Устройство для регулирования расхода Советский патент 1988 года по МПК G05D7/06 

(Л

.1

ройство для регулирования расхода содержит расходомер J, исполнитель- 1ый орган 2, трубопровод 3, привод 4 с датчиком 5 угла поворота дросселирующих элементов исполнительного органа 2, формирователь 6 импульсов-, реверсивный счетчик 7, задатчик 8 расхода, задатчик 11 временных интер валов, триггер 12, элементы И 13, 14,15, регистры ,18, блок 19 сравнения кодов, элемент ИЛИ 20,

77832

вьгчитатель 21 , сумматор 22, цифро- аналоговый преобразователь 23, формирователь 24 управляю1щ-1х команд, элементы 25 и 26 задержки, коммутатор 27 и формирователь 28 окончания цикла, состоящий из блока 29 сравнения кодов, триггера 30 и элемента И 3U Задатчик 1I содержит реверсивный счетчик, генератор тактовых импульсов регистр, D-триггеры, инвертор и элементы И. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к устройствам для регулирования расхода текущей среды и может быть использовано в различных отраслях промьшшен- ности в качестве технологического оборудования для управления расходом жидких и газонасыщенных сред. Цель изобретения - повьшение точности регулирования расхода. Для этого уст

1

Изобретение относится к устройствам для регулирования расхода текущей среды и может быть использовано в различных отраслях промьпштенности в качестве технологического оборудования для управления расходом жидких и газонасыщенньгх сред.

Цель изобретения - повьппение точности регулирования расхода.

На фиг.1 показана функциональная схема устройства; на фиг.2 - функциональная схема задатчика временньк интервалов; на фиг. 3 - функциональная схема формирователя управляющих команд.

Устройство содержит расходомер 1 (например, турбинный преобразователь расхода (ТПР), исполнительный орган (дроссель) 2, трубопровод 3, по кото рому транспортируется текурдая среда, привод 4 с датчиком 5 угла поворота дросселируюрщх элементов исполнительного органа 2, формирователь 6 импульсов, реверсивньй счетчик 7, задатчик 8 расхода, включающийj например, шифраторы 9-1, 9-2,..., 9-к коммутирующие элементы 10-1, 10-2, ..., 10-к, задатчик 11 временных интервалов, триггер 12, элементы И 13,14,15, регистры 16,17 и 18, блок 19 сравнения кодов, элемент ИЛИ 20, вычитатель 21, сумматор 22, цифро- аналоговый преобразователь 23 (ЦАП), формирователь 24 управляющих команд, элементы 25 и 26 задержки, коммутато 27 и формирователь 28 окончания цикл в составе блока 29 сравнения кодов, триггера 30 и элемента И 31.

Задатчик 11 временных интервалов может иметь несколько вариантов построения схемы. Например, он может быть вьтолнен на базе суммирующего кольцевого счетчика, по заполнению которого формируются команды окончания и через некоторый интервал времени - начала измерительных циклов. Но наилучшие результаты могут быть получены, если задатчик выполнен по схеме, показанной на фиг.2. Этот вариант исключает сбои реверсивного счетчика 7 при изменении режимов его работы. Задатчик 11 содержит реверсивный счетчик 32, генератор 33 так- товых импульсов, регистр 34, D-триггеры 35,...,39, инвертор 40 и элементы И 41 и 42.

Состав формирователя 24 зависит от типа привода 4, используемого для упраззления дросселем 2. Применительно к электромеханическому приводу он содержит (фиг.З) элемент 43 сравнения, два компаратора 44, 45 и ключ 46,47.

Для управления дросселем 2 может быть использован гидравлический привод с аналоговым или цифровым входами. В первом случае формирователь 24 должен включать элемент сравнения и усилитель, а во втором - только согласующие усилители по числу разрядов командного слова.

Устройство работает следующим образом.

Весь диапазон регулирования расхода текущей среды, определяемьй углом поворота дросселирующих элементов 2,

313

разбивают на некоторое число дискретов, например, N , по которому устанавливают разрядность (емкость) регистра 18. Коэффициент передачи преобразователя 23 выбирают таким образом, чтобы электрический сигнал, формируемый на его выходе при полном заполнении регистра 18, был равен сигналу, снимаемому с датчика 5 в крайнем положении дросселирующих элементов 2, соответствз щему максимальному расходу текугцей среды, равному, например, (,.

