Регулятор Советский патент 1991 года по МПК G05B11/26 

Пгизбретение относится к электронным техническим средствам автоматизации технологических процессов и может быть использовано э различных отраслях промьпилеиности в качестве anajioroFsoro регулирующего блока.

Цель изобретения - повышение точности регулирования в системах с большим транспортным эапаэдьгааннем путем форм 1рова шя чередующихся интервалов регулирования, пропорцио- нальк ьпс рассогласованию, и пауз, пропорциональньвс тpaнcпopтнo iy за- паздьгаанкго,

На чертеже представлена функцио™ напььгая схема регулятора.

Регулятор содержит предварительный усилитель 1, цепь 2 корректировки транспортного запаздывания эле- мент 3 корректировки сигнала уставки Норма, элемент 4 формирования ре- глнма Верхний предел нормы элемент 5 форьшрования режима Нижний предел пор№1,, первую 6, вторую 7, третью 8 и четвертую 9 цепи развязки, блок . 10 це{тей исполюттельньгх механизмов с первым 11 и вторым 12 реле, допол- нительньй блок О цепей исполнительиых механизмов с первым-14 и вторым 15 рсше, перпый 16 и второй 17 резис тивные делители напряжения, первый , 18 и второй 19 блоки формирования режима Регулирова ше-пауза, сдво- выключатель 20, первый 21 и второй 22 замьжающие контакты первого и второго реле блока цепей исполнительных sexaнизмoв.

В первую и вторую цепи развязки дополнительного блока исполнительных механизмов входят развязывающие резисторы 23., 24, диоды 25, 26, опера- .ционшзШ усилители 27 28, резисторы 29, 30, оптроны 31, 32.

В резистивные делители напряжения входят резисторы 33, 34 и регулируемые резисторы 355 36.

Первый и второй блоки формирования режимов Регулирование-пауза содержат первые регулируемые резисторы 37, 38, первые группы 39, 40 за- мыкающих и разМькающих контактов, соответственно первого и второго реле дополнительного блока цепей испол 51ительных механизмов5 первые резисторы 41, 42,, первые конденсаторы 43, , вторые регулируемые резисторы 45 46) разнп: ываюп ие резисторы 47, 48, лторыс группы 49, 50 эамыкаюп(их и .

Q 5

O 5 О

0 5

5

0

5

размыкаю1цих контактов соответственно первого и второго реле допол1т- тельного блока цепей исполнительных механизмов, вторые резисторы 51, 52, вторые конденсаторы 53, 54.

Регулятор работает следующим образом.

При отжатой кнопке вьключателя 20 силовые цепи исполнительных механизмов подключены к первому 11 и второму 12 реле блока 10 исполнительных механизмов. В этом случае регулятор осуществляет эффективное регулирование в системах, где величина транспортного запаздывания невелика (например, необходимо только учесть инервдонность исполнительных механизмов ) ..

Б этом режУ1ме до тех пор, пока входной сигнал, приведенный к первым входам первой 6 или второй 7 цепи развязки, не станет больше по абсолютной величине разноименного с ним напряжения, сформированного элементом А формирования.режима Верхний пpeдeJJ нормы мл и элементом 5 форнировагшя режима Нижний предел нормы, первое 1 и второе 12 реле обесточены, и силовые цепи исполнительных мехаш1змов отключены.

В момент, когда входной сигнал регулятора, приведенный, например, к первому входу первой 6 цепи развязки, превысит по абсолютной величине разноименпьй с ним сигнал, со- ответствуюц,лй уровню Верхний предел HopMbi, резко возрастет коэффициент ус1-шения усилителя этой цепи развязки, что приведет к отпирадатю операционного усилителя этой цепи развяз- кнз и выходной ток упомянутого усилителя обеспечит срабатывание оптро- иа и включьпие первого 11 реле, со- ответству 01цие контакты которого отключены от второго входа первой 6 цепи развязки элемент 4 формирования режима Верхний предел нормы, увеличивают коз(1фициент передачи цепи 2 корректировки транспортного запаздываний 5 включают силовые цели блока 10 исполнительных механизмов. Пpичe испопнительные механизмы так воздей - ствуют на параметры контролируемого процесса, чтобы добиться вновь запн- усилителя. Это произойдет в тот момент времени, когда сигнал па выходе цепи 2 корректировки транспортного запаздьшания сравняется с

сигналом уставки Норма на выходе элемента 3 (элемент А формирования режима Верхний предеп нормы при этом еще отключен). При запирании усилителя оптрот, размьжаясь, обесточивает первое реле 11 и отключает силовые цепи блока 10 исполнительных механизмов. Все контакты этого реле переходят в нормальное состояние, подключая к второму входу цепи 6 элемент 4 и переводя коэффициент передачи цепи 2 корректировки транспортного запаздывания в исходное состояние.

