Устройство для управления разрядником электроимпульсной установки Советский патент 1992 года по МПК G05B19/00 

Изобретение относится к области автоматики, а более конкретно, к устройствам автоматического управления коммутаторами разрядных цепей электроимпульсных установок.

Известно устройство автоматического управления разрядной цепью электроимпульсной установки, примененное в устройстве для автоматического управления электроимпульсной установкой для запрессовки труб, содержащее последовательно соединенные датчик напряжения, пороговый элемент, элемент И, формирователь им- пульсов, усилитель мощности и блок поджига. подключенный к управляющему входу коммутатора (разрядника) разрядной цепи электроимпульсной установки.

Недостатком устройства являются недостаточно высокие точность и надежность, обусловленные тем, что в устройстве не предусмотрены меры, обеспечивающие его надежную работу в случае отказа коммутатора.

Прототипом изобретения является устройство для управления разрядником электроимпульсной установки, содержащее датчик напряжения, компаратор напряжения, формирователь импульса, усилитель мощности и блок поджига разрядника, положительный вывод высокого потенциала которого соединен с выводом устройства для подключения управляющего входа разрядника, вывод устройства для подключения входа питания разрядника подключен к входу датчика напряжения, вывод которого соединен с входом компаратора напряжения, выход которого подключен к входу формирователя импульса, вывод усилителя мощности которого подключен к управляющему входу блока поджига разрядника, в устройство введены элемент ИЛИ , блок повторного запуска и задатчик потенциала, первый и второй выводы питания которого

со

с

V VJ

со vi

ел

кэ

подключены, соответственно, к выводам устройства для подключения входа питания и исполнительного выхода разрядника, опорный выход задатчика потенциала соединен с отрицательным выводом высокого потенциала блока поджи га разрядника, вход и выход блока повторного запуска подключены, соответственно, к выходу компаратора напряжения и к первому входу элемента ИЛИ, выходы и второй вход которого соединены, соответственно, с входом усилителя мощности и выходом формирователя импульса.

Недостатком прототипа является отсутствие контроля действительного напряжения срабатывания, что ограничивает функциональные возможности устройства, наличие погрешности из-за задержки срабатывания коммутатора, в частности, эта погрешность велика при отказах разрядника и его повторном запуске, когда напряжение продолжает возрастать.

Целью изобретения является повышение точности за счет обеспечения контроля действительного напряжения включения коммутатора (разрядника).

Устройство для управления разрядником электроимпульсной установки, содержащее задатчик уровня, компаратор, последовательно соединенные блок питания, делитель напряжения, последовательно соединенные усилитель мощности и блок поджига разрядника, вывод высокого потенциала которого подключен к управляющему выводу разрядника, первый вывод питания которого подключен к первому выводу делителя напряжения, а второй вывод питания - к первому выводу нагрузки и выводу низкого потенциала блока поджига разрядника, второй вывод нагрузки подключен к второму выводу делителя напряжения и к общей шине устройства, отличающееся тем, что в него дополнительно введены блок синхронизации, коммутатор, аналого-цифровой преобразователь, первый и второй регистры, индикатор напряжения и промежуточ- ный усилитель, выход которого подключен к входу усилителя мощности, а вход - к выходу компаратора, первый вход которого подключен к выходу первого регистра, а второй вход - к выходу второго регистра, вход записи которого подключен ко входу индикатора напряжения, к информационному входу аналого-цифрового преобразователя и к входу записи первого регистра, строби- рующий вход которого подключен к первому выходу блока синхронизации, вход которого подключен к выходу готовности аналого-цифрового преобразователя, а второй, третий и четвертый выходы - соответственно - к стробирующему входу второго регистра, к управляющему входу коммутатора и ко входу запуска аналого-цифрового преобразователя, информационный вход

которого подключен к выходу коммутатора,

первый и второй информационные входы

которого подключены, соответственно, к

выходу усилителя напряжения и к входу задэтчика уровня.