Предварительно осуществляют настройку блока 8 на заданные режимы регулирования расхода текущей среды. Для этого по проливочной характеристике Q f(G) ТПР 1 определяют число импульсов, соответствующее Qr,ox5 считьгеаемых с его выхода при максимально возможном расходе текущей среды.G.mgj, за интервалы времени, равные 1 с. Это число импульсов соответствует максимальной частоте их еле-

дования F д . Тогда коэсЪфициент Кр передачи по частоте может быть определен как отношение

V - Nmax

f V max

Для приведения в соответствие величины сигнала рассогласования и угл перестройки дросселирующих элементов 2 выбирают длительность Т цикла регулирования з-адатчика 1 1, численно

равной коэффициенту К ,

т.е.

1

N

max

К

По проливочной характеристике ТПР определяют частоты F, , F,..., следования измерительных импульсов на заданных режимах работы устройства, соответствующих расходам текущей среды Сг, , G, Gj и т.д.

По следующей формуле для каждого из этих режимов находят значения кодов, которые должны быть сформированы для поворота дросселирующих элементов 2 на углы, обеспечивающие расходы текущей среды G,, Gj, G и т.д.

..

Полученные значения кодов запись - вают в шифраторы 9-1., 9-2,...,9-к задатчика 8. Кроме того, в регистр 34 задатчика 11 записывают код вре

5

5

0

менной уставк и, определяющей длительность цикла регулирования С .

Дпя пуска устройства в работу в задатчике в задатчике 8 замыкают коммутирующий элемент 10-1, вследствие чего на информационные входы счетчика 7 с шифратора 9-1 поступает управляющий код N,. В регистр 18 записывают ту же величину кода N, и за счет контура обратной связи, включающего элементы формирователя 24 и датчик 5,, дроссель 2 поворачивается на угол, соответствующий коду N,. Затем включают подачу текущей среды к потребителям и в трубопроводе 3 устанавливается ретсим расхода, равный G, , при котором на выходе ТПР формируется последовательность импульсов с частотой F, ,Схема устройства .работает циклически. Дпительность цикла постоянна и определяется кодовой уставкой регистра 34. В начале каждого цикла задатчик 11 формирует импульсный сигнал НАЧАЛО 1ЩКЛА, который поступает на вход предуставки счетчика 7 и на первый вход триггера 12. По этой команде в счетчик 7 записьгоается 0 код N,, сформированный на выходе

задатчика 8, а триггер 12 устанавливается в единичное состояние, открывая элемент И 14. Импульсы напряжения с выхода расходомера ТПР 1 через формирователь 6 начинают поступать на вход вычитания реверсивного счетчика 7, .последовательно уменьщая его содержимое. При несоответствии секундного расхода текущей среды заданному значению G, счетчик 7 формирует сигнал ощибки в виде некоторого кодового числа лп;. Например, по каким-либо причинам расход текущей среды уменьшается на величину &G,. . 5 Частота следования импульсов с выхода расходомера ТПР 1 также уменьшается и содержимо е счетчика 7 за интервал времени f не будет досчитано . до нуЛя..

По окончании цикла регулирования задатчик 11 формирует импульсньй сигнал КОНЕЦ 1ЩКЛА, по которому остаток содержимого счетчика 7 и состояние триггера 12 переписываются в регистр 16. Импульс КОНЕЦ ЦИКЛА возбуждается задатчиком 11 таким образом, чтобы в момент его появления переходной процесс в счетчике 7 от действия очередного импульса измери5

0

0

5

10

15

20

25

51377832

тельной частоты закончился. Сразу же после снятия импульса КОНЕЦ ГЩКЛА задатчик 11. формирует сигнал НАЧАЛО ЦИКЛА и цикл регулирования повторяется .