Аналогично регулятор работает и в случае выхода контролируемого па- раметра за границу Нижнего предела нормы. Однако в этом случае отопрется операционный усилитель второй цепи 7 развязки, включится второе реле 12, соответствующие контактны которого отключают от второго входа

второй цепи 7 развязки элемента 5 формирования режима Нижний предел нормы, уменьшают коэф(1)ициент передачи цепи 2 корректировки транспортного запаздьшания, включают силовые

При срабатывании первого 11 реле его соответствующие контакты отключают от второго входа первой-цепи 6 развязки элемент А формирования режи ма Верхний предел нормы, увеличивают коэффициент передачи цепи 2 кор ректировки транспортного запаздьшания, а группа контактов 21 отключает первый вход третьей цепи 8 развязки от общей шины и подключает этот вход к выходу первого резистив- ного делителя 16. При этом на инвер- тируюп ий вход усилителя 27 цепи 8 развязки поступает отрицательное . входное напряжение (при прохождении входного сигнала через предварительный усилитель 1 знак этого сигнала изменяется). Неинвертирующий вход усилителя 27 через регулируемый резистор 45 регулировки длительности паузы, размыкающий контакт группы 39 первого реле 14 дополнительного блока 13 и резистор 41 цепи разряда 25 первого конденсатора 43 подключен к общей шине. Отрицательньй сигнал на инвертирующем входе усилителя 27 вызовет запирание диода 25, резкое увеличение коэффициента ус1тения усицепи блока. 10 исполнительных механиз-, мов. Процесс регулт1рования будет про- лителя 27, выходной ток которого вы- исходить до тех пор, пока не запрет- зовет срабатывание оптрона 31 и перся усилитель второй цепи 7 развязки. вого реле 14 дополнительного блока

13. Контакты этого реле включают силовые цепи исполнительных механиз-- мов - начинается процесс регулироваПри использова1ии регулятора в качестве регулирующего элемента в системах с большим транспортным запазды- 35 Размыкающий контакт группы 49 ванием нажатием кнопки вьпшючателя контактов первого реле 14 размьжает- 20 отключаются силовые цепи нсполни ся, а замькающнй контакт этой группы замыкается, чем обеспечивается через разрядный резистор 51 перезарядка обкладок второго конденсатора 53 до потенциала отрицательного вьгоода источника питашш. Размыкающий контакт группы 39 контактов при размыкании отключает первьй 43 конденсатор от разрядного резистора 41 и подключает этот конденсатор к регулируемому резистору 37 цепи заряда первого конденсатора 43. Этот конденсатор начиг -. нает заряжаться приведенным отрицательным выходным сигналом цепи 2 корректировки транспортного запаздывания. Тем самым отрицательный потенциал на неинвертирующем входе операци- онного усилителя 2/ третьей цепи 8 развязки начинает расти по абсапют- ной величине. Примем скорость его нарастания опр.едшляется постоянной вре,- мени заряда ,. Регулирование

тельных механизмов от первого 11 и второго 12 реле блока 10 исполнительных механизмов и подключаются соответственна к первому 14 и второму 15 реле дополнительного блока 13 цепей исполнительных механизмов.

В этом случае регулятор работает следующим образом.

Если входной сигнал регулятора пре превысил по уровню Верхний предел нормы, заданный элементом 4, откроется усилитель первой .цепи 6 развязки и сработает первое реле 11 блока 10 исполнительных механизмов. Однако регулирование еще не начнется, так как силовые цепи исполш1тельных механизмов в этом реяотме отключены от первого 11 и второго 12 реле и пбд- ключены соответственно к первому 14 и второму 15 реле дополнительного блока 13.

