Устройство для программного управления хроматографом Советский патент 1987 года по МПК G05B19/418 

1 1

Изобретение относится к аналитическому приборостроению и может быть использовано в составе автоматических промышленных хроматографов для контроля состава продуктов в нефтехи мической и химической отраслях про- мьшленности.

Целью изобретения является расширение функциональньк возможностей устройства за счет последовательного анализа нескольких технологических потоков.

На выходе счетчика циклов формируется, четырехпозиционный код, соответствующий номеру очередного цикла. Очередность переключения потоков устанавливается блоком переключения анализируемых потоков. Дешифратор адреса анализируемого потока в соот- ,ветствии с кодом, поступающим со счетчика циклов, а также сигналами блока переключения анализируемых потоков формирует сигнал:, включающий клапан соответствующего анализируемого потока. При этом фиксатор номера потока выдает на вторичный регистрирующий прибор (KCI1-4) информацию о принадлежности хроматограммы к конкретному анализируемому потоку.

Блокировка одновременного включения более одного потока обеспечивается формирователем блокирующих сигналов.

На фиг.1 представлена блок-схема устройства; на фиг.2 - полная развернутая схема.

Устройство для программного управления хроматографом содержит генератор 1 одиночных импульсов (управляющий триггер), выход которого соединен с входом генератора 2 импульсов. Один из выходов генератора 2 импульсов соединен с входом счетчика 3 импульсов. Выходы счетчика 3 импульсов соединены с входами задатчи- ка 4 программы, выходы которого подключены к входам переключателя 5 каналов управления.

Один из выходов переключателя 5 каналов управления связан с входом счетчика 6 циклов, выходы которого подключены к входам дешифратора 7 адреса анализируемого потока. Выходы дешифратора 7 адреса анализируемого потока соединены с входами переключателя 8 анализируемых потоков.

Выходы переключателя 8 анализируемых потоков связаны с входами форми

0

15

0

25

71

5

30

35

40

45

50

55

102

рователя 9 блокирующих сигналов. Выходы формирователя 9 блокирующих сигналов соединены с клапанами хроматографа и входами формирователя 10 номера анализируемого потока, выход которого подключен к вторичному регистрирующему прибору.

Входы.регулятора П температуры соединены с выходом генератора 2 импульсов и выходами переключателя 5 каналов управления. Выход регулятора 1 температуры связан с входом терморегулятора, расположенного в одном из отсеков хроматографа.

Вход идентификатора 12 пиков концентрации компонентов соединен с усилителем хроматографа .

Генератор импульсов 2 состоит из кварцевого генератора 13 (микросхем 176 ИЕ5), один из выходов которого соединен с входом делителя 14 частоты и элементом И 15. Второй вход элемента И I5 подключен к выходу генератора 1 одиночных импульсов, входы которого соединены с кнопкой 16 Пуск. Выходы делителя 14 частоты связаны с входами элементов И 17 и 18, выходы которых через элемент ИЛИ 19 сое- . динены с преобразователем 20 числа импульсов в напряжение, выход которого соединен с узлом 21 аналоговой памяти.

Преобразователь 20 вьтолнен на базе операционного усилителя, вклю- : ченного по схеме генератора, а узел 2 аналоговой памяти выполнен по схеме амплитудного детектора.

Счетчик 3 включает в себя четыре счетчика 22-25, например, микросхемы типа 176 ИЕ8. Задатчик 4 программы реализован в виде наборного поля с горизонтальными и вертикальными щи- нами.

Наборное поле служит для задания временной программы цикла управления потоком путем механической коммутации горизонтальных и вертикальных шин. Число вертикальных шин наборного поля равно 36, из них 10 шин служат для задания единиц секунд, 6 . шин - десятков секунд, 10 шин - единиц минут, 10 щин - десятков минут. Число горизонтальных шин составляет 8N, где N - число каналов управления.

При этом первому каналу управления соответствуют горизонтальные шины, подключенные к входам элементов И 26 и 27 блока 5 (на фиг.2 для

легчения чтения схемы следующие восемь каналов управления, аналогичные первому каналу, не показаны).

По каждому из каналов управления задается четыре временные константы включения (единицы и десятки секунд, единицы и десятки минут) и четыре временные константы выключения. Гори зонтапьные шины наборного поля соединены с входами элементов И 26-34 пе- реключателя каналов управления, включающего также триггеры 35-39 и исполнительные реле 40-41. Выход элемента И 28 через триггер 35 подключен к одному из выходов элемента И 29, при этом выходы элементов И 26-33 соединены попарно с входами триггеров 36- 39. Выходы триггеров 36 и 37 соединены с соответствующими исполнительными реле 40 и 4I.

