Устройство для управления процессом смешения жидких продуктов Советский патент 1986 года по МПК G05D11/13 

1C

ю

оо

Изобретение относится к системам управления и регулирования соотношений компонентов и может быть использовано в различных отраслях промышленности, например в нефтеперерабатывающей промышленности.

Цель изобретения - повышение точности устройства и рас11 ирение его области применения за счет обеспечения управления широким классом технологических объектов.

На фиг. I представлена структурная схема устройства; на фиг. 2 - второй синхронизатор; на фиг. 3 и 4 - схемы преобразователей текущего расхода в код и интегрального расхода в код соответственно; на фиг. 5 - формирователь управляющих сигналов; на фиг. 6 - блок, синхроимпульсов; на фиг. 7 - алгоритм работы устройства; на фиг. 8 - диаграммы, поясняющие работу устройства.

Устройство состоит из датчиков расхода {не показаны), блока 1 сопряжения, блока 2 синхроимпульсов, блока 3 вычисления и опроса, информационной шины 4, блока 5 параллельного обмена, формирователя 6 управляющих сигналов, первого регистра 7, блока 8 ввода данных, первого синхронизатора 9, регистра 10 данных, мультиплексора 11 адреса и данных, второго регистра 12, дешифратора 13, цифроаиалогового преобразователя 14, блока 15 перепрограммируемой памяти и исполнительных механизмов (не показаны).

Блок 1 сопряжения состоит из N каналов 16|I6N преобразования, где N - число

смешиваемых компонентов, мультиплексора 17 каналов и элемента ИЛИ 18. Каждый из каналов 16 преобразования содержит второй синхронизатор 19, преобразователь 20 текущего расхода в код, преобразователь 21 интегрального расхода в код, мультиплексор 22.

Второй синхронизатор 19 (фиг. 2) состоит из формирователя 23 сигналов с датчика расхода, генератора 24 одиночных импульсов,элементов И 25-27.

Преобразователь 20 (фиг. 3) состоит из двоичного счетчика 28, триггера 29, элемен. тов И 30-33, первого формирователя 34, двоично-десятичного счетчика 35, умножителя 36 частоты, второго формирователя 37 кода.

Преобразователь 21 (фиг. 4) состоит из двоично-десятичного реверсивного счетчика 38, формирователя 39 кода, триггеров 40- 42, элементов И-НЕ 43-48, элементов НЕ 49 и 50, двоичного счетчика 51.

Формирователь 6 управляющих сигналов (фиг. 5) состоит из счетчика 52, триггера 53, усилителя 54 нагрузоспособности, элементов И-НЕ 55-62, элементов НЕ 63- 65.

Блок 2 (фиг. 6) синхроимпульсов состоит, из стабилизированного генератора 66 импульсов, формирователей 67 и 68 синхроимпульсов, каждый из которых содержит соответственно двоично-десятичные счетчики 69, дешифраторы 7070 и из двоично-десятичных счетчиков 71 - 74, элемента И 75, элемента И - НЕ 76, формирователя 77 сигнала запуска, триггера 78 сигнала запрета, формирователя 79 сигнала прерывания, формирователя 80 начала цикла. Первый синхронизатор 9 имеет такую же структуру, как и синхронизатор 19.

Устройство работает в режиме ввода исходных данных и в режиме смещения. Работа устройства синхронизируется блоком 2 синхроимпульсов, который формирует следующие сигналы и импульсы на выходах:

в - сигнал запрета прохождения промасщтабированного сигнала на вход счетчика значения величины интегрального расхода; с -- (фиг. I), Ci,...,C5 (фиг. 6) - импульсы с частотой следования, равной

0 , для синхронизации работы всех каналов; d - сигнал разрешения считывания кода значения текущего расхода; / - сигнал начала цикла преобразования; g - (фиг. Г),

(фиг. 6) - импульсы с частотой

следования; равной , для синхрониза5 ции работы первого синхронизатора 9 и блока 8 ввода данных; Л - импульсы с частотой следования, равной l(f, для формирования сигнала прерывания.