10

40203

При срабатывании первого 11 реле его соответствующие контакты отключают от второго входа первой-цепи 6 развязки элемент А формирования режима Верхний предел нормы, увеличивают коэффициент передачи цепи 2 корректировки транспортного запаздьшания, а группа контактов 21 отключает первый вход третьей цепи 8 развязки от общей шины и подключает этот вход к выходу первого резистив- ного делителя 16. При этом на инвер- тируюп ий вход усилителя 27 цепи 8 развязки поступает отрицательное . входное напряжение (при прохождении входного сигнала через предварительный усилитель 1 знак этого сигнала изменяется). Неинвертирующий вход усилителя 27 через регулируемый резистор 45 регулировки длительности паузы, размыкающий контакт группы 39 первого реле 14 дополнительного блока 13 и резистор 41 цепи разряда 25 первого конденсатора 43 подключен к общей шине. Отрицательньй сигнал на инвертирующем входе усилителя 27 вызовет запирание диода 25, резкое увеличение коэффициента ус1тения уси15

20

, лителя 27, выходной ток которого вы- зовет срабатывание оптрона 31 и первого реле 14 дополнительного блока

Размыкающий контакт группы 49 контактов первого реле 14 размьжает-

ся, а замькающнй контакт этой группы замыкается, чем обеспечивается через разрядный резистор 51 перезарядка обкладок второго конденсатора 53 до потенциала отрицательного вьгоода источника питашш. Размыкающий контакт группы 39 контактов при размыкании отключает первьй 43 конденсатор от разрядного резистора 41 и подключает этот конденсатор к регулируемому резистору 37 цепи заряда первого конденсатора 43. Этот конденсатор начиг -. нает заряжаться приведенным отрицательным выходным сигналом цепи 2 корректировки транспортного запаздывания. Тем самым отрицательный потенциал на неинвертирующем входе операци- , онного усилителя 2/ третьей цепи 8 развязки начинает расти по абсапют- ной величине. Примем скорость его наастания опр.едшляется постоянной вре,- ени заряда ,. Регулирование

будет продолжаться до тех пор, пока либо HS отключится первое реле 11 (контакт 21 этого реле обеспечит подключение первого входа третьей развязывающей цепи. 8 к .общей BJHHe)j либо до тек нор noka уровень сигнала на нвнивертирукшкем входе усилителя 21 . ке станет более отрицательным, чем уровень сигнала на инвертирующем входе этого усилителя. Если в момент Bpet-шин fc напряжение заряда на первом конденсаторе превысит по уровнлс снгнап на инвертирующем входе усилителя 27J то откроется диод 25, операционный усилитель 27 запрется, orsfpoH 3t при раэмьисании отключит первое реле 14, и тем самьн обесточит силовые, цегй-s исполнительных механизмов. Заканчг-гпается первый этан .р.егулирования. Начинается пауза.

В этом режиме размыкающий контакт группы 49 подключает заряженную дй уропзш потенциала отрицательного вывода источника питания обкладку вто- рого конденсатора 53 через развязы- вающ-гЛ резистор 47 к неинвертирующему вкоду усилителя 27, а размыкающий контакт группы 39 подключает резис- . тор 41 депи разряда первого конденса- тора 43. Конденсатор 43 быстро разряжается через резистор 41, а второй конденсатор 53 начинает разряжаться по цепи , R.f5j R, со скоростью,

опред 1ляемой постоянной времени (R47

+ «45+ 4)) Cg5 , Усилитель 27 не откроется до тех пор, пока уровень сигишш на неинвертирующем входе .(напряжение на конденсаторе ) не станет более положительным, чем уровень сигнала на инвертирующем входе усилителя 27.

Когда в процессе разряда второго ..конденсатора такой момент насту- пит (время то запрется диод 25, откроется усилитель 27, сработает f оптрон 31J включается первое реле 14 и. силовые цепи исполнительных механизмов, замыкаютций контакт группы 49 первого реле 14 подключит второй - конденсатор 53 к резистору 51 обеспечивая перезаряд обкладок конденсатора до уровня потенциала отрицательного вьшода источника питания, а замыкающий контакт группы 39 подклго- чит первый конденсатор 43 к регулируемому резистору 37 цепи заряда пер вого конденсатора 43.

Этим заканчивается пауза, и на- (чинается очередной зтап - регулирование.