Идентификатор 12 пиков концентрации компонентов содержит последовательно соединенные дифференцирующий усилитель 42, компаратор 43 и триггеры 44 и 45.

Дешифратор 7 адреса анализируемого потока содержит элементы И 46-61, элементы ИЛИ 62-65.

Переключатель 8 анализируемых потоков содержит переключатели 66-69, триггеры 70-73 и исполнительные реле 74-77, а формирователь 9 блокирующих сигналов состоит из усилителей 78-81 элементов ИЛИ 82-85 и исполнительных реле 86-89.

Фиксатор 10 номера анализируемого потока состоит из исполнительных реле 90-93 и резисторов 94-98.

Устройство работает следующим образом.

С помощью зад атчика 4 программы (фиг.1) задается программа цикла анализа, а с помощью переключателя 8 анализируемых потоков устанавливается очередность подключения к хрома- тографу анализируемых потоков.

В соответствии с состоянием счетчика 6 циклов и выходными сигналами переключателя 8 анализируемых потоков, поступающими навход дешифрато- ра 7 адреса анализируемого потока, последний вырабатывает четырехпози- ционный код, поступающий на вход переключателя 8 потоков. Блок 8 через блок 9 блокировки подключает к хрома тографу для анализа поток, номер которого определяется выходным кодом дешифратора 7 адреса анализируемого потока. При этом блок 9 осуществляет

О

блокировку, исключающую одновременное подключение для анализа более чем одного потока, а также через блок 10 метки хроматограммы выдает на вторичный регистрирующий прибор сигнал, отображаюЕций информацию о номере анализируемого потока.

Переключатель 5 каналов управления в соответствии с пpoгpa мoй и;ик- ла анализа, установленной в задатчи- ке 4 программы, и выходными сигналами идентификатора 12 пиков концентрации компонентов, а также в соответствии с сигналами текущего времени, вы рабатываемыьш счетчиком 3 по сигнала генератора 2 импульсов, вырабатывает сигналы управления хроматографом, необходимые для проведения хроматогра- фического анализа.

Одновременно регулятор 11 температуры по сигналам генератора 2 импульсов и переключателя 5 каналов управления вырабатывает сигнал, задающий скорость изменения температуры термостата хроматографа.

При включении устройства счетчик 6 циклов (фиг.2) устанавливается в исходное нзшевое состояние, при котором на выходе счетчика (вых.1) появляется сигнал логической единищ 1, а на остальных выходах - сигнал логического нуля. При этом сигнал логической единицы имеет место на одних из входов элементов И 46-49 первой строки логической матрицы дешифратора 7 адреса анализируемого потока.

Предположим, что положение переключателей 66-69 переключателя 8 анализируемых потоков следующее: переключатель 66 находится в положении 2, переключатель 67 - в положении , переключатель 68 - в положении 4, переключатель 69 - в положении 3. При таком положении переключателей сигналы логической единицы будут приходить на вторые входы элементов И 47, 50, 57 и 60.

Таким образом, совпадение сигналов логических единиц произойдет на входах элемента И 47.

Сигнал с выхода элемента И 47 поступает на вход элемента ИШ 63. Сигнал с выхода элемента ИЛИ 63 запоминается на все время цикла анализа триггером 7 переключателя 8 анализируемых потоков. Выходной сигнал триггера 71 включает исполнительное реле 75, что приводит к замыканию контак51287;

тов 1-2 этого реле. Поскольку после включения устройства исполнительные реле 86-89 формирователя блокирующих сигналов включены, т.е. их контакты 1-2 замкнуты, то через последователь- 5 но соединенные контакты реле 75 и 87 происходит включение обмотки клапана второго потока в базовую цепь входного каскада усилителя 79. По обмотке

Ш

клапана начинает протекать ток, что

,

приводит к срабатыванию, а также к открыванию транзистора входного каскада усилителя 79. В результате на выходе усилителя 79 появляется сиг- Нал, соответствзпощий уровню логичес кой единицы. Этот сигнал приходит на один из входов элементов ИЛИ 82, 84 и 85. Выходные сигналы этих элементов выключают исполнительные реле 86 88 и 89, что приводит к размыканию их контактов, при этом контакты реле 87 остаются замкнутыми.

