Устройство сопряжения функциональных блоков систем управления Советский патент 1988 года по МПК G05B7/02 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, предназначено для использования в системах управления различного назначения в качестве устройства связи цифрового и/или аналогового регуляторов и блока ручного управления оператора с исполнительным механизмом, а также в качестве задатчика регулируемого параметра цифрового и/или аналогового регуляторов для организации различных режимов управления (непосредственного цифрового управления, супервизорного управления, ручного управления и Apt), для безударного переключения этих режимов и может быть использовано при управлении, например, тепловозами.

Целью изобретения является повышение помехозащищенности устройства и расширение области его применения.

На фиг. 1 представлена структурная схема описываемого устройстваJ на фиг. 2 - принципиальная схема блока управления} на фиг. 3 - принципиальная схема блока памяти.

На схемах показаны блок .1 ручного управления, блок 2 памяти, аналоговый выход 3 устройства, ключи 4,5, инвертор 6, блок 7 сравнения, блок 8 управления, аналоговый инфор- мационньй вход 9 устройства, реверсивный счетчик 10, цифроаналоговый преобразователь 11, второй управляющий вход 12 Включение ручного управления устройства, третий управляющий вход 13 Разрешение занесения кода устройства, четвертый управляющий вход 14 Разрешение счета устройства, первый управляющий вход 15 Отключение аналогового входа устройства, цифровой информационный вход 16 устройства, цифровой выход 17 устройства, четвертый 18 и пятый 19 входы блока 8 управления, п ервый выход 20 Включение режима сложения второй выход 21 Увеличение кода, третий выход 22 Уменьшение кода и четвертый выход 23 Параллельное занесение кода блока 8 управления, первый 24 и второй 25 информационные входы блока 2 памяти, второй управляющий вход 26 блока 2 памяти, генератор 27 импульсов, первый 28 и второй 29 D-триггеры, элемент ШШ 30, элемент НЕ 31, элементы И 32-34, элемент И-НЕ 35, источник 36 опорных напряжений, кнопочные переключатели

37,38, элемент ИЛИ-НЕ 39, ключи 40, 41, элемент И 42, сумматор 43, ключ 44, интегратор 45.

Блок 1 ручного управления при ненажатых кнопочных переключателях 37 и 38 выдает на своем управляющем выходе сигнал логической единицы, на его информационном выходе в этом случае сигнал отсутствует. При нажатом кнопочном переключателе 37 (или 38) сигнал на управляющем выходе блока 1 ручного управления соответствует уровню логического нуля, на его информационном выходе - напряжению Ujn (и,зп) , формируемому источником 36 опорных напряжений.

Блок 2 памяти находится в режиме слежения, т.е. отслеживает на своем

выходе 3 аналоговый сигнал, поступающий на его первый информационный вход 24,, если сигналы на его первом 20 и втором 26 управляющих входах соответствуют уровню логической единицы. Если на первом 20 и/или втором 26 управляющих входах блока.2 памяти установить управляющие сигналы, соответствующие уровню логического нуля, то блок 2 памяти перейдет

в режим запоминания и будет сохранять на выходе 3 то значение аналогового сигнала, которое было в момент переключения управляющих сигналов. Это значение.сигнала будет плавно увеличиваться (уменьшаться), если на второй информационный вход 25 блока 2 памяти поступает опорное напряжение +иоп(или -UOP) .

Блок 7 сравнения имеет трехпози- ционную характеристику (с зоной не- чувствительности).,Если сигналы на его первом и втором входах отличаются один от другого не более чем на величину зоны нечувствительности, то сигнапы на его первом и втором выходах соответствуют уровню логического нуля, если сигнал на его первом (BTOJPOM) входе превьшает другой входной сигнал (с учетом зоны нечувствительности) , то сигнал на его первом (втором) выходе соответству- ет уровню логической единицы.

Блок 8 управления выдает на своем первом выходе 20 Включение режима слежения сигнал логической единицы )(переводящий блок 2 памяти в режим слежения), если сигнал на его втором входе 12 Включение ручного управления и оба сигнала на его .

