления тиристорами, блок коммутации, усилитель, задатчик и датчик тока, источник смещения 1 и .

Недостатком этих устройств является ограничение уставок по току, необходимость ручной предварительной подготовки, заключающейся в ручном задании токов посредством переключателей, либо потенциометров, невозможность сопряжения с цифровыми вычислительными машинами, хранящими программы или генерирующими управляющие воздействия в результате обработки математической модели объета применения батареи, что в конечном итоге повышает трудоемкость процесса и снижает надежностные характеристики и качество управления.

Кроме того, эти устройства используют аналоговые элементы S системах стабилизации, которым присуща погрешность за счет дрейфа нуля усилителей постоянного тока, температурной нестабильности характеристик узла сравнения, задатчмка тока и источника питания.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является автоматическое устройство Ц1Я формировния и испытания химического источника тока, содержащее генератор тактовых импульсов, задатчик тока, узел сравнения, дешифратор и последовательно соединенные узел управления тиристорами, тиристорный преобразователь, датчик.

Устройство обеспечивает высокую степень автоматизации процесса и может управляться от встроенного устройства считывания программоносителя 3.

Однако в известном устройстве используются аналоговые элементы для ; реализации системы управления и стабилизации тока, которые требуют сложных элементов согласования с устройствами цифрового программного управления и пораждают погрешности, обусловленные температурной нестабильностью характеристик узла сравнения, задатчика тока и источника питания, дрейфом нуля усилителя постоянного тока, а также нестабильностью выходного напряжения источника питания задатчика при помехах и изменениях питающей сети.

Кроме того, при больших углах открытия тиристоров выходной ток тиристорного преобразователя может носить импульсный характер, что вызывает необходимость наличия в цепи измерения тока аналоговых интеграторов, построенных с использованием RC-цепей для получения на выходе среднего значения измеренного сигнала, последнее порождает дополнительную погрешность измерений и стабилизации. Устройство не обеспечивает непосредственное сопряжение с ЭВМ и централизованный контроль качества обработки управляющих воздействий (уставок тока). Устройство также не обеспечивает прием, хранение и отработку длительности уставок по времени.

Целью изобретения является повышение точности работы устройства.

