Многоканальный регулятор Советский патент 1985 года по МПК G05B11/16 

Изобретение относится к металлур гйи и может найти широкое применение при регулировании температуры в многозонных электрических печах. Известен многоканальный регулятор, содержащий измерители рассогласования, подключенные выходами к соответствующим входам дешифратора и к соответствующим сигнальным входам первого коммутатора, соединенного выходом через регулиру1оп(ее устройство с сигнальным входом второго коммутатора, подключенного выходами к входам соответствующих исполнительных механизмов, выходы дешифраторов соединены с соответствующими управляющими входами коммутаторов lj . Известен также многоканальный ре гулятор, содержащий датчики и задатчики, подключенные выходами соответственно через первый и второй коммутаторы к входам регулирующего устройства, соединенного выходом через третий коммутатор с входами запоминающих устройств,подключенных выходами к исполнительным механизма и входам четвертого коммутатора, со единенного вь1ходом с вторым входом релейного элемента, подключенного вторым входом к выходу регулирующег устройства, а выходом через пятый коммутатор - к третьему входу регулирующего устройства, и генератор тактовых импульсов, подключенный выходом через блок управления к управляющим входам всех коммутаторов 2 . Недостатки таких регуляторов низкая динамическая точность, бол:ьшая сложность и невысокая надежнос связанная с наличием большого количества функциональных блоков, подверженньк действию помех. Наиболее близким к ивобретению по технической сущности является многоканальный регулятор, содержащий измерители рассогласования, со единенные выходами с входами соответствующих релейных блоков и соответствующими входами первого комму татора, подключенного выходом чере регулирующее устройство к сигнальному входу второго коммутатора, соединенного выходами через элемен ИЛИ с входами соответствующих испол нительных механизмов, выходы дешифратора соединены с управляющими входами первого, второго коммутаторов, коммутатора настройки и первыми входами элемента И, вторые входы которых подключены к выходам генератора тактовых импульсов, а выходами к вторым входам элементов ИЛИ sj. Известный регулятор характеризуется невысокой динамической точностью. Цель изобретения - повьш1ение динамической точности регулятора. Поставленная цель достигается тем, что в многоканальном регуляторе, содержащем генератор тактовых импульсов, элемент ИЛИ, измерители рассогласования, соединенные выходами с входами соответствующих релейных блоков и с соответствующими сигнальными входами первого коммутатора, подключенного выходом через регулирующее устройство к сигнальному входу второго коммутатора, соединенного выходами с входами соответствующих исполнительных механизмов, выходы релейных блоков череэ дешифратор подключены к соответствующим управляющим входам первого и второго коммутаторов, дополнительно установлены реле времени по числу каналов регулирования, элемент НЕ, первый и второй ключи, высокочастотный генератор и распределитель импульсов, соединенньй входом с выходами первого и второго ключей, а выходами - с соответствующими входами дешифратора, соединенного вьтодами через соответствующие реле времени с входом Пуск генератора тактовых импульсов, поД ключенного выходом к сигнальному входу первого ключа, вькод высокочастотного генератора соединен с сигнальным входом второго ключа, выход элемента ИЛИ подключен к управляющему входу первого ключа и через элемент НЕ,- к управляющему входу второго ключа. На фиг.1 показана функциональная схема резистора, на фиг.2 временные диаграммы, поясняющие работу регулятора. На фиг.1 и 2 приняты следующие обозначения: регулирующее устройство 1, ключевые элементы 2,3 и 4, измерители 5,6 и 7 рассогласования, ключевые элементы 8, 9 и 10, исполнительные механизмы 11, 12 и 13, дешифратор 14, релейные блоки 15, 16 и 17, элементы И 18, 19, 20, генератор

21 тактовых импульсов, высокочастотный генератор 22, первый и второй ключи 23, 24, распределитель 25 импульсов, реле 26, 27, 28 времени, элемент ИЛИ 29, элемент НЕ 30, первый и второй коммутаторы 31, 32, И ,. - выходной сигнал i -го блока, и -сигнал на j -м выходе « -го блока, X -i -ый регулируемый параметр, -ый сигнал задания.

В состав первого коммутатора 31 входят ключевые элементы 2, 3 и 4. В состав второго коммутатора 32 входят ключевые элементы 8, 9 и 10. В состав дешифратора входят элементы И 18, 19, 20.

Многоканальный регулятор работает следующим образом..