Указанные сигналы и импульсы формируются из импульсов, генерируемых стабилизированным генератором 66 с частотой следования, равной 10 где к - целое число, определяемое уровнем быстродействия блока I. Импульсы с задающего генератора 66 поступают на счетчики 60, 71, 69, 72-74,

- включенные последовательно. На четвертом выходе каждого из указанных счетчиков формируются импульсы с частотой в десять раз меньшей, чем на входе.

В дешифраторах 70 и 70 формируются две последовательности импульсов. Одна поступает на выходы Ci,..., €5 блока 2, другая - на выходы gi,..., блока 2. В каждой последовательности импульсы следуют один за другим с временным сдвигом.

По совпадению сигналов на входах элемента И 75 срабатывает формирователь 77, сигнал с которого устанавливает триггер 78 в единичное состояние.

По совпадению сигналов на входах элемента И-НЕ 76 триггер 78 устанавливает0 ся в нулевое состояние. Сигнал прерывания на выходе Л формируется по переднему фронту сигнала на выходе d формирователем 79.

Сигнал начала цикла на выходе е формируется по заднему фронту сигнала на 5 выходе d формирователем 80 (фиг. 8). В режиме ввода исходнь1х данных с первого выхода блока 8 ввода данных на второй вход первого синхронизатора 9 поступает

импульс длительностью больше двух периодов частоты следования, равной 10 импульсов, с выхода 1 блока 2.

При наличии этого импульса по импульсам с выходов ,...,йг блока 2 на выходах первого синхронизатора 9 формируется последовательность сдвинутых по времени импульсов, которые совместно с импульсами с выходов gi,..., gr, блока 2 управляют работой блока 8 ввода данных.

В режиме ввода исходных данных с блока 8 цифровые значения параметров: номер канала N, количество приготовляемого продукта, производительность П и процентное содержание а -компонента, вводятся в память блока 3 вычисления и опроса и хранятся в ней до конца смешения.

Во втором регистре 12 по входу формируется код адреса параметра (код канала, код параметра, код ввода), в регистре 10 данных по входу код данных параметра, код алТреса и данных соответственно поступают на второй и первый входы мультиплексора 11.

По сигналу прерывания с выхода h блока 2 и блок 3 вычисления и опроса обрабатывает программу прерывания и переходит к вводу по опросу наличия сигнала «Требование Б на третьем входе блока 5, Для этого блок 3 на первом и втором выходах блока 5 формирует код сигнала «Конец опроса и сигнал «Вывод данных соответственно.

По сигналу «Вывод данных в формирователе 6 (фиг. 5) на выходе усилителя 54 нагрузоспособностн формируется сигнал разрешения записи в двоичном коде сигнала «Конец опроса, поступающий на второй вход первого регистра 7. Счетчик 52 и триггер 53 находятся в нулевом состоянии. Двоичный код 1000 сигнала «Конец опроса с третьего кодового выхода первого регистра 7 поступает на входы элементов 58, 63, 57 и 56 соответственно.

По «1 кода «1000 на первом входе элемента 58 и по сигналу «Обмен с третьего выхода блока 8 ввода данных на втором входе и на прямом выходе триггера 53 формируется сигнал «Требование Б.

По этому сигналу на выходах элементов И-НЕ 56 и 57 фиксируется единичное состояние (разрешающий потенциал на вторых входах элементов И - НЕ 61 и 62). На третьем выходе блока 5 формируется сигнал «Ввод данных. Счетчик 52 устанавливается в единичное состояние и на выходах элементов И - НЕ 62 и 61 формируется соответственно код «10. По коду «10 на выходе мультиплексора 11 устанавливается код с второго входа мультиплексора 11.

По опросу блока 3 с второго входа блока 5 код адреса вводимого параметра записывается в память блока 3 через б,пок 5 и информационную шину 4.

После расшифровки адреса па В1)1ходс блока 5 формируется второй сигнал «Ввод данных и счетчик 52 устанав.чипается в нулевое состояние.

На первом входе мультиплексора 11 устанавливается код «01 и разрешается установка кода данных с первого входа мультиплексора 1 1 на его выходе. Данные вводимого параметра записываются в память блока 3.