Указанная цель достигается тем, что в устройство, содержащее генератор тактовых импульсов,задатчик тока, узел сравнения, дешифратор и последовательно соединенные узел управления тиристорами, тиристорньй преобразователь, снабженный входными и выходными силовыми выводами, датчик тока, дополнительно введ ны аналого-цифровой преобразователь арифметическое устройство, вычитающий счетчик, первый и второй регист ры, при этом для связи с ЭВМ устрой ство снабжено информационными входом и выходом синхронизирующим вход прерывающим выходом и управляющим входом, выход задатчика подключен к первому входу узла сравнения, вых узла сравнения подключен к первому входу узла управления тиристорами, первый вход аналого-цифрового преоб разователя соединен с выходом датчи ка тока, второй запускающий вход аналого-гдифрового преобразователя с динен с первым выходом генератора тактовых импульсов, информационный выход аналого-цифрового преобразова теля и выход Конец преобразования его соединены с входами арифметичес кого устройства, выход арифметического устройства соединен с вторым входом узла сравнения и первым входом второго регистра, первые входы вычитающего счетчика, задатчика тока и первого регистра соединены с информационным входом устройства, второй вход вычитающего счетчика соединен с вторым выходом генератора тактовых импульсов, выход вычитающего счетчика подключен к прерывающему выходу устройства, тормозящему входу генератора тактовых импульсов, к второму входу узла управ ления тиристорами и третьему входу арифметического устройства,, выход первого регистра подключен к третье му входу узла управления тиристорами, выход второго регистра подключе к информационному выходу устройства первый вход дешифратора соединен с управляющим входом устройства, а рой вход подключен к синхронизирую щему входу устройства, выходы дешифратора подключены ко вторым входам первого и второго регистров, задатчика и к третьему входу вычитающего счетчика, третий выход генератора тактовых импульсов подключ к четвертому входу арифметического устройства, к 4eTBepTONry входу вычи тающего счетчика подключена цепь начальной установки устройства в исходное состояние. На фиг. 1 представлена структурная схема устройства; на фиг. 2 вт ,464функциональная схема устройства; на фиг. 3 - функциональная схема арифметического устройства на фиг. 4 - диаграмма.работы устройства. Автоматическое устройство для формирования и испытания химического источника тока содержит реверсивный тиристорный преобразователь 1, датчик 2, аналого-цифровой преобразователь 3, арифметическое устройство 4, узел 5 сравнения, узел 6 управления тиристорами, задатчик 7 (представляющий собой регистр), регистр 8, вычитающий счетчик 9, генератор 10 тактовых импульсов, регистр 11, дешифратор 12, информационный вход 1i, информационный выход 14, управляющий вход 15, синхронизирующий вход 16, прерывающий выход 17. При включении питания сигналом Начальная установка устанавливается в нулевое состояние вычитающий счетчик 9. На выходе счетчика 9 появляется сигнал, запрещакяций подачу импульсов открытия тиристоров преоб|разователя 1 с узла 6 управления тиристорами, работу генератора 10 тактовых импульсов, и сбрасывающий регистры и счетчики арифметического устройства. -Этот сигнал подается на прерывающий выход 17 устройства сообщая о том, что устройство готово принять информацию и приступить к отработке уставки. Информация о параметрах уставки: величине, длительности, режиме (заряд, разряд) подается в двоичном коде из внешних устройств, например ЭВМ, побайтно на информационный вход 13 устройства. Сигналами, передаваемыми из ЭВМ на управляющий вход 15 устройства, задается адрес приемника информации: счетчика 9, задатчика 7 или регистра 11, в момент поступления синхронизирующего импульса по входу 16 синхронизации происходит запись байта информации , поступающей на информационный вход 13 устройства, в приемник, адрес которого задан сигналами по управляющему входу 15. Последовательность передачи информации рекомендуется выбирать такой, чтобы информация о длительности уставки передавалась последней. После записи информации о длительности уставки счетчик 9 выходит из нулевого состояния, при этом разрешается работа генератора 0 тактов импульсов, выдача импульсов открытия тиристоров преобразователя ; снимается сигнал с прерывающего выхода 1 устройства. Генератор 0 тактовых импульсов производит запуск аналого-цифрового преобразователя 3, последний преобра зует аналоговую величину сигнала с датчика 2 в двоичный код, С выхода аналого-цифрового преобразователя 3 двоичш й код и сигнал Конец преобра зования поступают в арифметическое устройство 4 5 которое производит счет количества преобразований преобразователя 3 за заданный период, суг-ячирование двоичных кодов мгновенных значений аналоговых сигналов дат чика 2, хранерше промежуточных и конечного результата суммирования за период вычисления среднего значения сигнала за период путем деления результата суммирования на количество преобразований преобразователя 3 Тактирование работы арифметического устройства 4 производится частотой, подаваемой с генератора 0 тактовых импулвсов. ГЕри применении в качестве датчика шунта, сигнал на его выходе пропорционален протекающему току и может быть легко пересчитан в значение ток С выхода арифметического устройства 4 среднее значение тока в виде двоичного кода записывается в регист 8 и передается на информационный выход 4 устройства путем задания ад реса регистра 8 по управляющему входу 15 устройства и позволяет внешним устройствам контролировать отработку уставки по величине. Узел 5 сравнения сравнивает цифровой двоичный код среднего значения тока, поступающего с выхода ариф метического устройства 4 с кодом уставкиэ записанным в задатчик 7, и Шйдает на свой выход в цифровой двоичной форме алгебраическую разность кодов. Последняя поступает на вход узла 6 управления тиристорами. Узел 6 управления тиристорами преобразует входной сигнал в импульсы фазового регулирования и выдает их на управляющие входь тиристоров инвертора или выпрямителя тиристорного преобразователя 1 в соответствии с кодом режима, поступающим из регистра 1 , Фазовое регулирование осущест 66 вляется до получения с выхода узла 5 сравнения сигнала равенства кодов и далее такое значение тока поддерживается . Вычитающий счетчик 9 с момента запуска генератора 10 тактовых импуль сов считает поступающие на счетный вход временные импульсы вплоть до обнуления. Во время протекания процесса отработки уставки тока ЭВМ может провести контроль отработки, передав по управляющему входу 15 устройства адрес регистра 8 и сигнал по синхронизирующему входу 16, при этом на информационный выход устройства поступает код отрабатываемого в данный период тока. В момент обнуления счетчика 9 сигналом с его выхода тормозится генератор 10 тактовых импульсов, сбрасывается арифметическое устройство 4, запрещается подача импульсов открытия тиристоров и подается сигнал на прерывагаций выход 17. С получением информации о новой уставке процесс повторяется. При этом генератор 10 тактовых импульсов включает генератор 18 и делители 19 и 20 частоты; регистр 8 включает регистр 2 и cxeNW 22-29 