0 Существенными отличительными признаками заявляемого изобретения является то, что в него введены блок синхронизации, коммутатор, аналого-цифровой преобразователь, первый и второй регистры, индикатор

5 напряжения и промежуточный усилитель, выход которого подключен ко входу усилителя мощности, а вход - к выходу компаратора, первый вход которого подключен к выходу первого регистра, а второй вход - к выходу

0 второго регистра, вход записи которого подключен ко входу индикатора напряжения, к информационному выходу аналого-цифрового преобразователя и ко входу записи первого регистра, стробирующий вход кото5 рого подключен к первому выходу блока синхронизации, вход которого подключен к выходу готовности аналого-цифрового преобразователя, а второй,третий и четвертый выходы - соответственно к стробирующему

0 входу второго регистра, к управляющему входу коммутатора и ко входу запуска аналого-цифрового преобразователя, информационный вход которого подключен к входу коммутатора, первый и второй инфор5 мационные входы которого подключены, соответственно, к выходу усилителя напряжения и к выходу задатчика уровня.

Совокупность существенных отличительных признаков позволит обеспечить

0 контроль действительного напряжения включения разрядника, что обеспечит повышение точности.

На фиг. 1 дана электрическая схема устройства, на фиг. 2 - схема задатчика уров5 ня; на фиг. 3 - схема блока синхронизации. Устройство для управления разрядником электроимпульсной установки приведено на фиг. 1 и включает источник постоянного напряжения 1, подключенный

0 к сети 220 В, емкостный накопитель 2, соединенный разрядным контуром 3 через управляемый разрядник 4 с нагрузкой 5. Параллельно накопителю подключен делитель напряжения 6, на фиг. 1 также показа5 ны блок синхронизации 7, первый регистр 8, индикатор напряжения 9 и последовательно соединенные задатчик уровня 10, коммутатор 11. блок АЦП 12, второй регистр 13. компаратор, представляющий собой ариф- метико-логическое устройство АЛУ 14, промежуточный усилитель 15, усилитель мощности 16 и блок поджига 17, причем второй вход коммутатора 11 подключен к выходу делителя 6, выход 1 регистра 8 подключен ко второму оыходу компаратора 14, первый, второй, третий и четвертый выходы блока синхронизации 7 подключены, соответственно, ко вторым входам первого 8 и второго 13 регистров, третьему входу коммутатора 11 и второму выходу блока АЦП 12, выход которого подключен также к информационным входам первого регистра 8 и индикатора напряжения 9.

Промежуточный усилитель 15 может быть выполнен, например, на базе микросхемы К155ЛИ1. Усилитель мощности 16 может быть выполнен, например, на транзисторе КТ815А 18 по схеме эмиттерного повторителя и содержит конденсатор 19 и резистор 20. При этом конденсатор 19 используется для исключения постоянной составляющей сигнала.

Блок поджига 17 состоит из последовательно соединенных конденсатора 21,заряжаемого через резистор 22 от источника постоянного напряжения, например, выпрямителя, подключенного к сети ключа 23, например, тиристора, управляющий рход которого является входом блока поджига 17 и повышающего трансформатора 24, вторичная обмотка которого является выходом блока 17.

В качестве управляемого разрядника 4 могут использоваться игнитроны, тригатро- ны и управляемые искровые разрядники, в качестве нагрузки - электровзрывной патрон, водный промежуток и т.д., узлы электроимпульсных установок.

Блок АЦП 12 представляет собой последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь и регистр; промышленностью выпускаются АЦП, например, Ф7077/1(2), имеющие на выходе регистр.

Индикатор напряжения 9 представляет собой последовательно соединенные дешифратор, реализованный, например, на микросхемах К155ИД1, и индикатор, реализованный, например, на индикаторах АЛС- 324.