четвертом 18 и пятом 19 входах соответствуют уронит логического нуля. В этом случае сигналы (импульсы счета) на его втором 21 н третьем 22 выходах Увеличение кода и Уменьшение кода соответственно (предназначены для увеличення или уменьшения кода реверсивного счетчика 10) отсутствуют. Если сигнал на втором входе 12 Включение ручного управления блока 8 управления соответствует уровню логического нуля, а на его третьем входе 13 Разрешение занесения кода - логической единицы, то сигнал на его четвертом выходе 23 Параллельное занесение кода соответ ствует уровню логической единицы, разрешая параллельную запись кода в реверсивный счетчик 10. Если сигналы на втором входе 12 Включение ручного управления блока 8 управления и на его четвертом (пятом) входе 18(19) соответствуют уровню логической едини цы, то сигнал на его первом выходе

20 Включение режима слежения соответствует уровню логического нуля (при этом блок 2 памяти находится в режиме запоминания). Если при этом сигнал на четвертом входе 14 Разрешение счета блока 8 управления соответствует уровню логической единицы, то на его второй (третий) выход

21 Увеличение кода (или 22 Уменьшение кода) поступают счетные импуль сы, формируемые генератором 27 импульсов и предназначенные для увеличения (уменьшения) кода реверсивного счетчика 10. D-триггеры 28 и 29,- на счетные входы которых поступают импульсы с выхода генератора 27 импульсов, а на управляющие входы - сигналы с соответствующих выходов блока 7 сравнения, предназначены для задержки на величину периода счетных импульсов между изменением выходного сигнала блока 7 сравнения и очередным изменением состояния реверсивного счетчика 10.

Реверсивный счетчик 10 имеет три управляющих входа, информационный вход параллельной записи, являющийся цифровым информационным входом 16 устройства, и выход, являющийся цифровым выходом 17 устройства. На его первый (второй) управляющий вход подаются импульсы для счета в сторону . увеличения (уменьшения) его выходного кода, а сигналом логической еди

пины на его i |) уирав гяющем входе разрешаотся параллельная за- пись в счетчи ; коля, поступающего на его информационный пход параллель- тюй записи.

Устройство работает следующим образом.

Исходным состоянием устройства

Q считается режим непосредственного цифрового управления. В этом режиме сигналы на втором 12 и четвертом 14 управляющих входах Включение ручного управления и Разрешение счета

g устройства соответствуют уровню логического нуля, а на его третьем 13 и первом 15 входах Разрешение занесения Отключение аналогового входа - уровню логической единицы. При

этом на втором 21 и третьем 22 выходах Увеличение кода и Уменьшение кода блока 8 управления сигналы отсутствуют, а на его первом 20 и четвертом 23 выходах Включение ре5 жима слежения и Параллельное занесение кода - отсутствуют уровню логической единицы. Такие выходные сигналы блока 8 управления обусловливают режим слежения блока 2 памяти и

пар.аллельную запись в реверсивный счетчик 10 кода управляющего воздействия, поступающего с выхода цифрового регулятора на цифровой информационный вход 16 устройства. Сигналом логической единицы на первом управ ляющем входе 16 устройства Отключение аналогового входа первый ключ 4 замкнут, второй ключ 5 разомкнут, nepBbDi информационный вход 24 блока 2 памяти подключен к выходу цифроана- логового преобразователя 11, на выходе которого аналоговый сигнал соответствует коду управляющего воздействия, хранимому в реверсивном счетчике 10. Этот сигнал отслеживается

5 блоком 2 памяти и выдается на аналоговый выход 3 устройства, а код управляющего воздействия с выхода реверсивного счетчика 10 поступает на цифровой выход 17 устройства.

0 Таким образом, в режиме непосредственного цифрового управления устройство запоминает код управляющего воздействия, преобразует его в аналоговый сигнал и выдает в аналого-

5 вой и цифровой формах на соответствующие выходы устройства.

При переходе в режим ручного управления на втором 12, четвертом 14

0

и первом 15 управляющих входах устройства Включение ручного управления, Разрешение счета и Отключение аналогового входа соответственно устанавливаются сигналы логической едини1№1, а на третьем управляющем входе 13 Разрешение занесения кода устройства - логического нуля. Этими сигналами разрешается прохождение импульсов счета на реверсивный счетчик 10 и запрещается параллельное занесение в него кода с цифрового информационного входа 16 устройства. Работа блока 2 памяти в этом режиме зависит от выходных сигналов блока 7 сравнения. Поскольку блок 2 памяти отслеживает, значение управляющего воздействия, хранящееся в реверсивном счетчике 10 в момент перехода в режим ручного управления, то этот переход происходит безударно . При этом входные сигналы блока 7 сравнения равны, счетные импульсы

первом (или втором) выходе появится сигнал логической единицы, обусловливающий прохождение импульсов сче- та на второй 21 (или третий 22) выход блока 8 управления Увеличение кода (или Уменьшение кода), вызывающих увеличение (уменьшение) значения кода реверсивного счетчика

10. На первый выход 20 Включение режима слежения блока 8 управления при этом поступает сигнал логического нуля, удерживающий блок 2 памяти в режиме запоминания до тех пор,

пока входные сигналы блока 7 сравнения не сравняются, после чего код реверсивного счетчика 10 перестает изменяться, а блок 2 памяти переходит в ре:жим слежения за выходным

сигналом цифроаналогового преобразователя 11 (если кнопочный переключатель 37 или 38 в блоке 1 ручного управления не нажат).