совпадения;арифметическое устройство 4 включает сумматор 30, промежуточный регистр 31, выходной регистр 32, триггер 33, суммирующий счетчик 34f дешифратор 35,, циклический счетчик 36, схемы 37 и 38 совпадения, схему И-ИЛИ 39, схему ИЛИ 40. Устройство работает следующим образом. При включении питания сигналом Начальная установка устанавливается в нулевое состояние вычитающий счетчик 9, при этом на выходе Р-счетчика 9 появляется сигнал, запрещающий подачу импульсов открытия тиристоров преобразователя 1 с узла 6 управления тиристорами, работу генератора 18 и сбрасывающий в Нулевое состояние через схему ИЛИ 40 триггер 33, через схему И-ШШ 39 выходной регистр 32 арифметического устройства 4. Кроме того, этот сигнал подается на прерывающий выход 17 устройства, сообщая о том, что устройство готово принять информацию и приступить к работе. Величина уставки в виде восьмиразрядного двоичного кода по информационному входу 13 поступает на D-входы регистра 7. По управляющему входу 15 двоичный код выбора регистра 7 поступает на входы дешифратора 12, По синхроимпульсу, поступающему по синхронизирующему входу 16 на С-вход дешифратора 12, производит ся дешифрация кода. На выходе 2 дешифратора 12 формируется импульс, поступаюищй на С-вход регистра 7 и производится запись двоичного кода величины уставки в регистр 7, с выхо дов которого двоичный код поступает на вход узла 5 сравнения. Аналогично производится запись кода режима в ре гистр 11, с выхода которого код режи ма поступает в узел 6 управления тиристорами и кода длительности уставки в вычитающий счетчик 9. После записи информации о длитед ности уставки вычитаюший с четчик 9 вы выходит из нулевого состояния и с вы хода Р - снимается сигнал, запрещающий работу элементов устройства. На фиг. 4 приведена временная ди грамма работы устройства,где 41 -импульсы тактовой частоты генератора 18; 42 - импульсы на выходе делителя 19 частоты; 43 - сигнал конца преобразования аналого-цифрового преобра зователя 3; 44-50 - сигналы на выходах 1-7 соответственно дешифратора 3 арифметического устройства 4; 51 сигнал на выходе 2 ци1слического счетчика 36: 52 - сигнал на выходе схемы 37 совпадения; 53 - сигнал на выходе схемы И-ИЛИ 39; 54 - сигнал на выходе схемы 38 совпадения; 55 сигнал на выходе триггера 33. С выхода генератора 18 импульсы 41 тактовой частоты поступают на вхо ды делителей 19 и 20 частоты и суммирующего счетчика 34 арифметичес кого устройства 4. Выходным импульсом 42 запускается аналого-цифровой преобразователь 3. Коэффициент К делителя 19 частоты выбирается из усло вия получения периода следования импульсов 42 достаточного для выполнения преобразования. По окончании преобразования величины мгновенного значения аналогового входного сигнала п цифровой двоичный код, с выхода аналого-цифрового преобразователя 3 поступает сигнал 43 конца преобразования на вход S триггера 33 и код величины входного сигнала на входы XI - Х8 сумматора 30. Триггер 33 переходит в состояние 1. 468 разрешая тем самым работу суммирующего счетчика 33. При,поступлении на вход счетчика 33 первого импульса счетчик из feняeт свое состояние и на выходе I дешифратора 35 появляется сигнал 44, разрешаюций запись в промежуточный регистр 31 суммз кодов на входах X - Х8 и У - сумматора 30, При появлении на выходе 2 дешифратора 35 сигнала 45 производится перезапись кода с выхода регистра 31 в выходной регистр 32, с выхода 1 т 1 +8 которого код поступает на входы У1 - Угг +В сумматора 30, что обеспечивает получение нарастающей суммы кодов в процессе цикла измерений. Сигнал 46 поступает на суммируюший вход циклического счетчика 36 и переводит его в следующее состояние. По сигналу 50, поступающему с выхода 7 дешифратора 35 на вход cxeNbi ИЛИ 40, с выхода которой выходной сигнал поступает на R. -вход триггера 33, триггер 33 переходит в состояние О и сбрасывает счетчик 34. Цикл повторяется. Процесс продолжается до появления на выходе 2 счетчика 36 сигн-апа 51, последний разрешает прохождение на выход схемы 37 совпадения сигнала 52, по которому производится перезапись информации с выходов сумматора 32 VTS +1 f )г« +8 в регистр 21, а также разрешается работа узла 5 сравнения. По сигналу 53, поступающему с выхода схемы И-ИЛИ 39 на вход и. регистра 32, происходит сброс регистра. По сигналу 54 сбрасывается по . входу R счетчик 36. Количество измерений мгновенных значений, считаемое счетчиком 36, выбирается равным двоичному числу из выражения: h 2, где Уг( 1,2,3,4,.... В свою очередь m выбирается из УСЛОВИЯ п 2 ----где TU - выбранный период измерений среднего значения сигнала; Tj, - период следования запускаю1ЩЛХ импульсов аналого-цифрового преобразователя . Среднее значение измеряемого тока получается путем деления кодов измерений мгновенных значений за период измерения на круглое двоично число -п , соответствующее числу пр суммированных мгновенных значений измерений аналого-цифрового преобра зователя 3 методом отбрасывания м младших разрядов кода выходного ре-гистра 32, сохраняющего результат суммирования. Очевидно, что при таком методе деления возникает погрешность, поскольку используется только целая часть частотного и отбрасывается остаток. Однако простота схемы и невысокая погрешность деления (при измерении тока 100 А с числом измерений мгновенных значений за период равным 2048 погрешность не превышает 1%) позволяют обеспечить приемлемост такого схемного решения. На примере рассмотрен один из простейших вариантов схемного решения, при введении в состав устройства схемы коррекции возможно уменьшить погрешност Ввод простой анализа старшего отбрасываемого разряда и учет его значения в конечном результате деления позволяет уменьшить погрешность в два раза. С выхода регистра 21 код поступает на входы схем 22-29 совпадения. По запросу от ЭВМ, поступаюшему по управляющему входу 15 на дешифратор 12 и синхронизирукицему входу 16 на С-вход дешн этора, с выхода 4 дешифратора 2 поступает разрешающий сигнал на входы схем 22-29 совпадения , с выхода которых код передает ся по информационному выходу I4 в ЭВМ. Коэффициент деления KI делителя 20 частоты выбирается из условия получения периода следования импульсов на выходе равным минуте, секунде, миллисекунде и т.д. в зависимости от необходимой точности отработки уставки по времени. По истечении времени отработки уставки на выходе Р-вычитающего счетчика 9 появляется сигнал обнуления, запрещающий подачу импульсов открытия тиристоров преобразователя 1 с узла 6 управления тиристорами, работу генератора 18 и сбрасываюший в нулевое состояние триггер 33 и выходной регистр 32 арифметического устройства 4, а также поступающей на прерывающий выход 17 устройства как запрос в ЭВМ на выдачу следующей уставки тока. Применение изобретения в процессах формирования пластин свинцовокислотных аккумуляторов и при испытаниях батарей позволяет создать централизованные комплексы с управлением от ЭВМ, при этом повысить производительность труда и достоверность испытаний. Применение изобретения в комплексе технических средств испытания батарей на основании математической модели объекта применения позволяет сократить сроки проведения испытаний и повысить производительность труда лабораторного персонала.