Таким образом, даже при случайном срабатывании реле 74, 76 и 77 или при залипании контактов этих реле не происходит включение клапанов остальных потоков, кроме включенного (в данном примере потока № 2), так как контакты реле 86, 88 и 89 разомкнуты. Следовательно, осуществляется блокировка одновременного включения более одного потока. Выходной сигнал усилителя 79 включает исполнительное реле 91 фиксатора номера 10 анализируемого потока, что приводит к замы- канию контактов 1-2 этого реле. На вторичный регистрирующий прибор при этом выдается сигнал метки хроматог- раммы, величина которого определяется соотношением сумм сопротивлений резисторов 94, 95 и 96, 97, 98, Величина сигнала метки отображает информацию о номере анализируемого потока.

Таким образом, произошло подключе ние анализируемого потока (потока № 2) к хроматографу, размыкание контактов блокировочных реле остальных потоков и выдача метки хроматограммы на вторичный регистрирующий прибор.

После этого включают кнопку 16. Пуск и начинается цикл анализа. Генератор 1 одиночных импульсов переключается, при этом односекундные импульсы, вырабатываемые кварцевым ге- нератором 13, через элемент И 15 поступают на вход счетчика 3 импульсов. Сигналы с выхода счетчика 3 импуль

106

сов поступают на вертикальные шины задатчика 4 программы. В соответствии со значением заданных на наборном поле временных констант в определенные моменты времени происходит совпадение сигналов логических еди- йиц на входах элементов И 26-34 переключателя 5 каналов управления.

Допустим, например, что по первому каналу управления заданы следующие временные константы: время вклюг

чения - 10 мин 11

время выключения - 11 мин 19с.

По достижении времени 10 мин 11 с сигналы логической единицы появляются на следующих вертикальных шинах: 1 - ед. с, 1 - дес. с, О - ед. мин. 1 - дес. мин.

Эти шины скоммутированы с горизонтальными шинами, связанными с входами элемента И 26. Совпадение сигналов логических единиц на входах элемента И 26 приводит к появлению на выходе этого элемента сигнала логической единицы, что ведет к перебросу триггера 36, выходной сигнал которого включает исполнительное реле 40, которое осуществляет коммутацию в одном из каналов управления хроматографом.

По достижении времени 11 мин 19 с сигналы логической единицы появляются на следуюш 1х вертикальных шинах: 9 - ед. с, 1 - дес. с, 1 - ед. мин, - дес. мин.

Эти шины скоммутированы с горизонтальными шинами, связанными с входами элемента И 27. Совпадение сигналов логической единицы на входах элемента И 27 ведет к появлению соответствующего сигнала на выходе И 27, что приводит к установлению триггера 36 в исходное положение, а значит выключению исполнительного реле 40.

Аналогично работают остальные каналы управления.

Таким образом, в соответствии с заданной программой управления в определенные моменты времени, соответ- ствуюшде установленным на наборном поле значениям временных констант, происходит включение и выключение исполнительных реле переключателя 5 каналов управления, осуществляющих коммутацию в различных каналах управления хроматографа.

Выходные сигналы триггеров 38 и 39 переключателя 5 каналов управления поступают на один из входов элементов И 17 и 18 регулятора 11 температуры. На вторые входы элементов И .17 и 18 приходят импульсы с выходов делителя 14 частоты генератора 2 импульсов. Таким образом, в определенные интервалы времени (заданные на наборном поле и определяемые выходными сигналами триггеров 38 и 39) на выходах элементов И 17 и 18 появляются импульсы, частота которых определяет скорость подъема температуры .

Импульсы с выходов элементов И 17 и 18 через элемент ИЛИ 19 поступают на преобразователь 20 числа импульсов в напряжение, выходной сигнал которого прямо пропорционален частоте поступающих импульсов и временному интервалу их поступления.

Выходное напряжение преобразователя 20 числа импудьсов в напряжение запоминается в узле 21 аналоговой памяти, сигнал с выхода которого поступает на вход терморегулятора.

В процессе хроматографического анализа возникает необходимость включения и выключения исполнительного устройства, управляющего переключением шкалы измерения, точно в момент

выхода очередного пика. С этой целью в схему управления исполнительным реле 41 введен триггер 35. Кроме того, для управления реле 41 используются сигналы, поступающие с идентификато- ра 12 пиков. Сигнал детектора хроматографа поступает на вход дифференцирующего усилителя 42. Выходной сигнал усилителя, пропорциональный производной входного сигнала, поступает на вход компаратора 43. Выходной сигнал компаратора представляет собой последовательность прямоугольных импульсов , передний фронт которых совпадает с моментом начала пика (при превышении производной некоторого начального уровня), а задний - с момента окончания пика (производная становится меньше этого уровня).