Вход регулирующего устройства 1 с помощью ключевых элементов 2,3 и 4 первого коммутатора 31 поочередно подключается к выходам измерителей 5, 6 и 7 рассогласования, а его выход с помощью ключевых элементов 8,9 и 10 второго коммутатора 32 поочередно подключается к входам исполнительных механизмов 11, 12 и 13. При этом ключевые элементы 2,3,4 и 8,9,10 первого и второго коммутаторов 31, 32 замыкаются и размыкаются синхронно по сигналу Лдгическая единица, поступающему с выходов элементов И 18, 19, 20, дешифратора 14. Подключение регулирующего устройства 1 к нужному каналу регулирования происходит избирательно по определенному алгоритму, заданному функциональной структурой данного регулятора (см.фиг.1).

Рассмотрим этот алгоритм. На первые входы элементов И 18, 19, 20 поступают сигналы с выходов релейных блоков,15, 16 и 17, отражающие в двоичном коде соотношение заданной и текущей величин регулируемых параметров X 5, ихп (если U , ToXj,Xrji и требуется подача управляющего воздействия на исполнительный механизм 11, если же ll,, тох, XniH включение 1-го контура регулирования не требуется и т.д.)..

На вторые входы элементов И 18, 19, 20 поступают выходные сигналы распределителя 25 импульсов. Сигнал Логическая единица на выходах элементов И 18, 19, 20 появляется только тогда, когда оба их входных сигнала равны 1. В этом случае разрешается работа соответствующего контура регулятора. При наличии разрешения по регулируемому параметру , во всех каналах (см. фиг.2, интервал 1),,т.е при выполнении условия(/ij U,, 1, работой элементов И 18, 19, 20 управляет распределитель 25 импульсов, представляющий собой кольцевой сдвиговый регистр. В любой момент времени он подает разрешающий сигнал только на один из элементов И 18, 19, 20 При этом на выходе соответствующего элемента И 18, 19, 20 появляется сигнал Логическая единица, который помимо включения ключевых элементов 2 и 8 (3 и 9 или 4 и 10) нужного канала регулирования, включает нужное реле времени 26 (27, 28) и с этого момента времени период следования импульсов генератора 21 тактовых импулсов будет определяться постоянной времени соответствующего реле 26 (или 27 или 28) времени.

Реле 26 (27, 28) времени может быть выполнено в виде интегратора, при подаче на вход которого сигнала Логическая единица его выходное напряжение начинает линейно нарастать, а генератор 21 тактовых импульсов - в виде порогового устройства. При таком выполнении генератора 21 тактовых импульсов и реле 26, 27, 28 времени, выходной сигнал (импульсы) генератора 21 формируется в момент достижения выходным сигналом реле 26 (27, 28) времени некоторого заранее установленного порогового уровня.

Однако в регуляторе допускается применение любой другой известной конструктивной реализации указанных блоков.