0 В режиме смешения частотные сигналы с датчиков расхода, соответствующие расходу компонентов, поступают на соответствующие входы aiаи блока 1.

В каналах l6N блока 1 формируются

5 коды ветичин текущих и интегральных расходов. При этом на вход синхронизатора 19 каждого из каналов 16 с блока 2 поступают сигналы с выходов Ci,...,C5 блока 2. Эти же сигналы поступают также на преобразователи 20 и 21.

0 Преобразование величины текуп1его расхода компонентов в код в преобразователе 20 осуществляется следующим образом. С поступлением сигнала с датчика расхода на вход синхронизатора 19 в формирователе 23 формируется сигнал по уровню и длительности. Сигнал с формирователя 23 длительностью больше двух периодов частоты синхроимпульсов с выхода Ci блока 2 поступает на первый вход генератора 24 одиночных импульсов, на второй и третий

0 входы которого поступают соответственно синхроимпульсы с выходов С-2 и С| блока 2. При совпадении синхроимпульса Ci с входным сигналом на выходе генератора 24 формируется начало сигнала по переднему фронту синхроимпульса с выхода С2 блока

2 и конец сигнала по переднему фронту следующего синхроимпульса с выхода С2. По совпадению сигнала с выхода генератора 24 с синхроимпульсами с выходов Сз, С и Cs блока 2 в синхронизаторе 19 формируется последовательность импульсов, следуюШ.ИХ один за другим с временным сдвигом, поступающих на соответствующие выходы г г Ьинхронизатора 19.

При наличии сигнала начала цикла на выходе е блока 2 на счетчике 28 преобразователя 20 устанавливается нулевое значение при наличии разрешающего потенциала с инверсного выхода триггера 29 на первом входе элемента И 30. По заднему фронту этого сигнала с выхода формирователя 34 триггер 29 устанавливается в единичное

состояние. Подается разрешение на прохождение входных частотных сигналов с выхода С| блока 2 на вычитающий вход счетчика 35 через элемент И 31 и на прохождение частотных сигналов с умножителя 36 частоты на суммирующий вход счетчика 38 через

5 элемент И 32.

В счетчик 35 предварите-тьно записывается параллельный код значения времени преобразования. При наличии нулевого кода

в счетчике 35 и синхроимпульса на выходе Ci блока 2 на выходе счетчика 35 формируется сигнал, по которому происходит сброс триггера 29 в нулевое состояние и снова запись кода значения времени преобразования в счетчик 35 формирователем 37.

Прохождение синхроимпульсов с выхода Ci блока 2 и сигнала с выхода умножителя 36 частоты через элементы 31 и 32 блокируется до прихода очередного сигнала с выходе е блока 2. В счетчике 28 устанавливается двоичный код значения текущего расхода компонента.

Частотный сигнал с выхода гсинхроннзатора 19 поступает на первый вход умножителя 36 частоты..

Синхроимпульсы с выходов С| и С блока 2 совместно с импульсами ги г снн хррнизатора 19 обеспечивают управление умножителем 36 частоты. В нем частота умножается на-т (величина m определяется быстродействием элементов, на которых построен умножитель 36, и частотным диапазоном датчиков расхода).

На выходе умножителя 36 формируется частота

fg mfg, где fg - частота сигналов с датчика расхода;

m- коэффициент умножения частоты.

В счетчике 28 формируется код значения текущего расхода в п цикле за пТ+Тц :

1Т4Т„«Т«Т«р

1т jmfgjdt mUgjdt,

itTfflt

где 1m -- текущее значение расхода; Т - время одного цикла; Тпр- время преобразования; fgj-частота сигнала с j датчика расхода Оптимальное значение m 10 определяется быстродействием существующих логических элементов и максимальной часто.той сигналов с датчиком расхода. Тогда

.

U lO fgjdt.иТ

При времени преобразования в канале больше одного цикла происходит сброс счетчика 28 в конце того цикла, при котором кончилось время преобразования.

Преобразование интегрального расхода компонентов в код в преобразователе 21 осуществляется следующим образом.

