Многоканальный регулятор температуры Советский патент 1992 года по МПК G05D23/13 

Фие.1

Изобретение относится к автоматическому регулированию температуры и может быть использовано для терморегулирования объекта по заданной программе одновременно в нескольких зонах нагрева.

Известно устройство, содержащее блоки основных и дополнительных датчиков, блок обегающих устройств, блок разделения во времени процессов измерения и ре- гулирования, регулирующий блок, корректирующие блоки, накопители аналоговых величин, исполнительные элементы, блок цифровых ручных задатчиков, цифроа- налоговый преобразователь, входной регистр, резистивный делитель, переключатель напряжений, эталонный источник напряжения, коммутатор, блок суммирования и соотношения, элемент ИЛИ, ключ, первый и второй инверторы, первый и второй сумматоры 1.

Недостатком Устройства является низкое быстродействие.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство, содержащее задатчик, блок задания температуры, цифроаналоговый преобразователь, схему сравнения, пропорциональный блок, пороговый элемент, генератор пилообразного напряжения, усилитель, группы ключей, термопреобразователь, дискретные заполняющие блоки, исполнительные элементы, блок задания переменных коэффициентов, генератор тактовых импульсов, делитель частоты, переключатели, кольцевой счетчик, дешифратор 2.

Недостатком устройства является низкое быстродействие.

Целью изобретения является повышение быстродействия, что достигается путем введения в многоканальный регулятор блока регенерации импульсов ШИМ, состоящий из группы одинаковых элементов регенерации общим числом, равным количеству регулируемых каналов, причем, каждый из их выходов подключен к соответствующему исполнительному элементу, первые входы соединены с соответствующими выходами второй группы ключей, вторые входы объединены и подключены к выходу младшего разряда счетчика, соединенному с входом генератора пилообразного напряжения, другие выходы счетчика поразрядно подключены к входам дешифратора, выходы которого соединены с адресными входами задатчика температуры, третьи входы всех элементов блока регенерации также объединены и соединены с выходом генератора тактовых импульсов, выход делителя частоты соединен с входом счетчика

На фиг. 1 приведена функциональная схема многоканального регулятора температуры; на фиг. 2 - вариант выполнения блока регенерации; на фиг 3- циклограмма

работы устройства.

Устройство содержит термопреобразователи 1, первую группу ключей 2, цифровой задатчик температуры 3, цифроаналоговый преобразователь 4, схему сравнений 5, ге0 нератор пилообразного напряжения 6, пороговый элемент 7, вторую группу ключей 8, блок регенерации импульсов ШИМ 9, состоящий из элементов 10, исполнительные элементы 11, генератор тактовых импульсов 12,

5 делитель частоты 13, счетчик импульсов 14, дешифратор 15. Элемент 10 содержит элементы И 16, 17, элемента НЕ 18, 19, реверсивные счетчики 20, 21, IK-триггер 22, RS-триггер 23, дифференцирующий эле0 мент 24, элемент ИЛИ 25, входные I, II III и выходную IV клеммы.

Устройство работает следующим образом В исходном состоянии устройство обесточено. В момент подачи на устройство

5 питающего напряжения происходит обнуление элементов схемы Дешифратор 15 находится в исходном положении, при котором выходной сигнал присутствует на его первом выходе. Этот сигнал поступает

0 одновременно на управляющие входы первой и второй групп ключей 2, 8 и первый адресный вход задатчика температуры 3. При этом, к входу схемы сравнения 5 подключается термопреобразователь 1 первого

5 канала, на вход цифроаналогово о преобразователя 4 считывается двоичный код заданной температуры регулирования первого канала, выход порогового элемента 7 через вторую группу ключей 8 подключается к вхо0 ду I первого элемента 10. После окончания импульса обнуления на делителе частоты 13 начинает формироваться временной интервал Т0. Одновременно запускается генератор пилообразного напряжения 6.