Таким образом, в режиме ручного

Изобретение предназначено для использования -в системах автоматического управления для связи регулятора с оператором, вычислительной маши ной и исполнительным механизмом, а также в качестве задатчика для ор: ганизации различных режимов управления и их. безударного переключения. :Изобретение позволяет повысить помехоустойчивость устройства и расширить облас.ть его применения за счет самовосстановления информации в циф- рсвых регистрах при сбоях, отсут:ствии дрейфа выходного сигнала, на:личии как цифровых, так и аналоговых :входов и выходов. Отсутствие дрейфа выходного сигнала устройства достигается отслеживанием блоком памя:ти величины сигнала, хранимой в реверсивном счетчике. В случае сбоя цифровой информации блок памяти пере ходит в режим запоминания, что исключает скачок выходного сигнала, а реверсивный -счетчик начинает отслеживать выходной сигнал блока памяти и восстанавливает значение кода. После этого блок памяти снова переходит в режим слежения за реверсивным счетчиком. Введение аналогового входа, инвертора и двух ключей позволяет использовать устройство также в качестве задатчика аналогового сигнала и для сопряжения аналогового регулятора с вычислительной машиной и исполнительным механизмом с безударным переключением режимов управления. 2 з.п. ф-лы, 3 ил. с SS (Л 4: 4 ОО нйь

на реверсивный счетчик 10 не поступа- 25 управления оператор может вручную

ют, блок 2 памяти отслеживает выходной сигнал цифроаналогового преобразователя 11. Кнопочными переключателями 37 и 38 блока 1 ручного управплавно изменять выходной аналоговы си;гнал устройства, при этом его вы ходной цифровой сигнал отслеживает это изменение. После установления

ления в этом режиме можно плавно из- gg требуемого значения управляющего менять выходные аналоговый и цифровой сигналы устройства. При нажатии кнопочного переключателя 37 (или 38) на его выходе устанавливается напряжение логической единицы Уд , поступающее, на его вход с выхода источника 36 опорных напряжений. Это напряжение замыкает ключ 40 (41) блока 1 ручного управления, при этом на его информационный выход поступает напряжение +Uofi (или -Uon), формируемое на выходе источника 36 опорных напряжений, а на его управляющий выход поступает напряжение логического нуля. Этот сигнал, поступающий на второй .управляющий вход 26 блока 2

воздействия реверсивный счетчик 1 переходит в режим хранения кода э го воздействия, а блок 2 памяти - в режим слежения за аналоговым си налом, соответствующим этому коду

Ос

Сигн ал на аналоговом выходе 3 уст ройства может сохраняться неогран ченно долго, так как такой режим слеж ения обеспечивает отсутствие дрейфа этого сигнала. В случае сб регистров реверсивного счетчика 1 равенство входных сигналов блока сравнения нарушится к блок 2 памя автоматически переключится в резки запоминания, сохраняя неизменным значение выходного аналогового си нала устройства. Реверсивный счет 10 отследит это значение, после ч блок 2 памяти вновь перейдет в ре слежения,, Следовательно, в заявля

40

45

памяти, размыкает ключом 44 следящий

Сигн ал на аналоговом выходе 3 устройства может сохраняться неограниченно долго, так как такой режим слеж ения обеспечивает отсутствие дрейфа этого сигнала. В случае сбоя регистров реверсивного счетчика 10 равенство входных сигналов блока 7 сравнения нарушится к блок 2 памяти автоматически переключится в резким запоминания, сохраняя неизменным значение выходного аналогового сигнала устройства. Реверсивный счетчик 10 отследит это значение, после чего блок 2 памяти вновь перейдет в режим слежения,, Следовательно, в заявляеконтур в блоке 2 памяти, образованный сумматором 43, ключом 44 и интегратором 45. Поскольку при этом на

вход интегратора 45 подается постоян- мом устройстве обеспечивается само- ное напряжение +Uon (или -Uon) то восстановление информации при сбоях,

причем сбой не отражается на выход- ном аналоговом сигнале устройства. При переключении в режим автомати- 55 ческого управления (непосредственного цифрового или с аналоговым регулятором) текущее значение управляющего воздействия сохраняется, в ре.сигнал на его выходе, являющемся аналоговым выходом 3 устройства, будет увеличиваться (уменьшаться) по линейному закону с заданной скоростью. Это изменение приведет к тому, что

равенство входных сигналов блока 7 сравнения будет нарушено и на его

плавно изменять выходной аналоговый си;гнал устройства, при этом его выходной цифровой сигнал отслеживает это изменение. После установления

требуемого значения управляющего

воздействия реверсивный счетчик 10 переходит в режим хранения кода этого воздействия, а блок 2 памяти - в режим слежения за аналоговым сигналом, соответствующим этому коду.