В задатчике 11 начало каждого цикла сопровождается записью в счетчике 32 кода регистра 34. Счетчик работает в режиме вычитания импульсов генератора 33. При считывании содержимого этого счетчика до нуля на его выходе переноса появляется сигнал лог. 1. С помощью триггеров 35 и 36 он синхронизируется с передним фрон-: том импульса измерительной частоты, для чего С-вход триггера 36 соединен с выходом формирователя 6. Поскольку счетчик 7 производит считывание импульсов измерительной частоты по их задним фронтам, а его быстродействие достаточно высоко, то в момент пере- ключения триггера 36 переходной про-. Десс в счетчике 7 закончится и остаток его содержимого можно переписывать в регистр 16. Это осуществляется с помощью схемы синхронизации, собранной на триггерах 37 - 39 и логических элементах 40,42, которые включаются по переднему фронту импульса на выходе триггера 36, формируя сигнал КОНЕЦ ЦИКЛА, равный по длительности паузе между импульсами образцовой частоты. Со сдвигом на период частоты генератор а 33 относительно этого сигнала на выходе элемента И 41 формируется одиночный импульс НАЧАЛО 1ЩКЛА, действие кото рого было рассмотрейо выше. Далее .. цикл работы схемы повторяется.

При увеличении секундного расхода текущей среды относительно заданного значения Gj частота измерительных импульсов, формируемых: на выходе ТПР, также увеличивается и за период времени Т содержимое счетчика 7 успевает уменьщитвся до нуля. При этом на его выходе формируется сигнал переноса в виде лог.1. Он подается на вход R принудительной установки в о счетчика 7 и на вход обнуления триггера 12. В результате изменяется состояние элементов И 13,14 и выход формирователя 6 подк лючается к суммирующему входу счетчика 7, Последний накапливает число измерительных импульсов до прихода сигнала КОНЕЦ ЦИКЛА, по которому полученный код йП; рассогласования и его знак (нулев

ны и в в

гл ю с к

н о

по н эл п

оп

йП

си сч хр сл

II

му м е ин эл дл те ни ет

си ва ст

ст ки ет

ва ет од ро

ил за ст

30

35

40

45

50

0

5

0

5

вой сигнал с прямого выхода триггера 12) переписываются в регистр 16.

Таким образом, каждый измерительный цикл заканчивается выделением информации о величине и знаке сигнала рассогласования, которая фиксируется в регистре 16 и затем обрабатывается в следующей последовательности:

-блок 19 сравнивает сигнал рассогласования й.п, с кодом Nj , определяющему зону нечувствительности устройства (обычно NJH составляет 1-2 дискрета) . и при йп ; N ,ц формирует

на своем выходе напряжение, которое открывает элемент И 15;,

-через некоторый интервал времени после окончания измерительного цикла на первом выходе задатчика 11 формируется сигнал, который через открытый элемент И 15 и элемент ИЛИ 20 поступает на управляющий вход вычитателя

21;

-по этой команде вычитатель 21 определяет разность кодов , равную

йП; - Л.П,-, , где - КОДОВЫЙ

сигнал рассогласования, выделенньй счетчиком 7 на пре 1ыдущем цикле и хранящийся в регистре 17 (в данном случае йП ;., О), а также знак этой разности в виде лог. сигналов О или

II I П

-знаковые сигналы управляют коммутатором 27, если О, то информационный вход коммутатора подключается к его другому выходу, и через интервал времени, равньш настройке элемента 26 задержки и достаточный для выполнения всех операций вычита- телем 21, командный импульс напряжения с выхода элемента ИЛИ 20 поступает на управляющий вход сумматора 22;

-последний в зависимости от знака сигнала рассогласования лп; увеличивает или уменьщает содержимое регистра 18 на величину 6 ;

-через интервал времени, соответствующий уставке элемента 25 задержки, результат вычисления переписывается в выходной регистр 18;

-напряжение на выходе преобразователя 23 увеличивается или уменьшается, вследствие чего срабатывает один из компараторов 44 и 45 формирователя 24, замыкается его ключ 46

или 47 и привод 4 приоткрывает или закрьгоает дроссель на угол, соответ- ствзпощий числу дискретов кода Лп; (йп);

0

5

0

5

0

-расход текущей.среды в трубопроводе 3 изменяется и становится равным заданому значению G, ;

-перед окончанием измерительного цикла на третьем выходе задатчика 11 возбуждается командный импульс напряжения, по которому содержимое регистра 16 переписьгаается в регистр 17.