5 На входы трех элементов 10 поступают импульсы с выхода генератора 12. Цифровой код преобразуется в ЦАП 4 в аналоговый эквивалент напряжения, поступающее на второй вход схемы сравнения 5

0 В результате сравнения величин напряжений на входах схемы сравнения 5, на ее выходе образуется сигнал равный разности этих напряжений, который поступает на вход порогового элемента 7.

5 В процессе формирования интервала Т0 (длительность одного такта) на выходе генератора пилообразного напряжения 6 напряжение изменяется по линейному закону

В момент равенства напряжений на входах порогового элемента 7 измрччется

уровень напряжения на его выходе, который сохраняется до окончания такта Т0, т.е. на базе интервала Т0 формируется импульс ШИМ. Его длительность пропорциональна величине рассогласования заданной и действительной температур Импульс ШИМ через группу ключей 8 поступает на вход I первого элемента 10 и далее происходит через его выход IV на вход исполнительного элемента 11. Одновременно в первом элементе 10 блока регенерации 9 происходит запоминание величины длительности импульса ШИМ.

После завершения первого такта Т0 изменяется состояние счетчика 14, в результате чего управляющая команда появляется на следующем выходе дешифратора 15. Вместо первого термопреобразователя 1 к входу схемы сравнения 5 подключается второй, via за- датчика температуры 3 считываются данные температуры регулирования второго канала, выход порогового элемента 7 отключается от входа первого элемента 10 и переключается на вход второго элемента 10.

Одновременно производится перезапуск4 генератора пилообразного напряжения 6. Образование импульса ШИМ в втором канале происходит аналогично первому каналу.

Сформированный импульс ШИМ поступает на вход второго исполнительного элемента 11. Величина его длительности запоминается во втором элементе 10.

В течение этого же такта первый элемент 10 генерирует импульс ШИМ, длительность которого равна длительности импульса, поступившего на его вход в первом такте. Через выход IV импульс ШИМ поступает на вход первого исполнительного элемента 11 и управляет им, т.е оба канала регулируют параллельно

Затем подключается следующий канал, и так далее до завершения полного цикла опроса всех термопреобразователей 1.

В течение полного цикла опроса термопреобразователей 1 все элементы 10, кроме одного, оказываются отключенными от порогового элемента 7 и в каждом такте Т0 генерируют импульсы ШИМ при подключении соответствующего канала

В процессе формирования тактового импульса То срабатывают триггеры 22, 23. Напряжением лог 1 с инверсного выхода триггера 22 счетчик 20 устанавливается в режим сложения, а напряжением лог. О с его прямого выхода счетчик 21 устанавливается в режим вычитания Одновременно с тактовым импульсом Т0 на вход I поступает положительный импульс ШИМ На выходе элемента НЕ 18 во время действия импульса

устанавливается логический О который блокирует прохождение сигналов через элемент И 17 по первому входу При срабатывании триггера 23 напряжение лог 1

5 поступает на выход схемы (клемма IV) и вход элемента И 16, разрешая тем самым прохождение сигналов с большой частотой заполнения от генератора 12 через вход 3 и элемент И 16 на счетный вход счетчика 20

0 На счетный вход счетчика 21 импульсы заполнения в это время не поступают Счетчик

20заполняется импульсами до момент окончания действия импульса ШИМ на входе I. В момент его окончания продифферен5 цировйнный импульс отрицательной полярности, соответствующий заднему фронту импульса ШИМ, инвертируется элементом НЕ 19 и через элемент ИЛИ 25 поступает на вход обнуления триггера 23.

0 Триггер 23 возвращается в исходное состояние. Поступление импульсов на вход счетчика 20 прекращается, счетчик 21 остается в исходном нулевом состоянии. С клем- мы IV снимается импульс, равный по

5 длительности импульсу ШИМ.

