Устройство для управления исполнительным органом Советский патент 1986 года по МПК G05B11/01 

Изобретение относится к средствам автоматики и может найти Г1)имене1 ис при управлении кранами магистральных газонрово- дов и т. д.

Цель изобретения - новьинение номе- х()за1ци ценности и надежности устройства.

Па фиг. 1 представлена функциональная схема устройства; на -фиг. 2 -- нринциналь- ная схема нервого варианта вынолнения командного блока; на фиг. 3 - нринциниаль- ная схема нервого варианта вынолнения селектора лпшульсов; на фиг. 4 -- принни- ниальная схема второго варианта вьнкхгне- ния командного блока; на фиг. 5 - нринни- 11иа;1ьная схема второго варианта вьнюлне- ния селектора импульсов; на фиг. 6 -- электрическая схема усилителя мощности; на фиг. 7 -- временные диагра.ммы, поясняющие принцип работы селектора имнульсов, реалнзованного по второму варианту выполнения; на фиг. 8 - принципиальная схема исиолнительного орган а; на фиг. 9 - прин- ниниа.тьная схема блока формирования вы- .ходных сигналов испо.лнительного органа.

Схема содержит командный блок 1, cej:eK- тор 2 импульсов, реле 3 времени, уси;1итсль 4 MOHu-iocTH, исполнительный орган 5, элемент И,ЛИ 6, триггер 7, элементы 8 и 9 задержки, элемент И 10, элемент ИЛИ 11, триггер 12, элемент 13 задержки, формирователь 14 импульсов, элементы 15 и 16 задержки, э:1емент И 17, одновибратор 18, элемент 19 задержки, одновибратор 20, э.ле- мепт ИЛИ 21, элемент 22 задержк и, элемент НЕ 23, эле. 1е1гг И 24, элемент 2.5 задержки, элемеит НЕ 26, элемент И 27, иеточ1н-1к 28 постоянного но, 1ожительного напряжения, замыкаюп1,ие контакты 29, обн;ую inniiy 30, источник 31 ностоянного положительного напряжения, резисторы 32 и 33, замыкающие контакты 34. обп1ую 1пину 35, источник 36 постоянного положительного напряжения, резистор 37, стабилитроны 38-40, резисторы 4 и 42, транзистор 43, общую нишу 44, источник 45 ностоянного ноложительного 1анряжения, обмотку 46 исполпите.лыюго органа, газопровод 47, обмотки 48 и 49 соленоида, стержни 50 и 51 соленоида, пружины 52 и 53, опоры 54 и 55, размыкаюпхие контакты 56 и 57, источник 58 ностоянного ноложительного напряжения, замыкаю цие контакты 59 и 60, резисторы 61 и 62, общую Н1ину 63, резисторы 64 и 65, U i - на 1ряже- ние на выходе /-го блока.

Время задержки t, реле 3 времени устанавливается равным длительности процесса трогания исно,лнительного органа 5.

Командный блок 1 нредпазначеп для выработки сигналов вк.лючения испо, 1нитель- ного органа 5. На фи1 2 нриведен первый пример вынолнения командного блока 1, вырабатывающего сигнал в виде и.мнульса, д,лительность которого онределяется временем работы исполнительного органа 5. Командный блок 1 но нервому варианту выполнения (фиг. 2) содержит источник

0

0

5

0

0

5

0

5

28 НОСТОЯННОГО ноложительного напряжения, резисторы 64 и 65, замыкающие кон- такт1э1 30, первый вывод которых соединен с первым ЗЫ1ЮДОМ резистора 64 и с источником 28 постоянного лоложительного напряжения, элемент ИЛИ 6, первый вход которого является входом командн ого блока 1, триггер 7, инфор.мацио1;ный D вход которого соединен с вторы.м выводом резистора 64, а тактовый С-вход соединен с вторым выводом за- мыкаюншх контактов 29 и с вторым выводо.м резистора 65, второй вывод которого подключен к общей 30, элемент 8 задержки, вход которого соединен с выходом триггера 7, к входу сброса R которого подключен выход элемента ИЛИ 6, второй вход которого соединен с выходом эле.мента 8 задержки. 15ыход триггера 7 является выходом командного блока 1. Триггер 7 по тактовому С-входу работает от передних фронтов импульсов, ностунаюнщх на этот вход. Величина задержки т элемента 8 задержки выбирается на 10--20% больще времени работы 1 раб исполнительного органа 5.

