МНОГОКАНАЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ОБЪЕКТОМ Советский патент 1994 года по МПК G05B19/02 

Изобретение относится к автоматике, в частности к устройствам для автоматического управления линейным индукционным ускорителем заряженных частиц.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей путем расширения класса формируемых команд управления.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства; на фиг. 2 - структурная схема блока контроля; на фиг. 3 - структурная схема блока защиты; на фиг. 4 - принципиальная схема формирователя импульсов; на фиг. 5-7 - временные диаграммы работы блока контроля.

Многоканальное устройство (см. фиг. 1) для управления объектом 1, например, линейный индукционным ускорителем заряженных частиц, содержит первый элемент ИЛИ 2, ключ 3 и в каждом канале управления первый элемент И 4, выходом соединенный с входом формирователя 5 импульсов, выход которого подключен к входу исполнительного органа 6, блок 7 контроля, вторым входом соединенный с выходом датчика 8 обратной связи данного канала управления, и второй элемент ИЛИ 9, выходом соединенный с входом блока 10 защиты данного канала управления, который подключен к соответствующему входу объекта 1. Первый вход элемента И 4 первого канала управления и первый вход элемента И 4 каждого последующего канала управления соединен с выходом элемента ИЛИ 2 и через ключ 3 - с первым входом элемента ИЛИ 9 каждого канала управления. В каждом канале управления блок 7 контроля первым входом подключен к выходу элемента И 4, первым выходом - к второму входу элемента ИЛИ 9 данного канала управления и к соответствующему входу элемента ИЛИ 2, а вторым выходом - к второму входу элемента И 4 последующего канала управления.

Блок 7 контроля (см. фиг. 2) каждого канала управления содержит компараторы верхнего 11 и нижнего 12 уровней, первые входы которых подключены к второму входу блока 7 контроля, а вторые входы - к соответствующим источникам опорного напряжения Uпор.в и Uпор.н, на первый элемент 13 временной задержки, входом подключенный к первому входу блока 7 контроля, второй элемент И 14, первым входом соединенный с выходом элемента 13 временной задержки, а выходом - с вторым выходом блока 7 контроля, третий элемент ИЛИ 15, одним входом соединенный с выходом компаратора 11 верхнего уровня, синхронный D-триггер 16 C-вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ 15, прямой выход - с первым выходом блока 7 контроля, а инверсный выход - с вторым входом элемента И 14, одновибратор 17 и второй элемент 18 временной задержки, входы которых подключены к выходу компаратора 12 нижнего уровня, третий элемент И 19, к входам которого подключены выходы одновибратора 17 и элемента 18 временной задержки, и инвертор 20, вход которого подключен к выходу элемента И 19 и к третьему входу элемента И 14, а выход - к второму входу элемента ИЛИ 15.

Реализация блоков защиты, предназначенных для выполнения операций, обеспечивающих сохранность объекта управления и возможность проведения работ по диагностике и ремонту, определяется составом аппаратуры и оборудования защищаемой части установки. Так, для емкостных накопителей фокусирующей и ускоряющей систем линейного индукционного ускорителя блок 10 защиты (см. фиг. 3) представляет собой электромеханический замыкатель с разрядным резистором 21. Электромагнит 22 замыкателя подключается к напряжению сети через тиристорный оптрон 23, управляющий диод которого через резистор 24 подключен к выходу инвертора 25, вход которого является входом блока 10 защиты. Электромагнит 22 обеспечивает замыкание и размыкание контактов 26 и 27.

Конкретное исполнение формирователей 5 импульсов для различных каналов управления зависит от исполнительного органа 6 данного канала. В случае управления фокусирующей и ускоряющей системами линейного индукционного ускорителя формирователь 5 импульсов (см. фиг. 4) представляет собой высоковольтный разрядник 28 с формирующей кабельной линией, управляемый схемой включения на лавинном транзисторе 29 и повышающем трансформаторе 30.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии ключ 3 (фиг. 1) разомкнут, D-триггер 16 (см. фиг. 2) находится в нулевом состоянии, элемент И 14 открыт по входу, подключенному к инверсному выходу D-триггера 16. На выходе элемента ИЛИ 2 удерживается низкий потенциал, обеспечивающий открытое состояние элемента И 4 по инверсному входу. Низкий потенциал на первом выходе блока 7 контроля и соответственно на выходе элемента ИЛИ 9 через инвертор 25 (см. фиг. 3) и резистор 24 обеспечивает открытое состояние тиристорного оптрона 23 блока 10 защиты, при этом электромагнит 22 удерживает контакты 26 и 27 в разомкнутом состоянии.