Сигнал с выхода г синхронизатора 19 поступает на вычитающий вход счетчика 38 преобразователя 21, который уменьшает код счетчика на единицу. При нулевом коде в счетчике 38 этот сигнал формирует выходной сигнал счетчика, по которому записывается новое значение масштабирующего коэффициента в счетчик формирователем 39. Сигналом с выхода счетчика 38 триггер 40 устанавливается в единицу.

На первых входах элементов 43 и 44 устанавливается разрещающнй потенциал.

При отсутствии сигнала на выходе В блока 2 на втором входе элемента 43 имеется разрешающий потенциал с выхода элемента 49, на втором входе элемента 44 - запрещающий. Элемент 43 формирует инверсный сигнал, поступающий через элемент 45 с инверсией на вход счетчика 51.

При наличии сигнала на выходе В блока 2 на втором входе элемента 43 появляется запрет, на втором входе элемента 44 разрешение и на первом входе элемента 46 запрет.

При наличии сигнала на выходе триггера 40 триггер 41 устанавливается в единицу. С прекращением действия сигнала на выходе В блока 2 появляется разрешение

на первом входе элемента 46. По синхроимпульсу на выходе счетчика С4 блока 2 триггер 42 устанавливается в единичное состояние.

По синхроимпульсу на выходе Cs блока

Q 2 на счетчик 51 поступает сигнал через элементы 47 и 45 с двойной инверсией. По сигналу на выходе Ci блока 2 триггер 40 устанавливается в нулевое состояние сигналом с выхода элемента 50. С выхода элемента 48 устанавливаются в исходное со5 стояние триггеры 41 и 42. Прохождение сигнала разрешается через элементы 43 и 45 в счетчик 51.

В счетчике 51 промасштабированный интегральный расход накапливается при отсутствии сигнала запрета на выходе .В блока 2.

0 Для надежной работы блока 2 считывание интегрального расхода производится во время действия сигнала запрета на входе. В этом случае отсутствует совпадение смены кода в счетчике 51 от входного сигнала и считывание кода со счетчика 51.

5 С выходов преобразователей 20 и 21 коды величины текущего и интегрального расходов поступают на мультиплексоры 22.

Код величины текущего расхода хранится в преобразователе 20 опрашивается при наличии сигнала «Готов на выходе f преобразователя 20 и кода параметра текущего расхода с выхода m первого регистра адреса 7 по сигналу на выходе О дешифратора 13 опрашиваемого канала. После опроса код величины текущего расхода в

5 преобразователе 20 обнуляется.

Код величины интегрального расхода накапливается в преобразователе 21 все время смешения и опрашивается в каждом цикле во время действия сигнала в с блока 2.