Первый 8 и второй 13 регистры могут быть реализованы, например, с помощью микросхемы К155ИР13,

Компаратор представляет собой арифметико-логическое устройство АЛУ 14,которое может быть реализовано, например, на микросхемах К155ИПЗ. АЛУ осуществляет сравнение кодов текущего значения напряжения (код текущего значения напряжения хранится D I регистре) и заданного (код заданного значения напряжения хранится во

II регистре) и фиксирует момент IVOBUL a ния текущим значением напряжения заданного значения, т.е., в конечном итоге, выполняется операция А В, где А - код

текущего значения напряжения, В - код заданного его (напряжения) значения. Для осуществления операции А В на выходы выбора режима Sc - 5з микросхемы К155ИПЗ подается код 0110, а на вход

управления режимом - логическая единица 1, для фиксации условия А В выходы А В и Сп+4. несущей информацию об А В. объединяются по схеме проволочное И, логическая единица на выходе которой (на

выходе АЛУ 14) несет информацию о том, что А В.

Задатчик уровня 10 (фиг. 2) состоит из источника постоянного 25 напряжения и включенного параллельно ему переменного

резистора 26, центральный вход которого подключен к первому входу коммутатора 11. Коммутатор представляет собой аналоговый коммутатор, выполненный, например, на основе микросхемы К284КН1А Блок синхронизации 7 (фиг. 3) состоит из D-триггера 7, реализованного, например, с помощью микросхемы КД1 155ТМ2, на прямой и инверсный выходы которого подключены первая Mi 28 и вторая 29 схемы И,

формирователи импульсов 30,и последовательно соединенных генератора 31 и линии задержки 32. Генератор импульсов - стандартное функциональное устройство. Линия задержки 32 также стандартное

функциональное устройство, формирователь импульсов 30 - стандартное функциональное устройство. Блок синхронизации 7 служит для синхронизации работы всех элементов системы автоматического управления.

Устройство управления разрядником электроимпульсной установки работает следующим образом.

Оператор с помощью задатчика уровня

10 выставляет заданное значение напряжения, обеспечивающее требуемое качество обработки изделий,и включает установку. Блок синхронизации 7 (фиг. 3) обеспечивает синхронную работу узлов системы управления. Генератор 31 формирует последовательность импульсов, частота следования которых определяется его RC-цепочками. Эта последовательность импульсов поступает на вход синхронизации D-триггера 27.

В начальный момент времени D-триггер находится в нуле, на его прямом выходе логический нуль, на инверсном - логическая единица. Сигнал управления коммутатором поступаете прямого выхода D-триггера, при

этом его можно, например, закодировать таким образом, что логический нуль открывает канал для прохождения сигнала с задатчика уровня (задание), а логическая единица Г - для прохождения сигнала с делителя 6 (текущее значение напряжения), В момент включения О-триггер27 в нуле, при поступлении первого импульса с выхода генератора 31 на синхровход D-триггера 26. триггер установится в Г, на его прямом выходе появится логическая единица, которая поступит на коммутатор 11, при этом сигнал текущего значения напряжения через коммутатор 11 поступит на первый вход блока АЦП 12. Логическая единица с прямого выхода D-триггера 27 поступит на первый вход первой схемы 1/Н 28. Импульс с выхода генератора 31 через линию задержки 32 поступает также на вход Пуск блока АЦП 12. по приходу которого начинается преобразование аналогового сигнала текущего значения напряжения в цифровой код. В момент окончания преобразования блок АЦП 12 (см. Техническое описание и инструкцию по эксплуатации на АЦП Ф7077/1) формирует сигнал Конец, по заднему фронту которого формирователь импульсов ФИ 30 формирует короткий импульс, поступающий на вторые входы первой Hi 28 и второй Лг 29 схем И, первая схема Hi срабатывает, поскольку на ее первом входе уже присутствует логическая единица, поступающая с прямого выхода триггера 27, на выходе первой схемы Mi 28 логическая единица, поступающая на вход синхронизации 1 регистра 8, по приходу которой осуществляется занос кода текущего значения напряжения с выхода блока АЦП в 1 регистр 8, где код текущего значения напряжения и хранится. По приходу следующего (второго) импульса с выхода генератора 31 на синхровход D-триггера 27. D-триггер установится в О, на его инверсном выходе появится логическая единица, поступающая на первый вход второй схемы Иа 29, а на прямом выходе - логический нуль О, поступающий на второй аход коммутатора 11. коммутатор 11 откроет канал для прохождения аналогового сигнала заданного значения напряжения с задатчика уровня 10 ко входу блока АЦП 12. При этом частота следования импульсов генератора импульсов 31 подбирается таким образом, чтобы цикл преобразования аналогового сигнала к цифровому виду и занос его в соответствующий регистр закончился раньше, чем поступил последующий импульс с выхода генератора, т.е. тц tn. где 1ц- время цикла: tM - время между двумя следующими один за другим импульсами с выхода генератора 30.