При действии на входе устройства для управления сигнала запуска на выходе элемента И 4 первого канала управления появляется сигнал, запускающий формирователь 5 импульсов первого канала, включающий исполнительный орган 6, одновременно сигнал с выхода элемента И 4 поступает на первый вход блока 7 контроля. Сигнал с датчика 8 обратной связи, например пояса Роговского, свидетельствующий о ходе процесса в установке, поступает на второй вход блока 7 контроля и далее на входы компараторов 11 и 12 верхнего и нижнего уровней соответственно. При работе узлов и звеньев ускорителя без нарушений и отклонений сигнал с датчика 8 обратной связи должен в заданный момент времени находиться в заданных пределах по амплитуде. Временные диаграммы блока 7 контроля для случая работы без отклонений приведены на фиг. 5 и с отклонениями в работе узлов и звеньев - на фиг. 6 и 7. При превышении сигналом (фиг. 5) датчика 8 обратной связи значения напряжения нижнего порога (U_пор.н), определяемого напряжением, подаваемым на соответствующий вход компаратора 12, на его выходе появляется сигнал (фиг. 5а), поступающий на вход одновибратора 17. Сигнал (фиг. 5в) с выхода одновибратора 17 блокирует элемент И 19 по соответствующему входу на время t₂, определяемое длительностью импульса одновибратора 17. Длительность импульса t₁ одновибратора устанавливают исходя из обеспечения помехоустойчивости устройства в реальных условиях. Одновибратор 17 блокирует элемент И 19 на время возможных многократных срабатываний компаратора 12 при пересечении сигнала с датчика 8 обратной связи значения напряжения нижнего порога. Вход элемента И 19 разблокируется при устойчивом превышении входным сигналом значения напряжения нижнего порога. По окончании импульса одновибратора 17 элемент И 19 разблокируется и пропускает на выход сигнал, приходящий с выхода компаратора через элемент 18 временной задержки с временем задержки t₂ большим, времени срабатывания одновибратора. Сигнал с выхода элемента И 19 (фиг. 5д) поступает на соответствующий вход элемента И 14. При поступлении сигнала с первого входа блока контроля через элемент 13 временной задержки (фиг. 5е) на соответствующий вход элемента И 14 на втором выходе блока 7 контроля формируется сигнал (фиг. 5л), запускающий через прямой вход элемента И 4 формирователь 5 импульсов следующего канала управления и т.д.

В случае превышения (фиг. 7) сигналом с датчика 8 обратной связи значения напряжения верхнего порога (U_пор.в) на выходе компаратора 11 блока 7 контроля появляется сигнал (фиг. 7б), передним фронтом которого через элемент ИЛИ 15 (фиг. 7ж) D-триггер 16 устанавливается в "1". При этом сигнал (фиг. 7и) с инверсного выхода D-триггера блокирует элемент И 14 по одному из входов, запрещая запуск последующего канала управления. Одновременно сигнал (фиг. 7к) с прямого выхода D-триггера через элемент ИЛИ 9 запускает блок 10 защиты данного канала и через элемент ИЛИ 2 блокирует по инверсному входу элемент И 4 каждого канала управления. В блоке 10 защиты (фиг. 3) сигнал, появляющийся на входе через инвертор 25, вызывает закрытие тиристорного оптрона 23, что приводит к замыканию контактов 26 и 27, обеспечивающих замыкание емкостного накопителя на разрядный резистор 21, а затем на землю.