Q Во время смешения в каждом цикле по сигналу прерывания блок 3 обрабатывает программу прерывания и переходит к опросу значений коэффициентов закона регулирования (коды значений коэффициентов закона регулирования устанавливаются в мульти5 плексорах 22 каналов). Для этого блок 3 формирует сигнал «Вывод данных и код адреса (код канала 16, код коэффициентов и код «till разрешения коммутации выхода мультиплексора 17 каналов на выход мультиплексора 11 адреса и данных). По разрешению на первом выходе формирователя 6 код адреса записывается в перЬый региЬтр 7. Инверсией сигнала с выхода элемента НЕ 63 счетчик 52 и триггер 53 устанавливаются в нулевое состояние (фиг. 5). На вторых входах элементов И-НЕ 57 и 56 появляются разрешающие потенциалы. Код «11 с первых входов этих элементов передается на выхэды элементов И - НЕ 62 и 61, так как на вторых их входах устанавливаются нулевые потенциалы с элементов 57 и 56. По коду «II на выходе мультиплексора 11 устанавливается код с его четвертого входа. На выходе O| дешифратора 13 формируется сигнал выборки канала 16. По сигналувыборки канала 16i и коду коэффициентов на выходе мультиплексора 22 канала 16i формируется код значений коэффициентов, Этот код с выхода мультиплексора 17 поступает на выход мультиплексора 11. Блок 3 формирует сигнал «Ввод данных, по которому код значений коэффициентов с выхода мультиплексора 11 записывается в память блока 3 на время одного цикла. При опросе I6|,...,16N канала меняется соответственно код каиала, все остальное повторяется, как для канала 16|. После опроса значений коэффициентов N-ro канала 16 блок 3 переходит к опросу значений текущего Im и интегрального Vm расходов. Опрос текущего расхода Im производится в следующем порядке. Блок 3 формирует на выходах блока 5 сигнал «Вывод данных и код адреса (код канала 16i, код текущего расхода, код разрешения коммутации). По сигналу выборки канала 16), если время преобразования закончилось, на выходе f| преобразователя 20i текущего расхода формируется сигнал «Готов, который поступает на первый вход элемента ИЛИ 18. С выхода последнего на первом входе блока 5 устанавливается сигнал «Требование А. Блок 3 опрашивает первый вход блока 5 и при наличии сигнала «Требование А формирует на выходе блока 5 сигнал «Ввод данных, по которому код значения текущего расхода Im записывается в память блока 3. Блок 3 переходит к опросу кода значения интегрального расхода Vm канала 16). Опрос Vm каиала 16i производится также как опрос кода значений коэффициентов. Блок 3 переходит к опросу 1™ и Vm 162,...,16N канала и записывает их в свою память на хранение на время одного цикла. Блок 3 осуществляет вычисление регулирующих воздействий согласно пропорционально-интегрального закона регулирования с воздействием по производной, который имеет вид (t) + KafxIiT -f MxlnTj --x((n+l)T ll-при (n + 1)Т, гдец(1) - регулирующее воздействие; К| - коэффициент пропорциональности; - отклонение регулируемой величи ны от заданного значения; п - количество циклов; Т - время цикла; Кг - коэффициент интегрирования; кз - коэффициент дифференцирования. а,,П - ш(пТ); Im пТ - текущее значение регулируемой ве личины компонента. Отклонение регулируемой величины определяется выражением IT lCtjl 1If т пТ -jQQ -UtnT, где ttj - процентное содержание j-ro компонента;П - производительность работы станции смешения, м/ч; ImfnT) текущее значение регулируемой величины j-компонента. Предлагаемое устройство обеспечивает получение на порядок выше точность задания расходов компонентов а)П (многоразрядным кодом) за счет функциональноструктурного построения технического решения в части блоков 2-5, 8-12 с их B3aHMCh связями, а также обеспечивает повышение на порядок точности преобразования текущих расходов компонентов в код по сравне: нию с известным за счет функциональноструктурного построения технического решения в части взаимосвязей и возможностей блоков 2, 1, 20, 19, 22, 17, 18, I 1, 5, 4 и 3. Тем самым увеличение точности преобразования текущих расходов компонентов и вычисления задания расходов компонентов обеспечивает на порядок выше точность поддержания соотношения компонентов х(пТ. Функциональное построение устройства обладает расширенными функциональными возможностями, заключающееся в подключении блоков одного и разного уровней быстродействия с помощью синхронизатора и соответствующей последовательности синхроимпульсов, позволяющее значения текущих и интегральных расходов формировать в каналах параллельно, тем самым распределить функции измерения и управлеНИН, что позволяет вести управление сложными технологическими объектами путем ввода новых алгоритмических блоков для блока вычисления и опроса, увеличивать число контуров управления и их функциональную адаптацию к конкретным технологическим объектам за счет мультиплексирован-ного обращения к конкретному контуру управления с последующим анализом его тех нологического состояния.

Кроме того, возможность перестройки 1)лгоритма работы устройства существенно расширяет функциональные его возможности и позволяет применять устройство на об1;ектах, отличающихся технологией и оборудованием.