Дпя изменения уровня регулируемого расхода в работу включается другой шифратор задатчика 8. Например, переключаются коммутирующие элементы 10-1, 10-2, на информационных входах счетчика 7 устанавливается код N и схема устройства начинает перестраиваться на режим расхода, равный величине GJ. По истечении измерительного цикла, на которьй пришлась смена управляющей информации, на выходах счетчика .7 выделяется сигнал рассогласования лп, равный разности кодов N, - N, . Этот сигнал поступает на первые информационные входы сумматора 22 и суммируется с кодом выходного регистра 18. В резултате его -содержимое увеличивается, а преобразователь 23 вносит соответствующую коррекцию в настройку формирователя 24. Исполнительный орган 2 занимает йругое положение, соответствующее меньшему перепаду давления на его дросселирую элементах, что является достаточным условием для увеличения секундного расхода текущей среды. Причем регулируемая величина изменяется не скачкообразно а по некоторой кривой, отражающей реакцию системы на управляющее воздействие.

В общем случае одной перестройки дросселя 2 может оказаться недостаточно для полной компенсации возникшего сигнала рассогласования. Тогда схема устройства без лишних потерь времени включается на повторнутэ коррекцию расхода текутдей среды. Эта задача решается с помощью формирователя 28. Он включается в работу каждьй раз, когда вычитатель 21 выявляет положительную разность сиг- , налов, рассогласования и дает команду на перестройку дросселя 2, Одновременно эта команда поступает на третий вход формирователя 28 и устанавливает в единичное состояние триггер 30, подготавливая к открытии элемент И 31, На участке переходного процесса разность 6 кодов, определя-

емая вычитателем 21 отрицательна (лп;-йДП; | ) и К информационному входу коммутатора 27 остается подключенным его первый выход. Поэтому импульсные сигналы с выхода элемента 26 задержки транслируются на второй вход формирователя 28 и далее на один из входов элемента И 31, Переход- ный процесс можно считать закончившимся, если абсолютное значение разности кодов уменьшается до нескольких дискретов (обычно до 2-4 единиц, Это пороговое значение переходной характеристики в виде кодовой уставки

N

Кн

введено в блок 29 через одну

0

5

0

5

0

5

0

5

группу его входов, а через.его другую группу входов поступает разность 6 кодов с выходов вычитателя 21, Блок 29 сравнивает эти коды и,, когда NK станет равным или превысит число & , формирует на своем выходе единичный сигнал, открывающий элемент И 31, Очередной импульс напряжения, поступающий в формирователь 28, проходит на его выход и поступает далее на вход обнуления регистра 17 и на вход элемента ИЛИ 20, Регистр 17 приводится в исходное состояние, а вычи- татель 21 выделяет на своих выходах фактический сигнал ошибки , равный, например, in со знаком плюс. Этот сигнал, аналогично описанному, поступает на первые входы сумматора 22 и суммируется с кодом регистра 18, Угол поворота дросселирующих элементов 2 увеличивается на число дискре-; тов кода uHj и расход текущей среды становится равным G2.

В общем случае возмущающее воздей- ствие в рассматриваемом контуре регуг лирования может носить произвольньм характер. Каждый раз производится перестройка дросселя 2, причем глубина этих коррекций пропорциональна разности сигналов рассогласования, вьщеляемых в конце текущего и пре- , .7 дыдущего измерительных циклах,.т,е, скорости изменения регулируемого параметра. Окончание переходного режима и необходимость повторной коррекции расхода текущей среды для устранения имевшего место возмущения устанавливается с помощью формирователя 28, аналогично описанному.