В случае уменьшения (фиг. 6) входного сигнала до значения ниже напряжения нижнего порога (U_пор.н) сигнал (фиг. 6б) с выхода компаратора 12, поступающий через элемент 18 временной задержки, блокирует вход элемента И 19 и с выхода последнего через инвертор 18 и элемент ИЛИ 15 устанавливает D-триггер в "1". При этом сигнал (фиг. 6и) с инверсного выхода D-триггера блокирует элемент И 14, а сигнал с прямого выхода (фиг. 6к) D-триггера (выход блока 7 контроля) через элемент ИЛИ 9 запускает блок 10 защиты данного канала и через элемент ИЛИ 2 блокирует по инверсному входу элемент И 4 каждого канала управления.

На диаграммах фиг. 5-7 сигнал с датчика 8 обратной связи в заданный момент времени, определяемый положением задержанного входного импульса (фиг. 5-7е), находится в пределах между нижним и верхним пороговыми значениями напряжений, но выходной сигнал, запускающий следующий канал управления (фиг. 5-7л), вырабатывается только при отсутствии нарушений в функционировании объекта.

При замкнутом состоянии ключа 3 работа устройства аналогична описанной, но появление сигнала на первом выходе блока 7 контроля любого канала управления, свидетельствующего об отклонениях в работе объекта 1, через элемент ИЛИ 2, ключ 3 и элемент ИЛИ 9 включает блоки защиты всех каналов управления. Состояние ключа 3 выбирают исходя из характера отдельного вида испытаний (тип исследуемых объектов, исследовательские или зачетные испытания и т.д.) и устанавливают оператором.

В зависимости от характера процессов в одном канале управления может быть установлено несколько датчиков обратной связи и блоков контроля с соответствующим увеличением числа входов элементов ИЛИ 2, ИЛИ 9 и элемента И 4. При этом длительность задержки элемента 13 и значения напряжений верхнего и нижнего порогов, подаваемые на вторые входы компараторов 11 и 12, определяются законом протекания процесса и позицией установки датчика обратной связи, например законом нарастания фокусирующего поля по длине ускорителя.

1. МНОГОКАНАЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ОБЪЕКТОМ, содержащее первый элемент ИЛИ, в каждом канале управления последовательно соединенные элемент И, формирователь импульсов и исполнительный орган, а также датчик обратной связи и блок контроля, а в последнем канале управления - блок защиты, подключенный выходом к соответствующему входу объекта управления, причем инверсные входы элементов И всех каналов управления соединены между собой, выход элемента И в каждом канале управления подключен к первому входу блока контроля, второй вход которого соединен с датчиком обратной связи, первый выход - с соответствующим входом первого элемента ИЛИ, второй выход блока контроля каждого канала управления, кроме последнего, подключен к прямому входу элемента И последующего канала, а прямой вход элемента И первого канала управления соединен с входом запуска устройства, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем расширения класса формируемых команд управления, введены ключ и в каждый канал управления - блок защиты , за исключением последнего канала, а также второй элемент ИЛИ, один из входов которого соединен с первым выходом блока контроля, второй вход через ключ - с выходом первого элемента ИЛИ и с инверсными входами элементов И, выход второго элемента ИЛИ через блок защиты данного канала подключен к соответствующему входу объекта управления. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок контроля каждого канала управления содержит компараторы верхнего и нижнего уровней, первый и второй элементы И, элемент ИЛИ, D - триггер, первый и второй элементы временной задержки, одновибратор и инвертор, причем первые входы компараторов подключены к второму входу блока контроля, соединенного первым входом через первый элемент временной задержки с первым входом первого элемента И, выход которого подключен к второму выходу блока контроля, вторые входы компараторов верхнего и нижнего уровней соединены с соответствующими источниками опорного напряжения, выход компаратора нижнего уровня через одновибратор и второй элемент задержки подключен к входам второго элемента И, выход которого соединен с вторым входом первого элемента И и через инвертор - с первым входом элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к выходу компаратора верхнего уровня, выход элемента ИЛИ соединен с C - входом D - триггера, инверсный выход которого подключен к третьему входу первого элемента И, а прямой выход D - триггера является первым выходом блока контроля.