Формула изобретения

Устройство для управления процессом сме1нения жидких продуктов, содержащее датчики расхода, связанные выходами с соответствующими входами блока сопряжения, блок ввода данных,блок вычисления и опроса, а также цифроаналоговый преобразователь, выходы которого подключены к входам соответствующих исполнительных механизмов, отличающееся тем, что, с целью повышения точности устройства и расширения его области применения за счет обеспечения управления широким классом технологических объектов, оно содержит блок синхроимпульсов, информационную шину, блок параллельного обмена, формирователь управляющих сигналов, первый и второй регистры, мультиплексор адреса и данных, мультиплексор наналов, первый синхронизатор, регистр данных, дешифратор, элемент ИЛИ и блок перепрограммируемой памяти, а блок сопряжения выполнен в виде N каналов преобразования, каждый из которых включает в себя второй синхронизатор, преобразователь текущего расхода , преобразователь интегрального расхода в код и мультиплексор, причем входы блока сопряжения подключены к информационным входам вторых синхронизаторов соответствующих каналов преобразования, в каждом канале преобразования первый выход блока синхроимпульсов связан с первым входом преобразователя интегрального расхода в код, второй выход - с первыми входами второго синхронизатора и преобразователя текущего расхода в код и вторым входом преобразователя интегрального расхода в код, третий и четвертый выходы - с вторым и третьим входами преобразователя текущего .расхода в код соответственно, третий вход преобразователя интегрального расхода в коди четвертый вход преобразователя теку, щего расхода в код подключены к выходу

второго синхронизатора, первый выход преобразователя текущего расхода в код и выход преобразователя интегрального расхода в код соединены соответственно с первым и вторым входами мультиплексора, выход мультиплексора каждого канала преобразования подключен к соответствующему входу мультиплексора каналов, третий вход - к первому выходу первого регистра, а четвертый вход -;- к соответствующему выходу

дешифратора и к пятому входу преобргзователя текущего расхода в код своего канала, связанного вторым выходом с соответствующим входом элемента ИЛИ, выход которого подключен к первому входу блока параллельного обмена, пятый выход блока синхроимпульсов связан с первыми входами первого синхронизатора и блока ввода данных, шестой выход - с входом блока вычисления и опроса, второй выход первого регистра подключен к входу дешифратора,

выход - к первому входу формирователя управляющих сигналов, первый вход - к первому выходу формирователя управляющих сигналов, а второй вход - к первому выходу блока параллельного обмена, второй вход блока ввода

данных соединен с выходом первого синхронизатора, первый выход - с вторым входом первого синхронизатора, второй выход через регистр данных - с первым входом мультиплексора адреса и данных и через второй регистр - с вторым входом

мультиплексора адреса и данных, а третий выход - с вторым входом формирователя управляющих сигналов, подключенного вторым выходом к третьему входу мультиплексора адреса и данных, четвертый вход которого соединен с выходом мультиплексора каналов, а выход - с вторым входом блока параллельного обмена, входывыходы блоков параллельного обмена, перепрограммируемой памяти и цифроаналогового преобразователя через информационную шину подключены к входу-выходу блока вычисления я опроса, третий и четвертый входы формирователя управляющих сигналов соединены с вторым и третьим выходами блока параллельного обмена соответственно, а третий выход формирователя управляющих сигналов связан с третьим входом блока параллельного обмена.

Фиг2

ГПрерыдани

Vova 4 а (yjo cneuieHL

Нет

б8од

Опрос

ноэ(д ицаентой н1,

Олрос

fm, Mm

Изобретение относится к системам управления н регулирования. Цель изобретення - повышение точности устройства и расширение области применения. Устройство содержит датчик расхода,.блок сопряжения, блок ввода, блок вычисления и опроса, цифроаналоговый преобразователь, исполнительные механизмы и дополнительно введенные блок синхроимпульсов, блок параллельного обмена, формирователь управляющих сигналов, первый и второй регистры, синхронизатор, регистр данных, дешифратор, мультиплексор адреса и данных, мультиплексор каналов, элемент ИЛИ, блок перепрограммируемой памяти, а блок сопряжения выполнен в виде каналов преобразования, каждый из которых содержит синхронизатор, преобразователь интеграль(О ного расхода в код и мультиплексор кана(Л ла. 8 ил.

бход cverrji/UHQ 60

ПППППППППППППППППППППППППППППП

дычисление реъулирцющих возаей ствиа

Фиг.7

Риг.в