/

/

АВТОМАТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ И ИСПЫТАНИЯ ХИМИЧЕСКОГО ИСТОЧНИКА ТОКА, содержащее генератор тактовых импульсов, задатчик тока, узел сравнения, дешифратор и последовательно соединенные узел управления тиристорами, тиристорный преобразователь, снабженный входными и выходными силовыми выводами, датчик тока, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения, точности устройства, в него введены аналого-цифровой преобразователь, арифметическое устройство, вычитающий счетчик, первый и второй регистры, при этом для связи с ЭВМ устройство снабжено информационными входом и выxoдoм синхронизирующим входом, прерывающим выхо;дом и управляю1дим входом, выход задатчика тока подключен к первому входу узла сравнения , выход узла сравнения подключен к первому входу узла управ; сния тиристорами, первый рход аналого-цифрового преобразователя соединен с выходг,м датчика тока, второй запускающий ..AlicivVv; - I-; -;. i : vHj yrSi . вход аналого-цифрового преобразователя соединен с первым выходом генератора тактовых импульсов, информационный выход аналого-цифрового преобразователя и выход Конец преобразования его соединены с входами арифметического устройства, выход арифметического устройства соединен с вторым входом узла сравнения и первым входом второго регистра, первые входы вычитающего счетчика, задатчика тока и первого регистра соединены с информационным входом устройства, второй вход вычитающего счетчика соединен с вторым выходом генератора тактовых импульсов, выход вычитающего счетчика подключен к прерывающему выходу устройства, тормозящему входу генерато ра тактовых импульсов, к второму входу узла управления тиристорами и третьему входу арифметического устройства, выход первого регистра подключен к третьему входу узла управления тиристорами, выход второго регистра подключен к информационному выходу устройства, первый вход дещифратора соединен с управляющим входом устройства, а второй вход подключен к синхронизирующему входу устройства, выходы дешифратора подключены к вторым входам первого и второго регистров, задатчика тока и к третьему входу вычи тающего счетчика, третий выход генератора тактовых HMnyj|bcoB подключен к четвертому входу арифметического устройства, к четвертому входу вычитающего счетчика подключена цепь начальной установки устройства в исходное состояние.

С

V

/

Hat/. (/СЛ7.

Фиг.1

Фиг. 2