По переднему фронту происходит срабатывание триггера 44, по заднему - триггера 45. На элемент И 28 поступают сигналы десятков секунд, единиц и десятков минут. Появление же сигнала совпадения на выходе эле- мента И 28 происходит точно в момент начала пика. Этот сигнал перебрасы- вает триггер 37 и включает исполнительное реле 41. Одновременно он вы0

5 0

0

5 0 5

0 5

зывает срабатывание триггера 35, выходной сигнал которого поступает на один из входов элемента И 29. Сигнал совпадения на выходе элемента И 29 появляется в момент срабатывания триггера 45, т.е. окончания пики. Таким образом, отключение исполнительного реле 41 происходит точно в момент окончания пика.

По окончании цикла анализа сигнал совпадения с выхода элемента И 34 переключателя 5 каналов управления поступает на вход счетчика 6 циклов. На выходе счетчика 6 (вых. 2) появляется сигнал логической единицы, который приходит на входы элементов И 50-53 логической матрицы дешифратора 7 адреса анализируемого потока. Переключатель б7 переключателя 8 анализируемых потоков стоит в положении 1, а значит совпадение сигналов логической единицы произойдет на входе элемента И 50. Сигнал с выхода элемента И 50 через элемент ИЛИ 62 поступает на вход триггера 70, включающего исполнительное реле 74. Одновременно, в связи с отсутствием соответствующего сигнала на выходе элемента ИЛИ 6 происходит установление триггера 7 в исходное положение и включение исполнительного реле 75, что приводит к включению всех ранее выключенных исполнительных реле 86-89.

В результате через последовательно соединенные замкнутые контакты исполнительных реле 74 и 86 происходит подключение обмотки клапана другого потока (в данном случае потока № ) к входному каскаду усилителя 78. Выходной сигнал усилителя поступает на входы элементов ИЛИ 83-85, выходные сигналы которых выключают исполнительные реле 87-89,,что исключает возможность опшбочного включения любого из остальных потоков. Выходной сигнал усилитапя 78 включает исполнительное реле 90. При этом величина сигнала аналоговой метки, выдаваемой на вторичный регистрирующий прибор, определяется соотношением сопротивления резистора 94 и суммы сопротивлений резисторов 95-98. Далее отрабатывается цикл анализа аналогично рассмотренному ранее для потока № 2. По окончании данного цикла анализа выходной сигнал элемента И 34 блока 5 переключения каналов управления переводит счетчик 6 циклов в следую91287:

щее положение, подключая к хроматографу для анализа очередной поток.

По окончании анализа последнего из четырех потоков счетчик 6 циклов возвращается в исходное состояние и цикл переключения потоков повторяется.

Формула Изобретения

Устройство для программного управления хроматографом, содержащее генератор одиночных импульсов, идентификатор пиков концентрации компонентов и последовательно соединенные генератор импульсов, счетчик импульсов, задатчик программы и переключатель каналов управления, вторые входы которого соединены с выходами идентификатора пиков концентрации компонентов, вход которого подключен

5

0

1010

к первому входу устройства для программного управления хроматографом, вход генератора одиночных импульсов соединен с кнопкой Пуск, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей устройства за счет последовательного анализа нескольких потоков, введены последовательно соединенные . счетчик циклов, дешифратор адреса анализируемого потока, переключател.ь анализируемого потока, формирователь блокирующих сигналов и фиксатор номера анализируемого потока, выход которого подключен к второму выходу устройства для программного управления, подключенного третьими выходами к вторьм выходам формирователя блокирующих сигналов, выход переключателя каналов управления соединен с входом счетчика циклов.

Изобретение относится к области аналитического приборостроения и может быть использовано в составе автоматических промьшленных хроматографов для контроля состава продуктов в нефтехимической и химической отраслях промышленности. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства за счет последовательного анализа нескольких технологических потоков. Устройство для программного управления хроматографом содержит генератор одиночных импульсов, генератор импульсов, задатчик программы, переключатель каналов управления, счетчик циклов, регулятор температуры, дешифратор адреса анализируемо го потока, . переключатель анализируемых потоков, формирователь блркирукяцих сигналов, идентификатор. Данное устройство позволяет с помощью одного хроматографа осуществить анализ нескольких потоков, т.е. оно позволяет производить переключение в соответствии с требуемой очередностью при условии обеспечения блокировки одновременного включения более одного потока. 2 ил. g (Л 00

f с. .cfK es.Cff

.. jy.. 4--- 4---Ф

к термореги- пятору р

Л

Влод сусипителп

ZZj

pffucmpupynuf.

nfli/ffOfy

„%W

Вход

Ктерморегулят у

Ц

еа. сек. 8ес.сек.дм/Гд и.

Редактор К.Волощук Заказ 7715/30

Техред Л.Сердюкова

Коррек Подпис

Тираж 862 ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Корректор Г.Решетник Подписное