Многоканальный электрический преобразователь для весов Советский патент 1987 года по МПК G01G23/37 G01G13/28 

Изобретение относится к весоизмерительной технике и может быть использовано в системах автоматизированного управления весовыми порционными дозаторами, имеющими циферблатные указатели со встроенными сельсинами.

Цель изобретения - ускорение преобразования в каналах взвешивания путем автоматической коррекции сдвига фаз между двумя источниками синусоидального напряжения преобразователя.

На чертеже изображена блок-схема преобразователя.

Преобразователь содержит микро- ЭВМ 1, шины 2 интерфейса, микропроцессор 3 управления обменом, программируемый таймер 4, содержащий счетчик-генератор .меандра и счетчик-таймер, программируемый параллельный интерфейс 5 ввода-вывода, полосовой 6, фазовращатель 7, усилители мощности первой 8 и- второй 9 фазы, первый нуль-орган 10, блок П сельсинов, блок 12 фильтров, второй нуль-орган блока 13 нуль-органов, мультиплексор 14 и формирователь 15 широтно-импульсного сигнала представления веса.

Микро-ЭВМ 1 соединена шинами 2 интерфейса с микропроцессором 3 управления обменом, который соединен своими двунаправленными шинами с программируемыми таймером 4 и параллельным интерфейсом 5 ввода-вьшода. Выход конца счета счетчика-генератора меандра программируемого таймера 4 соединен с входом полосового фильтра 6, выход которого соединен с входами усилителя 8 мощности первой фазы, первого нуль-органа 10 и фазовращателя 7, выход которого соединен через второй нуль-орган блока 13 с первым входом мультиплексора 14. Выход нервого нуль-органа 10 соединен с входом начала формирования формирователя -15 широтно-импульного сигнала представления веса, выход сигнала представления веса которого соединен с входом разрешения приема импульсов в счетчик-таймер программируемого таймера 4. Вькод фазовращателя 7 соединен с входом усилителя 9 мощности второй фазы, а выход усилителей мощности первой 8 и второй 9 фаз соединен со .ответственно с первыми и вторыми

параллельно соединенными обмотками статоров блока 11 сельсинов. Каждый вход роторов блока II сельсинов соединен последовательно через соответствующий фильтр блока 12 фильтров нижней частоты с соответствующим входом, нуль-органа блока 13 нуль-органов,, каждый выход нуль-органа которого соединен с соответствующим

входом мультиплексора 14, а выход мультиплексора I4 соединен с входом конца формирования формирователя 15 широтно-импульсного сигнала представления веса. Вьтходные шины программируемого интерфейса 5 ввода-вывода соединены с адресным входом мультиплексора 14 и входом начала преобразования формирователя 15 широтно-импульсного сигнала представления веса, выход конца преобразования которого соединен с соответствующей шиной 2 интерфейса микро-ЭВМ I .

Устройство работает следующим образом.

При включении микро-ЭВМ 1 управление передается программе начальной установки, которая содержит команды .программирования режимов работы первого и второго счетчиков программируемого таймера 4. Первый счетчик программируется для работы в режиме генератора меандра, а второй - прог- раммируемого таймера. Программирование осуществляется путем занесения

соответствующего управляющего слова в специальный регистр таймера 4.

Затем в регистр первого счетчика таймера 4 программно заносится код

периода К,- и на его выходе появляются прямоугольные импульсы, период следования которых соответствует периодам следования импульсов, поступающих на вход этого счетчика с

интерфейса через микропроцессор 3 управления обменом. Первоначально период устанавливается таким, чтобы частота импульсов на выходе конца счета первого счетчика таймера 4 соответствовала середине полосы пропускания фильтра 6, на вход которого они подаются.

Программа начальной установки про- изводит также задание режима работы программируемого параллельного интерфейса 5 ввода-вывода. Интерфейс 5 программируется для работы в режиме без стробирования с промежуточ

ным запоминанием информации в специальном буферном регистре.

Производится также программный сброс ложного прерывания, которое может поступить от формирователя 15 во время включения преобразователя.