Предыдущая пауза в регулировании по длительности должна учесть транспортное запаздывание в системе (инерционность технологических процессов) с т.ем, чтобы очередной этап регулирования начался с установившегося состояния контролируемого процесса (объекта).

В дальнейшем цикле регулирование-пауза будут продолжаться до тех nopj пока уровень сигнала на выходе цепи 2 корректировтсн транспортного запаздывания не сравняется по абсолютной величине с сигналом уставки Норма элемента 3 корректировки сигнала уставки Норма, т.е. пока на первом входе первой цепи 6 не окажется нулевой уровень сигнала. В этом случав запрется усилитель первой цепи 6 развязки, разомкнется с оптрон этой цепи и выключится первое реле 11..Соответствующие контакты зтого реле переведут цепь 2 кор- ректиров1ш транспортного запаздывания в исходное состояние, подключат к второму входу первой цепи 6 эле- MeifiT 4 формирования режима Верхний предел норны, а замыкающий контакт 21 первого реле 11 подклюхшт первый вход третьей цепи 8 развязки к общей шине, чем обеспечивается отпира- ние диода 25 и запирание: усилителя 27. Разомкнутый оптрон 31 отключает первое реле 14 дополнительного блока 13 и обесточивает силовые цепи.исполнительных механизмов (прекратится регулирования), а замыкающий контакт группы 39 контактов первого реле 14 допелнительного блока 13 отключит первый конденсатор 43 от регулируемо го резистора 37, а размы1сающий контакт группы .49 контактов этого реле замкнет цепь разряда второго конденсатора 53.

Регулятор приведен в исходное состояние.

Рассмотрим работу в случае, когда входной сигнал регулятора по уровню выйдет за гптаний предел нормы, заданный элементом 5i При этом откроется усилитель второй цепи 7 развязки и сработает-второе реле }2 блока 10 исполнительных механизмов. Соответ- ствую11Щв контакты, этого реле отключают от второго в5сода второй цепи 7

развязки элемент 5 формирования режима Нижний предел нормы, уменьшают коэффициент передачи цепи 2 корректировки транспортного запаздывания, а контакт 22 отключает первый вход четвертой цепи 9 развязки от общей шины и подключает этот вход к выходу второго резистивного делителя 17 напряжения. При этом на инвертирующий вход усилителя 28 поступает положительное входное напряжение, вызьшаю- щее запирание диода 26 и резкое увеличение коэффициента усиления усилителя 28. Возросший выходной ток этого -усилителя вызывает срабатывание оптрона 32 и второго 15 реле дополнительного блока 13. Контакты этого ре- лё включают силовые цепи исполнительных: механизмов - начинается процесс регулирования.

Размыкающий контакт группы 50 контактов второго реле 15 размыкается, а замыкающий контакт этой группы замы

размьткаясь, отключит второе реле 15 , и тем самым обесточит силовые цепи исполнительных механизмов. Заканчивается первый этап регулирования. Начинается пауза.

При отключении второго реле 15 дополнительного блока 13 размыкающий контакт 50 группы контактов этого реле подключает заряженную до уровня потенциала положительного вывода источника питания обкладку второго конденсатора 54 через развязывающий резистор 48 к неинвертирующему входу усилителя 28, а размыкающий контакт 40 группы контактов подключарт резистор 42 цепи разряда первого конденсатора 44. Конденсатор 44 быстро разряжается через.резистор 42, а второй конденсатор 54 по цепи

определяемой постоянной времени (R, R,,) С тех

начинает разряжаться j , скоростью

4«

откроется до

5Л

пор,

Усилитель 28 н пока уровень

Изобретение относится к электронным техническим средствам автоматизации технологических процессов и может бьл ь использовано в различных отраслях промышленности в качестве аналогового регулирующего блока. Цель .изобретения - повьппение точности регулирования в системах с большим транспортным запаздьюа1шем путем формирования чередующихся интервалов регулирования, пропорциональных рассогласованию, и пауз, пропорциональ- транспортному запаздыванию. В регулятор входят предварительный усилитель 1, цепь 2-корректировки транс- портного запаздывания, элемент 3 корректировки сигнала уставки Норма, элемент 4 формирования режима Верхний предер нормы, элемент 5 формирования режима Ни;;;пий предел нормы, первая 6, вторая 7, третья 8 и четвертая 9 цепи развязки,блок 10 цепей исполнительных механизмов с первым 11 и вторым 12 реле, допел(штельный блок 13 цепей ислолнительньп; механизмов с первым 14 и вторым 15 реле, первый 16 и второй 17 резистивные дeлитeJШ напряжения, первый (В и второй 19 бло1си формирования режима Регулирование-пауза, сдвоен ый выключатель 20, первый 21 и второй 22 замыкающие контакты первого и второго реле блока цепей исполнительных механизмов. 1 з.п. ф-лы. 1 ил., о В