Селектор 2 и.мпульсов предназначен для выделения сигнала унрав.ления и подавления г.омех. Схема селектора 2 импульсов строится исходя из вида сигнала унравле- ния, выдаваемого командным блоком 1 и характеристик но.мех, действуюншх в цепях передачи сигнала управ.ления от командно- 14) блока 1 к иснолнительному органу 5. На фиг. 3 приведен первый пример вынолнения селектора имнульсов 2 для случая, когда командный блок 1 выдает сигнал управления в виде импульса, длительность которого онре.целяется временем работы исполнительного органа 5, а в пенях передачи сигнала унрав.ления действуют то.лько одиночные помехи, длительность которых меньще величины / „. В этом случае селектор 2 имнульсов содержит элемент 9 задержки и элемент И 10, первый вход которого соедине с входом эле.мента 9 задержки, выход которого нодклю- чен л второму входу элеме гга и 10, выход которого является выходом селектора 2.

Величина времени задержки тд элемента 9 зал.ержки устанавливасл ся paBHoii или больще величины /,,.

На фиг. 4 приведен второй пример выпол- нения командного блока 1, вырабатываю- inero сиг нал у11)авления в виде серий импульсов, сдвинутых во времени один отно- ситесЛьно другого, длительность каждой из которьгх онреде,яется временем работы ие- нолрнлте.лыюг о органа 5.

Комсл;д 1ый блок 1 в этом с.лучае содержит резисторы 32 и 33 замыкающи-е контак- лъ1 34, первый вывод которых соединен с первым вьщодом резиетора 32 и с источнико.м 31 ностояиного положите.льного напряжения элемент ИЛИ II, первый вход которого яв- ляел с входом ко.1андно1Ч) блока 1, триггер 12, информационный Д-вход которого соединен с втопым выводом резистора 32, а тактовый С-вход - с вл орьгм р.ыводом замыкающи.х контактов 34 и с вторым выводом резистора 33, второй вывод которого подключен к общей шине 35, элемент 13 задерж - ки, выход которого соединен с вторым входом элемента ИЛИ 11, выход которого подключен к входу сброса У -триггера 12, формирователь 14 импульсов, вход которого соединен с входом элемента 13 задержки и с выходом триггера 12, элемент 15 задержки, вход которого соединен с выходом формирователя 14 импульсов, причем выходы формирователя 14 импульсов и элемента 15 задержки являются соответственно первым и вторым выходами командного блока 1. Триггер 12 по тактовому S-входу работает от передних фронтов импульсов, поступающих на этот вход. Величина времени за- держки пз элемента 13 выбирается на 10- 20% больше времени работы /раб. исполнительного органа 5.

Величина времени задержки TIS элемента 15 устанавливается равной времени сдан- га между импульсами последовательностей.

На фиг. 5 приведен второй пример выполнения селектора импульсов 2 для случая, когда командный блок 1 выдает сигнал управления в виде двух сдвинутых во времени серий импульсов, длительность каждой из которых определяется величиной /pafl., а в цепях передачи сигнала управления действуют только одиночные импульсные помехи. В этом случае селектор 2 импульсов содержит элемент 16 задержки, вход которого является первым входом селекто- ра 2, на который подается основная серия входных импульсов, элемент И 17, первый вход которого соединен с выходом элемента 16 задержки, а второй вход является вторы.м входом селектора 2 импульсов, на который подключается сдвинутая во вре.мени серия входных импульсов, одновибратор 18, вход которого соединен с выходом элемента И 17, элемент 19 задержки, одновибратор 20, к входу которого подключен выход элемента 19 задержки, элемент ИЛИ 21, пер- вый вход которого соединен с выходом одно- вибратора 18 и с входом элемента 19 задержки, выход одновибратори 20 подключен к второму входу элемента ИЛИ 21, выход которого является выходом селектора 2 импульсов.

Величина времени задержки Т|6 элемен- та 16 задержки устанавливается равной величине сдвига между сериями импульсов, выдаваемыми командным блоком 1 1.

Длительность импульсов t, выдавае.мых одновибраторами 18 и 20, выбирается равной 0,6-0,7 Т, где Т - период импульсов серий, т. е. период импульсов формирователя 14 импульсов командного блока 1 (фиг. 4). Величина времени задержки TIQ элемента 19 задержки выбирается равной 0,5 Т.