Для повышения надежности работы схемы сигнал Пуск на запуск блока АЦП 12, разрешающий преобразование аналогового сигнала в цифровой код, поступает на

второй вход блока АПЦ через линию задержки 32. По приходу второго импульса с выхода генератора 31 вновь будет сформирован сигнал Пуск, который с выхода линии задержки 32 поступает на вто0 рой вход блока АЦП 12, по его приходу начнется преобразование аналогового сигнала заданного значения напряжения в цифровой код. В момент окончания преобразования блок АЦП 12 сформирует сигнал

5 Конец, по заднему фронту которого ФИ 30 сформирует короткий импульс, поступающий на вторые входы первой И128 и второй Лг 29 схем И. В этот момент времени на первом входе второй схемы Из уже присут0 ствует логическая единица, поступающая с инверсного выхода D-триггера 27. схема Иа 29 сработает, на ее выходе появится логическая единица, поступающая на вход синхронизации второго регистра 13, по приходу

5 которой в регистр 13 будет занесен код заданного значения напряжения с выхода блока АЦП 12. Коды текущего (с выхода I регистра 8) и заданного (с выхода II регистра 13) значений напряжения поступают, со0 ответственно, на первый и второй информационные входы компаратора 14. В соответствии с кодом, заданным на входах выбора и управления режимом, компаратор (АЛУ) осуществляет сравнение кодов теку5 щего и заданного значений напряжения. Если текущее значение напряжения больше или равно заданному, компаратор (АЛУ) 14 срабатывает, на его выходе появится логическая единица, поступающая на вход уси0 лителя мощности, который усилит сигнал до параметров, необходимых для открытия тиристора 23 блока поджига 16, тиристор 23 откроется и емкость 21 разрядится на первичную обмотку повышающего трансформа5 тора 24. При этом высоковольтный импульс с его вторичной обмотки будет подан на управляющий вход разрядника 4, который включится и замкнет разрядный контур 3 электроимпульсной установки, произойдет

0 разряд накопителя 2 на нагрузку 5, в нагрузке 5 произойдет рабочий импульс тока, который взорвет электровзрывной патрон или произведет работу по формообразованию металла в электроимпульсной установке. В

5 дальнейшем накопитель 2 будет заряжаться, напряжение на нем будет увеличиваться и цикл обработки повторится.

Если текущее значение напряжения не достигнет заданного, по приходу последую- щего (третьего) импульса с выхода генератоpa 30 в первый регистр 8 заносится код следующего значения текущего значения напряжения и компаратор (АЛУ) 14 вновь осуществляет сравнение его с заданием, хранящимся во втором регистре. Если теперь текущее з начение бол ьше и ли ра вно зада н ному, то компаратор (АЛУ) 14 через промежуточный усилитель 15, усилитель мощности 16 и блок поджига 17 формирует сигнал на включение разрядника 4, после чего начинается новый цикл обработки. В противном случае по приходу последующего (четвертого) импульса с выхода генератора 30 во 11 регистр 13 вновь будет занесено задание, а по приходу следующего (пятого) импульса- в I регистр 8 будет занесено следующее значение текущего напряжения, компаратор (АЛУ) 14 вновь осуществит их сравнение и т.д., причем этот процесс будет продолжаться до тех пор, пока текущее значение не превзойдет заданное, на выходе компаратора (АЛУ) 14 появится логическая единица, поступающая через промежуточный усилитель 15 на вход усилителя мощности 16, который, усилив сигнал, включит блок поджига 17. Блок поджига 17, в свою очередь, сформирует сигнал на включение разрядника. При этом разрядный контур 3 замкнется и произойдет разряд накопителя 2 на нагрузку 5. В дальнейшем, накопитель 2 вновь начнет заряжаться и цикл обработки повторится.