После окончания выполнения программы начальной установки прямоугольные импульсы постоянно подаются с выхода конца счета первого счетчика таймера 4 на ,вход полосового фильтра 6. Полоса пропускания фильтра 6 выбирается такой, чтобы в ее пределах находилась только первая гармоническая составляющая прямоугольных импульсов . Поэтому на выходе фильтра 6 появляется напряжение, имеющее форму, близкую к синусоидальной.

Полученное на выходе фильтра 6

напряжение первой гармоники с помощью20 ний, питающих обмотки сельсина, пофазовращателя 7 поворачивается на угол, близкий к 60, и поступает на вход усилителя 9 мощности.

Полученная таким образом двухфаз

ная система напряжений U и U с усилителей мощности первой 8 и второй 9 фаз поступает соответственно на первые и вторые параллельно соединенные обмотки статоров блока 11 сельсинов. Третьи параллельно соеди ненные обмотки этих статоров соединены с общим проводом источников напряжения U, и Uj.

При таком подключении напряжения А, В, С на трех обмотках статоров блока 11 сельсинов образуют трехфазную систему, причем

2U,-иг

А

В

3

2иг-и,

(1)

С

3 .

Ut+Ua

3

В соответствии с методом симметричных составляющих эту систему мож,- но разбить на системы прямой, обратной и нулевой последовательностей

где а - фазный множитель, равный

Итг . комплексному числу е ;,

Ар,А,, векторы напряжений нулевой, прямой и обратной последовательностей.

При выбранной схеме подключения обмоток статоров сельсинов вектор А всегда равен нулю.

Если модули векторов напряжений и, и U2 равны, а угол между ними 60

вектор А обратной последовательности также равен нулю. В этом случае система напряжений на трех обмотках статоров блока 11 сельсинов содержит только прямую последовательность напряжений, которая приводит к появлению в роторах этих сельсинов вектора магнитного поля,

вращающегося по ходу движения стрел- ки циферблатных указателей при поступлении материала в грузоприемное устройство.

Если угол между векторами U и U не равен 60°, то в системе напряже5

0

5

является обратная последовательность, вектор А2 которой можно определить согласно вьфажению (4). Это приводит к появлению в роторах сельсинов составляющей вектора магнитного поля, вращающегося в обратном направлении по отношению к вектору магнитного поля, наводимого токами прямой последовательности.

Пересекая обмотки роторов сельсинов , магнитные потоки прямой и обратной последовательностей наводят в них ЭДС индукции. Эти ЭДС для каждого из сельсинов определяются согласно уравнению 5c(t)A,sin(cot+q),-tf) + sin(-(jt+

+cp,-q).

(5)

где д, , Eftj амплитуды ЭДС, наводимых магнитными потока

40

,-

45

Cf

ми прямой и обратной последовательностей; Ц,, - начальные фазы ЭДС прямой и обратной последо- в ательнос тей; угол поворота ротора сельсина относительно статора.

Напряжения U УС снимаемые с обмоток роторов блока 11 сельсинов; преобразуются в импульсы прямой формы с помощью блоков 12 и 13 и пос- тупают на входы мультиплексора I4.

Ввиду высокого входного сопротивления нуль-органов блока 13 напряже- 55 ния Uc, - Uc на выходных обмотках роторов каждого из сельсинов блока 1I можно считать равными наводимым в них ЭДС, определяемым выражением (5).

50

512

Сигналы на выходе нуль-органов Up - Uh(n+ii блока 13 нуль-органов представляют собой импульсы прямоугольной формы, передние фронты которых совпадают с моментами измене- ния полярности напряжений с выхода фазовращателя U и с выходных обмоток U(; - Ugj роторов сельсинов с на плюс, а задние фронты -. с моментами изменения полярности с Плюса на минус.

Первый нуль-орган 10 преобразует синусоидальный сигнал, поступающий на его вход с фильтра 6 аналогично нуль-органам блока 13.

Импульсы прямоугольной формы U| - и,,, подаются на входы мультиплексора 14. С его помощью выход одного из нуль-органов блока 13 подсоединяется к входу формирователя 15 широтно-импульсного сигнала представления веса в соответствии с кодом, поступающим с интерфейса 5 на-, адресные входы мультиплексора 14.