Усилитель 4 мощности (фиг. 6) содер- жит источник 36 постоянного положительного напряжения (источник питания устройства управления), резистор 37, первый

вывод которого соединен с первым полюсом источником 36 постоянного положительного напряжения, стаби.читрон 39. второй вывод которого является вторым входо.м усилителя 4 Monj,ii(;CTii, стабилитрон 38. первьп вывод которого соединеь: с вторым выводом резистора 37 и является первым входом усилителя 4 мощности, стабилитрон 40, резистор 41; транзистор 43, база которого соединена с первыми вывода.ми резистора 41, стабилитронов 39 и 40 и с вторым выводом стабилитрона 38, коллектор транзистора 43 является выходом усилителя 4 мощности, резистор 42, к первому выводу которого подключен эмиттер транзистора 43, второй вывод стабилитрона 40 соединен с вторыми выводами резисторов 41 и 42 и с общей щиной 44. На чертеже фиг. 6 показано подключение вывода усилителя 4 мощности к обмотке 46 исполнительного органа 5 (исполнительный орган питается от другого источника 45 постоянного положительного напряжения).

Командный блок 1 по первому варианту выполнения (фиг. 2) работает следующим образом.

В исходном состоянии триггер 7 находится в нулевом положении, замыкающие контакты 29 разомкнуты.

При замыкании замыкающих контактов 29 на тактовом входе триггера 7 появляется единичный сигнал, по переднему фронту которого триггер 7 устанавливается в единичное по, ожение. Сигнал с единичного выхода триггера 7 запускает элемент 8 задержки и поступает на выход командного блока 1 в качестве сигнала управления. При появлении сигнала на входе командного блока 1 (это сигнал об окончании работы исполнительного органа 5) триггер 7 устанавливается в нулевое положение через элемент ИЛИ 6. Снимается сигнал с выхода командного блока 1. В том случае, если по какой- либо причине исполнительный орган 5 не окончит работу в течение установлен юго времени tp«&. , то через время TS на выходе элемента 8 задержки появляется сигнал, который через элемент ИЛИ 6 устанавливает триггер 7 в нулевое положение и этим прекращает выдачу сигнала управления на выходе командного блока 1.

Командный блок 1 по второму варианту выполнения (фиг. 4) работает следую цим образом.

В исходном положении триггер 12 находится в нулевом положении, замыкающие контакты 34 разомкнуты, формировате, 1ь 14 импульсов заторможен и не выдает импульсы.

При замыкании замыкающих контактов 34 на тактовом входе триггера 12 появляется единичный сигна., по переднему фронту которого триггера 12 устанав, 1ивается и единичное положение. Сиг нал с единичного выхода триггера 12 запускает элемент 13 задержки и разрен1ает работу формирователя 14 импульсов, который начинает выдавать импульсы на первый выход командного блока 1 и на вход элемента 15 задержки С выхода последнего последовательность- импульсов, сдвинутая на время т , поступает на второй выход командного блока 1. В момент появления сигнала на входе командного блока 1 (это сигнал об Окончании работы исполнительного органа 5) триггер 12 устанавливается в нулевое положение через элемент ИЛИ 11. При исчезновении сигнала на единичном выходе триггера 12 формирователь 14 импульсов затормаживается и прекраш,ает выдачу импульсов. На выходах командного блока 1 оканчивается импульсные последовательности (сигнал управления. Если по какой-либо причине исполнитель- ный орган 5 не окончит работу в течение установленного времени tp,6, то через время Т|з на выходе элемента 13 задержки появляется сигнал, который через элемент ИЛИ 11 устанавливает триггер 12 в нулевое положение, формирователь 14 импульсов затормаживается и прекращает выдачу импульсов. На выходах командного блока 1 оканчиваются импульсные последовательности (сигнал управления).

Селектор 2 импульсов по первому ва- рианту выполнения (фиг. 3) работает следующим образом.

При появлении импульса на входе селектора 2 импульсов подготавливается к открытию элемент И 10 и запускается элемент 9 задержки. Если на вход селектора 2 импуль- сов поступил сигнал управления, длительность импульса которого намного превосходит время задержки тд элемента 9 задержки, то в момент появления импульса на выходе элемента 9 задержки срабатывает элемент И 10 и на выходе селектора 2 импуль- сов появляется сигнал. Если на вход селектора 2 поступила помеха, длительность которой мерньше тд, то к моменту появления импульса на выходе элемента 9 задержки на первом входе элемента И 10 уже отсутствует импульс и элемент и 10 не срабатывает, т. е. одиночные импульсы, имеющие длительность меньще тд, появляются селектором 2 импульсов.