Сигн ал на аналоговом выходе 3 устройства может сохраняться неограниченно долго, так как такой режим слеж ения обеспечивает отсутствие дрейфа этого сигнала. В случае сбоя регистров реверсивного счетчика 10 равенство входных сигналов блока 7 сравнения нарушится к блок 2 памяти автоматически переключится в резким запоминания, сохраняя неизменным значение выходного аналогового сигнала устройства. Реверсивный счетчик 10 отследит это значение, после чего блок 2 памяти вновь перейдет в режим слежения,, Следовательно, в заявляе

мом устройстве обеспечивается само- восстановление информации при сбоях,

зультате чего такое переключение происходит безударно.

Для сопряжения исполнительного механизма с аналоговым регулятором в режиме автоматического управления или регулятора - с аналоговым сиг- . налом задания используется аналоговый вход 9 устройства. При этом на первый управляющий вход 15 устрой- ства Отключение аналогового входа подается сигнал логического нуля, замыкающий ключ 5 и размыкающий ключ 4. Такая коммутация ключей 4 и 5 обеспечивает отключение первого ин- формационного входа 24 блока 2 памяти от выхода цифроаналогового преобразователя 11 и подключение его к аналоговому.входу 9 устройства. Блок 2 памяти в этом режиме отслежи- вает входной аналоговый сигнал устройства.

Если устройство используется в качестве эадатчика аналогового сигнала, то на аналоговый вход 9 подает- ся сигнал регулируемого параметра. В этом случае при управлении объектом вручную задатчик отслеживает сигнал регулируемого параметра, обеспе- чивая равенство нулю ошибки регули- рования и отсутствие скачка управ-- ляющего воздействия из-за наличия этой ошибки при переходе в режим ав- томатйческого управления .

Таким образом, предложенное, техническое решение обеспечивает повышение помехозащищенности за счет защиты информации от сбоев, вызванных помехами, и отсутствия дрейфа выходно- го аналового с1Ц нала. Эти особенности заявляемого устройства, а также наличие цифровых входа и выхода расширяют область применения устройства, так как позволяют использовать его в качестве задатчика цифрового и аналогового сигнала для сопряжения циф- ровых регуляторов с исполнительными механизмами, имеющими как аналоговые, так и цифровые входы, и осуществлять с его помощью организацию раз- личньпс режимов управления с их без- ударным переключением.

Формула изобретения

Q g Q

25 gg :

0

5

0

го является первым управляющим вхо- дом устройства Отключение аналогового входа и соединен с входом инвертора, подключенного выходом к уп- равляюп;ему входу второго ключа, информационный вход которого является аналоговым информационным входом устройства, выход которого соединен с выходом первого ключа, и блок управления, первый вход которого является вторым управляющим входом устройства Включение ручного управления, второй вход - третьим управляющим входом устройства Разрешение занесения кода, третий вход - четвертым управляющим входом устройства Разрешение счета, первый выход которого подключен к первому входу задания режима блока памяти, выход которого является аналоговым выходом устройства и подключен к первому входу блока сравнения, отличающееся тем, что, с целью повышения помехозащищенности устройства и расширения области его применения,, в :нем дополнительно установлены последовательно соединенные реверсивный счетчик и цифроаналоговый преобразо- в.атель, подключенный выходом к информационному входу первого ключа, соединенного выходом с вторым входом блока сравнения, подключенного первым и вторым выходами к четвертому и пятому входам блока управления, соединенного вторым, третьим и четвертым выходами с управляющими входами Увеличение кода, Уменьшение кода и Параллельное занесение кода реверсивного счетчика, информационный вход которого является цифровым информационным входом устройства, а выход - цифровым выходом устройства, второй информационный вход и второй вход задания режима блока памяти соединены с информационным и управляющим выходами блока ручного управления, а первый информационный вход - с выходом второго ключа.

к вторым входам соответственно первого и второго элементов И, третий вход первого элемента И соед11нен с третьим входом второго элемента И, с первьм входом элемента И-НЕ и с входом элемента НЕ и является первым входом блока, первый вход третьего элемента И является вторым входом блока, а .второй вход соединен с вы- ходом элемента НЕ, четвертый вход первого элемента И соединен с четвертым входом второго элемента И и является третьим входом блока, первый и второй входы элемента ИЛИ явля готся четвертым и пятым входами блока а выход соединен с вторым входом элемента И-НЕ, выходы элемента И-НЕ, первого, второго и третьего элементов И являются первым, вторым, третьим и четвертым входами блока.

«

Фиг. Г

7J

Фиг. г

2U

20

г

Z/;.

ГТ

4J

4r«

5

г

Бло/( ламя/т71/

J7

J

26