Микро-ЭВМ 1 преобразует интервал времени меж,цу передним фронтом импульса, поступающего с нуль-органа 10, и передним фронтом любого импульса, поступающего на информадионные входы мультиплексора 14, следующим образом. Микро-ЭВМ выполняет команды .выдачи соответствующего кода адреса на выходы шин интерфейса 5, подключенные к адресным входам мультиплексора 14, в соответствии с которым к входу конца формирования формирователя 15 подключается один из выходов нуль- органа блока I3 нуль-органов и сбрасывается второй счетчик таймера 4. Затем .микро-ЭВМ 1 с помощыо интерфейса 5 программно генерирует импуль на одном из его выходов 5 подключенном к входу начала преобразования формн:рователя 15. Этот импульс сбра- сывает сигнал конца преобразования на выходе формирователя 15 в нулевое состояние. Передний фронт сигнала начала формирования с выхода нуль органа 10 устанавливает единичное состояние umpoTHo-HMnyjibCHoro сигнала на выходе формирователя 15 и разрешает тем самым прохождение тактовы импульсов на вход второго счетчика таймера 4. Счет производится до по- явле1-1ия передне.го фронта сигнала конца формирования на входе формирователя 15. По этому сигналу сбрасывается в нулевое состояние широтно-импульс176

ный сигнал и устанавливается в единичное состояние сигнал конца преобразования на выходах формирователя 15.

Микро-ЭВМ 1 обнаруживает наличие сигнала конца преобразования и считывает код с второго счетчика таймера 4 ..

После выполнения программы начальной установки микро-ЭВМ 1 переходит к выполнению программы настройки и измерения.

Микро-ЭВМ 1 с помощью интерфейса 5 программно вьщает на адресные входы мультиплексора 14 код адрес а сигнала и„у и производ ит преобразование интервала времени между передним фронтом сигнала, поступающего с нуль органа 10, и передним фронтом сигнала и„. в код. Этот код характеризует сдвиг по фазе синусоидального напряжения на выходе фазовращателя 7 относительно напряжения первой гармоники на выходе фильтра 6. Если угол между этими напряжениями равен бО, то код сдвига относится к коду периода N как 1/6. Далее производится сравнение истинного отношения с константой 1/6. Если это отношение больше указанного, то период N программно увеличивается путем записи в регистр первого счетчика таймера 4 двоичного кода, увеличенного на единицу. В противном случае зтот период уменьшается на единицу. Учитывая, что угол поворота фазы напряжения на выходе фазовращателя 7 относительно входа зависит от частоты напряжения на входе и определяется выражением (2) .

Cp fc arctg 2tfRC, (6) Где f - частота напряжения на входе

фазовращателя;

Ки С - сопротивление и емкость, используемые в схеме фазовращателя . Указанная программа регулирует фазу

q в соответствии с принципом отрица- тельной обратной связи таким образом чтобы (f 60° . Это, в свою очередь, приводит к тому, что амплитуда ЭДС

наводимая магнитными потоками обратной последовательности выражени

(5), близка Ко нулю. Тогда выражение

(5) принимает вид ЕС Ct) eA, sin(ut+cp, -q), (7) В режиме измерения микро-ЭВМ I

с помощью устройства 5 прг,раммно

712819

ыдает на адресные входы мультиплекора 14 код адреса сигнала Un.,, ередний и задний фронты которого овпадают с моментами перехода чеез нуль ЭДС, снимаемой с обмотки 5 отора п-го сельсина, и производит преобразование интервала времени ежду передним фронтом сигнала, поступающего с нуль-органа 10, и передним фронтом сигнала в код, 0 как было рассмотрено ранее.

Начальной установкой ротора сельсина относительно статора, а также стрелки циферблатного указателя относительно ротора на этапе наладки 15 системы добиваются, чтобы при tp , равном нулю, ЭДС д выражения (7) совпадала по фазе с напряжением первой фазы на выходе фильтра 6. В этом случае q), равно нулю. Приняв за на- 20 чало отсчета момент прохождения опорного напряжения через нуль, при из- менении его с плюса на минус код между передним фронтом напряжения на выходе нуль-органа 10 и передним 5 фронтом сигнала U. , можно считать как время t выражения (7), измеряемое в количествах импульсов К, поступивших во второй счетчик таймера 4 за время преобразования, умно- 30 женное на период их следования Т при ср, , равном нулю. Учитывая, что в этот момент времени левая часть равенства (7) равна нулю, решая его относительного Ч , получим35

KTp, (8)

Зная, что период синусоидального напряжения равен периоду счетчика- генератора, меандра таймера 4, находим

40

т.е.