Выходной сигнал reHepafopa 21 тактовых импульсов через первый ключ 23 поступает на вход распределителя 25 импульсов, на одном выходе которого формируется логический сигнал 1, который поступает на второй вход соответствующего, например, первого элемента И 18 дешифратора 14, который в свою очередь своим выходным сигкалом открывает ключевые элементы 2 и 8 нужного канала регулирования. На остальных выходах распределителя25 импульсов формируются логические сигналы О, которые, поступая на элементы И 19, 20, вызывают формирование на их выходах логических сигналов О, которые закрывают ключе5пые элементы 3,9 и А,10. Аналогичные процессы происходят в следующих кана лах регулятора. Таким образом, на интервале 1 (см. фиг.2) распределитель 25 импульсов поочередно открывает элементы И 18, 19, 20 на время определяемое соответствующим реле 26, 27, 28 времени. На это же время открываются соответствующие ключевые элементы 2и8, Зи9, 4и 10в каналах регулятора. Когда какой-либо из регулируемых параметров, например второй, превысит заданное значение, на выходе релейного элемента И 19 будет формироваться логический сигнал О независимо от сигнала на втором его входе. Когда сигнал со второго выхода распределителя 25 импульсов поступи на второй вход элемента И 19, на его выходе будет формироваться логический сигнал О (см. интервал 11 на фиг.2). Поступая на управляющие входы ключевых элементов 3 и 9, этот сигнал оставляет их в развернутом состоянии. Кроме того, этот сигнал поступает на второй вход эле мента ИЛИ 29 в тот момент, когда на остальных его входах будут присутствовать логические сигналы О с выходов элементов И 18 и 20. Следовательно, на выходе элемента ИЛИ 29 появится логический сигнал О, который закроет первый клю 23, а через элемент НЕ 30 откроет второй ключ 24, в результате чего к входу распределителя 25 импульсов подключится выход высокочастотного генератора 22. Если частота генератора 21 такто вых импульсов ограничена сверху дин мическими свойствами каналов регули рования, а снизу - допустимой ампли тудой пульсаций регулируемых параметров Xf, , то частота высокочастот ного генератора 22 на несколько порядков вьше и ограничена лишь быстр действием логических элементов, т.е может составлять десятки килогерц и выше. Благодаря этому распределитель 25 импульсов с минимальной задержкой, равной периоду повторения импульсов высокочастотного генерато ра 22, переключается и формирует логизл выходе. Этот сигнал поступает на второй вход следующего элемента 19, вы5зывая срабатывание ключевых элементов 4 и 10. Следующий канал регулятора вступает в работу при отсутствии запрета по регулируемому параметру Хг, этого канала, в противном случае повторяются вышеописанные процессы и включается следующий канал. Таким образом, на интервале II (фиг.2) алгоритм управления заключается в пропуске каналов, которые закрыты сигналом , с соответствующего релейного блока 16. В процессе регулирования возможна ситуация, когда на все каналы поступит запрет по регулируемому параметру, т.е. и,5 (интервал И на фиг.2). В этом случае, независимо от того на какой из элементов И 18, 19, 20 поступит разрешающий сигнал с распределителя 25 импульсов, на выходах их будет сохраняться нулевой сигнал и все каналы регулирования будут разомкнуты вплоть до момента, когда сигнал рассогласования в каком-либо канале не выйдет за зону нечувствительности релейного блока 15 (16 или 17) и на выходе последнего не появится разрешающий сигнал и 15 (или U 16, или И 17 ), равный 1. Как видно из описания принципа действия, регулирующее устройство 1 подключается поочередно-последовательно только к тем каналам управления, в которых в текущий момент времени сигнал рассогласования больше зоны нечувствительности релейных блоков 15, 16 и 17. Данный многоканальньвй регулятор целесообразно использовать при автоматизации относительно медленно протекающих технологических процессов, в частности для регулирования групп электропечей и для управления температурой зон в технологических установках многозвенного нагрева. Регулятор был испытан в производственных условиях в составе технологической установки с четырьмя индукционными нагревателями. В качестве измерителей рассогласования и релейных блоков использовались серийные автоматические потенциометры КСП-ЗМ. При этом пульсации регистрируемых температур не превышали на уровне 1200 С, т.е. динамическая точность регулятора повышалась примерно в три раза. Он обеспечивал бесперебойную работу технологической установки в течение трехмесячных непрерывных технологических циклов. :

Применение предложенной схемы многоканального регулятора позволит существенно упростить его элементную базу и повысить надежность работы за счет исключения сложных айалоговых узлов.

Базовым объектом для предлагаемог6 регулятора является электронная система многоканального импульсного регулирования типа МИР-63, однако отсутствие статических данных, ха-

рактериззпощих надежность базового объекта и предлагаемого устройства, не позволили провести сопоставление количественных показателей нгщежности. Построение предложенного много|канального регулятора в основном на логических элементах в микросхемном исполнении позволяет ожидать повышение надежности на порядок (т.е. в десять раз) по сравнению с базовьо4 объектом. Кроме того, замена анапоговых элементов дискретными в десять раз повысит термрстабильность и помехоустойчивость регулятора.

МНОГОКАНАЛЬНЫЙ РЕГУЛЯТОР, содержащий генератор тактовых импульсов, элемент ИЛИ, измерители рассогласования, соединенные выходами с входами соответствующих релейных блоков и с соответствующими сигнальными входами первого коммутатора, подключенного выходом через регулирующее устройство к сигнальному входу второго коммутатора, соеди- , Г g(. П 1«. - . ненного выходами с входами соответствующих исполнительных механизмов, выходы релейных блоков через дещифратор подключены к соответствующим управляю1цим входам первого и второго коммутаторов, отличающийс я тем, что, с целью повышения динамической точности регулятора, в нем дополнительно установлены реле времени по числу каналов регулирования, элемент НЕ, первый и второй ключи, высокочастотный генератор и распределитель импульсов, соединенный входом с выходами первого и второго ключей, а 19ыходами - с соответствующими входами дешифратора, соединен(Л ного выходами через соответствующие реле времени с входом Пуск генератора тактовых импульсов, подключенного выходом к сигнальному входу первого ключа, выход высокочастотного, генератора соединен с сигнальньм входом второго ключа, выход элемента ИЛИ подключен к управляющему входу первого ключа и через элемент НЕ - к управляющему входу второго Эд ключа. ЁО