кается, чем обеспечивается раз-25 сигнала на неинвертирующем входе

(напряжение на конденсаторе 54) н станет меньше уровня сигнала на и вертирующем входе усилителя 28. К да в процессе разряда второго кон

рядный резистор 52 перезарядка обкладок второго конденсатора 54 до потен- 1щала положительной клеммы источника питания. Размыкающий контакт группы. 40 контактов, размыкаясь, отключает первый конденсатор 44 от резистора 42 и подключает этот конденсатор к регулируемому резистору 38 цепи заряда первого конденсатора 44. Этот конденсатор начинает заряжать ;я приведенным положительным выходным сигналом .цепи 2 корректировки транспортного запаздывания. Тем самым па)ожи- тельный потенциал на-неинвертирующем входе операционного усилителя 28 четвертой цепи 9 развязки начинает расти. Причем скорость его нарастания определяется постоянной времени цепи заряда Rj8C4.4. Регулирование будет продолжаться до тех пор, пока либо не отключится второе реле 12 (кон- такт 22 обеспечит подключение первого входа четве)той цепи 9 развязки к общей вшне), либо до тех пор, пока уровень сигнала на неинвертирующем входе усилителя 28 не превысит (станет более положительным) сигнала на йнвертирунлцем входе этого усилителя. Если S момент времени t , напряжение заряда на первом С конденсаторе превысит по уровню сигнал на Инвертирующем входе усилителя 28, то откроется диод 26, операционный усилитель 28 запрется, оптрон 32,

сигнала на неинвертирующем входе

(напряжение на конденсаторе 54) не станет меньше уровня сигнала на инвертирующем входе усилителя 28. Когда в процессе разряда второго конденсатора 54 такой момент наступит (время t), запрется диод 26, откроется усилитель 28, сработает оптрон 32, В1спючатся второе реле 15 и силовые цепи исполнительных механизмов, замыкающий контакт группы 50 второго реле 15 подключит второй конденсатор 54 к резистору 52, обеспечивая перезаряд обкладок конденсатора до уровня потенциала положительного вывода источника питания, а замыкающий контакт группы 40 подключит первый конденсатор 44 к регулируемому резистору 38 цепи заряда первого конденсатора 44.

Этим заканчивается пауза и начинается очередной этап регулирования.

В дальнейшем цикл,. регулирование- пауза будет продолжаться до тех пор, пока уровень сигнала на входе цепи 2 корректировки транспортного запаздывания не сравняется по абсолютной веичине с сигналом уставки Норма

элемента 3 корректировки сигнала усавки Лорма, т.е. пока на первом входе второй цепи 7 развязки не повится нулевой уровень сигнала. В этом случае запрется усилитель втоой цепи 7 развязки, разомкнется опт- рои этой цепи и выключится второе

IS

20

реле 12. Соответствующие контакты этого реле переведут цепь 2 корректировки транспортного запаздывания в исходное состояние, подключат к второму вкоду второй цепи 7 элемент 5 форшфоваии режима Нижний предел нормы, а замыкающий контакт 22 второго,реле подключит первый вход четвертой цепи 9 развязки к общей шине, чем обеспечивается отпирание диода 26 и запирание усилителя 2ST. каясь, оптрон 32 от СЯ очает второе репе 15 дополнительного блока 13, обесточивает силовые цепи исполнительных механизмов (прекратится регулирование), а замыкающий контакт группы 40 контактов второго реле 15 отключит первьй конденсатор 44 от ре |гулируемого резистора 38, а кающий контакт группы 50 контактов второго реле 15 замкнет цепь разряда второго конденсатора 54,Регулятор приведен в исходное состояние.