.

К

(9)

, . Г) / .,-.

Переходя от угла поворота стрел-, ки циферблатного указателя к весу материала в бункере дозатора, получаем

Р . (D м 2 ir

(10)

где Руакс максимальное значение

веса по шкале циферблатного указателя; Р - вес материала в бункере о дозатора.

Подставляя в выражение (10) выражение (9) для ср , получаем

Р -Р М макс j,|

5 0

15 0 5 0 5

0

0

5

Используя выражение (11) программа микро-ЭВМ 1, осуществляя режим измерения, вычисляет в конце своего выполнения значение веса дозы.

Формула изобретения

Многоканальный электрический преобразователь для весов, содержащий микро-ЭВМ с шинами интерфейса, блок сельсинов, каждый из которых имеет обмотки статора и обмотку ротора, блок фильтров нижних частот, первый и второй нуль-органы, блок нуль-органов, и мультиплексор, причем каждый выход обмоток роторов блока сельсинов связан через соответствующий фильтр блока фильтров нижних частот и соответствующий нуль-орган блока нуль-органов с соответствующим входом мультиплексора, а выход второго нуль-органа соединен с первым входом мультиплексора, отличающий- с я тем, что, с целью ускорения преобразования, в него введены микропроцессор управления обменом с двунаправленньми шинами, программируемый таймер, содержащий счетчик- генератор меандра и счетчик-таймер, программируемый параллельный интерфейс ввода-вывода с входными и выходными шинами, полосовой фильтр, фазовращатель, усилители мощности первой и второй фазы и формирователь широтно-импульсного сигнала представления веса, причем шины интерфейса микро-ЭВМ соединены с микропроцессором управления обменом, который соединен своими двунаправленными щина- ми с программируемым таймером и программируемым параллельным интерфей- I

сом ввода-вывода, выход счетчика- генератора меандра программируемого таймера соединен с входом полосового фильтра, выход которого соединен с входами усилителя мощности первой фазы, фазовращателя и первого нуль- органа, выход первого нуль-органа

соединен с входом начала формирования формирователя широтно-импульсного сигнала представления веса, выход сигнала представления веса которого соединен с входом разрешения приема импульсов в счетчик-таймер программируемого таймера, выход фазовращателя соединен с входом усилителя мощности, второй фазы и входом второго нуль-органа, каждый выход

.9128191710

усилителей цервой и второй фаз сое-емого интерфейса ввода-вывода соедидинен соответственно с первьши и вто-нены с адресным входом мультиплексорьми параллельно соединенными обмот- ра и входом начала преобразования

ками статоров блока сельсинов, а вы-формирователя широтно-импульсного

ход мультиплексора соединен с входом 5сигнала представления веса, выход

конца формирования формирователя ши-конца преобразования которого соедиротно-импульсного сигнала представле-нен с соответствующей шиной интерфейния веса, выходные шины программиру-са микро-ЭВМ.

Изобретение относится к весоизмерительной технике и может быть использовано в системах автоматизированного управления весовыми порционными дозаторами, имеющими циферблатные указатели со встроенными сельсинами. Цель изобретения - ускорение преобразования в каналах взвешивания. Устройство содержит микро- ЭВМ 1, шины 2 интерфейса, микропроцессор 3 управления обменом, программируемый таймер 4, интерфейс 5 ввода-вывода, полосовой фильтр 7, усилители 8 и 9 мощности первой и второй фазы, нуль-органы 10 и 13, блок 11 сельсинов, блок 12 фильтров, мультиплексор 14 и формирователь 15 ширэт- но-импульсного сигнала представления веса. Введение новых элементов и образование новых связей между элементами устройства позволяет производить автоматическую коррекцию сдвига фаз между двумя источниками синусоидального напряжения преобразователя. 1 ил. ( (Л со