Применение в схеме задатчика уровня 10 позволяет формировать заданное значение напряжения.

Применение коммутатора 11 позволяет подавать на вход блока АЦП 12 текущее или заданное значение напряжения в зависимости от кода сигнала (О, 1), поступающего на коммутатор с устройства управления.

Применение блока АЦП 12 позволяет преобразовать аналоговый сигнал текущего и заданного значения напряжения в цифровой код и осуществить его хранение.

Применение блока синхронизации обеспечивает синхронизацию работы системы управления.

Применение индикатора напряжения 9 позволяет осуществить визуальный контроль текущего и заданного значения напряжения.

Применение первого 8 и второго 13 регистров позволяет осуществлять хранение кодов текущего и заданного значений напряжения.

Применение компаратора (АЛУ) 14 позволяет осуществить сравнение кодов координат текущего и заданного значений напряжения и зафиксировать момент, когда текущее напряжение больше или равно заданному.

Применение последовательно соединенных промежуточного усилителя 15, усилителя мощности 16 и блока поджига 17 позволяет сформировать сигнал на включение разрядника.

Применение системы автоматического управления, по сравнению с прототипом, обеспечивает визуальный контроль действительного напряжения включения разрядника и надежное включение разрядника в момент превышения текущим значением напряжения задания, что позволит повысить точность системы управления за счет обеспечения контроля действительного напряжения включения разрядника.

Формула изобретения Устройство для управления разрядником электроимпульсной установки, содержащее задатчик уровня, компаратор, последовательно соединенные блок питания, делитель напряжения, последовательно соединенные усилитель мощности и блок поджига разрядника, вывод высокого потенциала которого подключен к управляющему выводу разрядника, первый, вывод питания которого подключен к первому выводу делителя напряжения, а второй вывод питания - к первому выводу нагрузки и выводу низкого потенциала блока поджига разрядника, второй вывод нагрузки подключен к второму выводу делителя напряжения, и к общей шине устройства, отличающееся тем, что, с целью повышения точности,

дополнительно введены блок синхронизации, коммутатор, аналого-цифровой преобразователь, первый и второй регистры, индикатор напряжения и промежуточный усилитель, выход которого подключен к входу усилителя мощности, а вход - к выходу компаратора, первый вход которого подключен к выходу первого регистра, а второй вход - к выходу второго регистра, вход записи которого подключен к входу индикатора напряжения, к информационному выходу аналого-цифрового преобразователя и к входу записи первого регистра, стробирую- щий вход которого подключен к первому выходу блока синхронизации, вход которого

подключен к выходу готовности аналого- цифрового преобразователя, а второй, третий и четвертый выходы - соответственно к стробирующему входу второго регистра, к управляющему входу коммутатора и к входу

запуска аналого-цифрового преобразователя, информационный вход которого подключен к выходу коммутатора, первый и второй информационные входы которого подключены соответственно к выходу усилителя напряжения и к выходу задатчика уровня.

Изобретение относится к области автоматики, а конкретно- к устройствам автоматического управления коммутаторами разрядных цепей электроимпульсных установок. Цель изобретения - повышение точности. Цель достигается за счет того, что в состав устройства введены блок синхронизации, коммутатор, аналого-цифровой преобразователь, первый и второй регистры, индикатор напряжения, промежуточный усилитель, 3 ил.

Фиг.З

Фиг. I

КIрегистру

Кв Лрегис/пщ

(к 5л оку АЦЛ)