Изменение длительности интервалов регулирования может достигаться э регуляторе двояким образом: при фиксированных параметрах.первого (второго) 16 (1.7) резистявпого делителя - путем gg изменения резистивности регулируемого резистора 37 (38), а-при фиксированной величине резистивности регулируемого резистора 37 (38) - путем Изме- нею1Я коэффициента передачи разис- тивпого делителя 16 (17) с помощью регулируемого резистора 35 (36).

Изменение длительности интервалов цауз обеспечивается резистором 45 (46) регулировки длительности ггаузы.

Дпя уменьшения влияния первого 43 i (44) конденсатора на процесс разряда второго 53 (54) конденсатора через резисторы R 47 (йдв) , (R), R 4

тельный блок цепей исполнительных ханизмов, третья и четвертая цепи развязки, первый и второй резистив ные делители напряжения, первый и второй блоки формирования режимов Регулирование-пауза и сдвоенный выключатель, оба входа которого со единены с выходом цепи корректиро транспортного запаздывания, а пер и второй выходы - с входами соотве ственно первого и второго блоков формирования режимов Регулировани пауза и через первый и второй пос довательно соединенные резистивны делители напряжения и присоединен к общей шине замыкающие контакты ответственно первого и второго рел блока цепей исполнительных механи мов - с информационньми входами с ответственно третьей и четвёртой, ц .пей развязки, управлягоадие входы к рых подключены к выходам соответс венно первого и второго блоков фор 25 миронания режимов Регулирова гае-п за, а выход каждой из них - к со ответствующему входу дополнительн блока цепей исполнительных механи мов.

35

40

пауза содержит первьй регулируемы резистор, первый вывод которого яв ется входом блока, а второй его вь через замыкающий контакт первой группы контактов соответствующего реле, дополнительного блока цепей и полнительных механизмов соединен первой обкладкой первого ка1щенсат рар вторая обкладка которого подс единена к общей шине, связана чер первый резистор с размьпсающим кон тактом той же группы контактов, п

() резистора 41 (42) цепи реключающнй контакт которой через

разряда выбирается из условия: R4i) х Формула ,и-3 обретения

55

последовательно соединенные второ регулируемый резистор; второй вьш i которого является вьгходом блока, и /развязывающий резистор связан с р мыкающим контактом второй группы к тактов соответствующего реле допол тельного блока цепей исполнительны механизмов, подключенным к первой кладке второго конденсатора, втора обкладка которого, подсоединенная соответствующему выводу источника тания, со.единена Через второй рез тор с замыкающим контактом той же группы.

IS

20

gg 40203 0

тельный блок цепей исполнительных механизмов, третья и четвертая цепи развязки, первый и второй резистив- ные делители напряжения, первый и второй блоки формирования режимов Регулирование-пауза и сдвоенный выключатель, оба входа которого соединены с выходом цепи корректировки транспортного запаздывания, а первый и второй выходы - с входами соответственно первого и второго блоков формирования режимов Регулирование- пауза и через первый и второй последовательно соединенные резистивные делители напряжения и присоединенные к общей шине замыкающие контакты соответственно первого и второго реле блока цепей исполнительных механизмов - с информационньми входами соответственно третьей и четвёртой, це- .пей развязки, управлягоадие входы которых подключены к выходам соответственно первого и второго блоков фор- 25 миронания режимов Регулирова гае-пау- за, а выход каждой из них - к соответствующему входу дополнительного блока цепей исполнительных механизмов.

35

40

пауза содержит первьй регулируемый резистор, первый вывод которого является входом блока, а второй его вьшод через замыкающий контакт первой группы контактов соответствующего реле, дополнительного блока цепей исполнительных механизмов соединен с первой обкладкой первого ка1щенсато- рар вторая обкладка которого подсоединена к общей шине, связана через первый резистор с размьпсающим контактом той же группы контактов, пе реключающнй контакт которой через

последовательно соединенные второй регулируемый резистор; второй вьшод i которого является вьгходом блока, и /развязывающий резистор связан с размыкающим контактом второй группы контактов соответствующего реле дополнительного блока цепей исполнительных механизмов, подключенным к первой об-, кладке второго конденсатора, вторая обкладка которого, подсоединенная к соответствующему выводу источника питания, со.единена Через второй резистор с замыкающим контактом той же группы.