Селектор 2 импульсов по второму варианту выполнения (фиг. 5) работает следующим образом.

Импульсы основной последовательности, поступающие на первый вход селектора 2 импульсов, задерживаются элементом 16 задержки на время сдвига между импульсными последовательностями и поступают с выхода элемента 16 задержки на первый вход элемента И 17, на второй вход которого поступают импульсы сдвинутой во времени последовательности. Если импульсы, поступающие на входы селектора 2 импульсов, являются сигналом управления, то про- исходит совпадение во времени импульсов на входах элемента И 17, который срабатывает и каждый импульс с его выхода 3anv

10 15

5

0 5

j

0 5

0

екает одновибратор 18. Одновибратор 18 выдает импульс длительностью i, одновременно запускается элемент 19 задержки. Через время задержки TIQ импульс с выхода элемента 19 задержки запускает одновибратор 20, который также выдает импульс длительностью /1. Импульсы с выходов одновибра- торов 18 и 20 поступают через элемент ИЛИ 21 на выход селектора 2 импульсов.

При поступлении следующих пар импульсов на входы селектора 2 импульсов он работает аналогично. При поступлении каждой пары импульсов сигнала управления на выходе селектора 2 импульсов формируется импульс длительностью t 1,1 -1,2 Т. Так как эта длительность больще периода импульсов сигнала управления, то на выходе селектора 2 импульсов будет формироваться непрерывный сигнал. В мо.мент окончания импульсных последовательностей оканчивается и сигнал на выходе селектора импульсов 2 с задержкой на время 1,1 -1,2 Т. При поступлении на какой-либо вход одиночного импульса-помехи элемент И 17 не срабатывает и на выход селектора 2 импульсов не выдаются сигналы. Работа этого варианта выполнения селектора 2 импульсов иллюстрируется временными диаграммами, приведенными на фиг. 7.

Усилитель мощности (фиг. 6) работает следуюпшм образом.

В исходном состоянии на первый вход усилителя 4 мощности подается сигнал , а на второй вход . Стабилитрон 38 закрыт, так как величины сигнала Un,, недостаточно, чтобы открыть его ни по цепи стабилитрон 38 - стабилитрон 40 - общая тина 44, ни по цепи стабилитрон 38 - стабилитрон 39. Транзистор 43 закрыт и ток через обмотку 45 исполнительного органа 5 близок к нулю.

При появлении сигнала 62 1 на перво.м входе срабатывает цепочка стабилитрон 38- стабилитрон 40 - общзя шина 41 и на базу транзистора 43 подается напряжение срабатывания стабилитрона 40. Транзистор 43 открывается и через обмотку 45 исполнительного органа 5 начинает протекать ток тро- гания исполнительного органа 5. При появлении после этого сигнала срабатывает цепочка стабилитрон 38 - стабилитрон 39, потому что напряжение стабилизации стабилитрона 39 выбирается меньще напряжения стабилизации стабилитрона 40. На базе транзистора 43 устанавливается мень- щее напряжение, так как стабилитрон 40 выходит из режима стабилизации. Сопротивление транзистора 43 возрастает и ток через обмотку 45 исполнительного органа 5 уменьшается, т. е. через обмотку 45 исполнительного органа 5 протекает ток поддержания.

При коротком замыкании в цепях исполнительного органа 5, когда на коллектор транзистора 43 попадает напряжение питания исполнительного органа 5, усилитель 4 мощности не выходит из строя, потому что, с одной стороны, ток через транзистор 43 ограничен резистором 42, а с другой стороны, в этом случае транзистор 43 начинает закрываться.

Устройство для управления исполнительным органом работает следующим образом.

В исходном состоянии на выходах командного блока 1, на выходе селектора 2 импульсов и на выходе реле 3 времени отсутствуют

ган 5 обесточивается, устройство возвращается в исходное состояние.

Появляющиеся в цепях передачи сигнала управления помехи, не соответствующие установленным критериям селекции, подавляются селектором 2 импульсов и не приводят к самопроизвольным переключениям исполнительного органа.

Введение селектора 2 импульсов-и новых связей отличает предлагаемое устройство от

сигналы. Исполнительный орган 5 обесто- 10 известного, так как устройство не реагирует на помехи и более надежно при работе потому, что исполнительный орган большую часть времени переключения работает при пониженном токе, а также потому, что короткое замыкание в цепях исполнительного органа не приводит к выходу из строя устройства. Кроме того, уменьщается расход электроэнергии на перевод исполнительного органа из одного положения в другое, что особенно существенно для управления

чен.