Формула из обретения

1, Устройство для регулирования расхода, содержащее расходомер установленный на трубопроводе и подклю-. ченный выходом к входу формирователя импульсов, исполнительный орган с приводом, реверсивный счетчик, рАз- рядные выходы которого соединены с разрядными входами первого регистра, задатчик расхода, первый и второй элементы И, соединенные выходами соответственно с суммирующим и вычй- входами реверсивного счетчика аадатчик временных интервалов, цифро аналоговый преобразователь, первый элемент задержки, два блока сравнения кодов,последовательно соединенны третий элемент И и элемент ИЛИ, а такке коммутатор и четвертый элемент И, о тлич ato pje е ся тем,что, с целью повьпцения точности, в устройство введены два триггера, второй элемент задержки, второй и Третий регистры, датчик угла поворота, формирователь управляющих команд, сумматор и .вычитатель кодов, причем выходы задатчика расхода соединены с информационными входами реверсивного счетчика, выход переноса которого соединен с входами установок в О реверсивного счетчика и первого триггера, подключенного инверсным и прямым выходами к первым входам соответственно первого и второго элементов И, вторые входы которых соединены с выходом формирователя импульсов и входом задатчика временных интервалов, подключенного первым выходом к управляющему входу первого регистра, вторым выходом - к управляющему входу второго регистра,, а третьим выходом - к первому входу третьего элемента И, к входу установки в 1 первого триггера и входу начальной установки реверсивного счетчика, датчик угла поворота соединен выходом с первым входом формирователя управляющих команд, подключенного первьм и вторым.выходами с соответствующими входами привода исполнительного органа, а вторым входом - с выходом цифроаналогового преобразователя, второй вход третьего элемента И соединен с выходом перво- .го блока сравнения кодов, первые входы которого подключены к соответствующим выходам задатчика зоны не- чувствительности а вторые входы - к соответствующим информационным входам BTOjioro регистра, первым входам вычитателя и выходам первого регист0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

ра, знаковый вход которого соединен с прямым выходом первого триггера, а знаковьй выход - со знаковым входом сумматора, соединенного первыми входами с соответствующими выходами третьего регистра и входами цифро- аналогового преобразователя, вторыми входами - с соответствующими выходами вычитателя и первыми входами второго блока сравнения кодов j а выходами - с соответствующими информационными входами третьего регистра, подключенного управляющим входом к выходу первого элемента задержки, выход элемента ИЛИ соединен с входом второго элемента задержки и управляющим входом вычитателя, вторые входы которого соединены с соответствующими выходами второго регистра, а знаковый вьЬсод вычитателя соединен с управляющим входом коммутатора, информационный вход которого соединен с выходом второго элемента задержки, первый вход четвертого элемента И соединен с выходом второго блока сравнения кодов, подключенного вторыми входами к соответствую1цим выходам задатчика порога, второй вход четвертого элемента И соединен с первым выходом коммутатора, подключенного вторым выходом к первому входу второго триггера, взводу первого элемента задержки и управляющему входу сумматора, третий вход четвертого элемента И соединен с выходом второго триггера, а выход четвертого элемента И соединен- с вторым входом второго триггера, вторым входом элемента ИЛИ и входом установки в О второго регистра.

2, Устройство по П.1, о т л и .- ч а: ю щ е е с я тем, что задатчик временных интервалов содержит генератор тактовых импульсов, регистр, реверсивный счетчик, пять D-триггеров, элемент НЕ и два элемента И, причем выходы регистра соединены с соответствующими информационными входами . реверс ивного счетчика, подключенного выходом к тактовому входу первого триггера, соединенного D-входом с выходом задатчика единичного сигнала, а выходом - к D-входу второго триггера, у которого инверсный выход соединен с входом начальной установки реверсивного счетчика и входом установки в о первого триггера, а прямой выход соединен с тактовым входом

третьего триггера, подключенного выходом к D-входу четвертого триггера, соединенного инверсным выходом с входом установки в О третьего триггера, а прямым выходом - с первым входом первого элемента И и D-входом пятого триггера, подключенного выходом к первому входу второго элемента И, выход генератора тактовых импуль-, сов соединен с входом вычитания реверсивного счетчика, тактовыми вхо

дами четвертого и пятого триггеров и входом элемента НЕ, подключенного выходом к вторым входам первого и второго элементов И, при этом тактовый вход второго триггера является входом блока, выход первого элемента И является первым выходом задатчика, выход реверсивного счетчика - вторым выходом задатчика, а выход второго элемента И - третьим выходом задатчика.

Фиг. 2

44

у у

L

45

/

Ъ

45

щ

ki

Фиг.З