Сигнал управления, вырабатываемый командным блоком 1, при замыкании замыкающих контактов 29 (или 34) поступает на вход селектора 2 импульсов, который анализирует сигнал по установленным признакам (допустим по длительности), и, если этот сигнал соответствует установленным критериям, то на выходе селектора 2 импульсов появляется сигнал, запускающий реле

15

ленных районах.

Формула изобретения

3 времени и поступающий на первый вход п исполнительными органами компрессорных усилителя 4 мощности. Последний подает встанций газопроводов, расположенных в удаисполнительный орган 5 ток трогания. По истечении времени трогания появляется сигнал на выходе реле времени 3 и усилитель 4 мощности переключается в режим обеспечения тока поддержания. Таким образом, 25 Устройство для управления исполнитель- дальнейщая работа исполнительного орга-ным органом, содержащее реле времени и

на 5 протекает при меньщем токе. В момент окончания работы исполнительного органа 5 на его выходе появляется сигнал и на выходах командного блока 1 исчезает сигнал

последовательно соединенные усилитель мощности, исполнительный орган и командный блок, отличающееся тем, что, целью повышения помехозащищенности и надежности

управления, вследствие этого исчезает сиг-30 устройства, в нем установлен селектор имнал на выходе селектора 2 импульсов и напульсов, соединенный входом с выходом ковыходе реле 3 времени (реле 3 времени вы-мандного блока, а выходом - с первым вхополняется по такой схеме, чтобы при исчезно-дом усилителя мощности и через реле вревении сигнала на его входе исчезал бы сиг-мени - с вторым входом усилителя мощнонал и на его выходе) и исполнительный ор-сти.

ган 5 обесточивается, устройство возвращается в исходное состояние.

Появляющиеся в цепях передачи сигнала управления помехи, не соответствующие установленным критериям селекции, подавляются селектором 2 импульсов и не приводят к самопроизвольным переключениям исполнительного органа.

Введение селектора 2 импульсов-и новых связей отличает предлагаемое устройство от

известного, так как устройство не реагирует на помехи и более надежно при работе потому, что исполнительный орган большую часть времени переключения работает при пониженном токе, а также потому, что короткое замыкание в цепях исполнительного органа не приводит к выходу из строя устройства. Кроме того, уменьщается расход электроэнергии на перевод исполнительного органа из одного положения в другое, что особенно существенно для управления

10

15

ленных районах.

Формула изобретения

Устройство для управления ис ным органом, содержащее реле

последовательно соединенные усилитель мощности, исполнительный орган и командный блок, отличающееся тем, что, целью повышения помехозащищенности и надежности

Изобретение относится к средствам автоматики и может найти широкое применение при управлении магистральными газопроводами. В устройстве решаются задачи разделения полезного сигнала и помехи и разделения режимов трогания и поддержания электромагнитного исполнительного органа типа соленоида. В процессе работы оператор, замыкая контакты командного блока, формирует на его выходе управляющий сигнал. Этот сигнал поступает на вход селектора импульсов, который осуш,ествляет разделение полезного сигнала и помехи. Выходной сигнал селектора поступает на первый вход усилители мощности и на вход реле времени, выходной сигнал которого поступает на второй вход усилителя мощности. Выходной сигнал усилителя мощности воздействует на исполнительный орган, который открывает клапан в магистральном газопроводе. При полностью открытом клапане срабатывают концевые выключатели исполнительного органа и подают сигнал на вход командного блока. Последний прекращает формирование управляющего сигнала. 9 ил. 8 (Л to ю х to tc

фиг.г

Вылод

Фиг.З

зг

5±дход

оJJCZD

3

J

/

р

9 h-H 1

/J

1

Bbij(odZ О

15

Фиг.

Bxodi О-

Вход2 С-

Фиг. 5

ни

/

Выход О

. 6

Отборное отберстбие

Газопровод

фиг. 7

npuBodi/ 7аНа °

К «ран

/г устройству управления исполнительным органам

Фиг.8

7

f nuffody крана

J

55

фиг. 9

Q 0 сигj r пализации

A командному

} блоки coo mSem- стоующего у строй cm 6a длл упра ленил исполнитепь- fify/M органом