Количество импульсов N, поступившее на вход счетчика 20 за время (и действия импульса ШИМ равно

N 0N tnr

где tnr - период колебаний генератора 12,

При поступлении на вход II следующего тактового импульса Т0 импульс ШИМ на вход I не поступает.

5 Вследствие этого вход элемента И 17 находится в состоянии лог. 1 и разрешает прохождение сигналов с входа 111 на счетчик

21Триггер 23 вновь срабатывает Триггер

22также переключается, так как он работа- 0 ет в счетном режиме (деление нд 2) При

этом счетчик 20 начинает работать в режиме суммирования. Сигналы с входа III поступают сразу на оба счетчика 20, 21, В момент уменьшения содержания счетчика 20 до ну- 5 ля, те. вычитания из него количества импульсов равного N, на выходе счетчика 20 появляется импульс напряжения, который через элемент ИЛИ 25 переключает триггер

23в исходное нулевое состояние Поступпе- 0 ние импульсов на счетчики 20, 21 с входа III

прекращается. Очевидно, что после остановки счета счетчик 21 оказывается заполненным числом импульсов, равным N.

На выходе IV будет сформирован им- 5 пульс длительность которого равна

tBblX Т.И 1ПГ,

т.е. в отсутствие импульса ШИМ на входе I на выходе IV схемы будет сформирован импульс равный его длительности.

На следующем такте Т0 содержимое счетчика 21 переносится в счетчик 20 и т.д.

Таким образом, на каждом такте Т0 схема регенерирует импульс напряжения, длительность которого равна длительности импульса, поступившего ранее на вход I при опросе термопреобразователя.

Процесс регенерации продолжается до тех пор, пока на вход I не поступит следующий импульс после опроса всех термопреобразователей. По его переднему фронту схема вновь устанавливается в исходное состояние. Далее работы схемы происходит аналогично рассмотренной выше.

Таким образом, предлагаемое устройство обладает высоким быстродействием и его преимущество проявляется лучше при увеличении количества каналов. Следует также отметить, что при увеличении частоты повторения импульсов ШИМ снижается также и уровень пульсаций температуры регулирования.

Формула изобретения

1. Многоканальный регулятор температуры, содержащий группу термопреобразователей, подключённых к информационным входам первой группы ключей, вторую группу ключей, управляющие входы которых соединены с выходами дешифратора, схему сравнения, соединенную входом с выходом первой группы ключей, последовательно соединенные задатчик температуры и цифро- аналоговый преобразователь, выход которого подключен к другому входу схемы сравнения, генератор пилообразного напряжения, пороговый элемент, первым входом подключенный к выходу генератора пилообразного напряжения, вторым входом - к выходу схемы сравнения, а выходом - к информационному входу второй группы ключей, группу исполнительных элементов, последовательно соединенные генератор тактовых импульсов и делитель частоты, счетчик импульсов, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введен блок регенерации импульсов ШИМ, состоящий из группы одинаковых

элементов регенерации общим числом, равным количеству регулируемых каналов, причем каждый из их выходов подключен к соответствующему исполнительному элементу, первые входы соединены с соответствующими выходами второй группы ключей, вторые входы объединены и подключены к выходу младшего разряда счетчика, соединенному с входом генератора

пилообразного напряжения, другие выходы

счетчика поразрядно подключены к входам дешиф-

ратора, выходы которого соединены с адресны-

ми входами задатчика температуры, третьи

входы всех элементов блока регенерации

также объединены и соединены с выходом генератора тактовых импульсов, выход де- лителт частоты соединен с входом счетчика.

2. Регулятор поп, 1,отличающийся

тем, что элемент регенерации состоит из первого и второго реверсивных счетчиков, первого и второго элементов И, элемента ИЛИ, дифференцирующего элемента, первого и второго элементов НЕ, RS-триггера, IK-триггера, причем первым входом элемента является вход первого элемента НЕ, объединенный с входом дифференцирукэще- го элемента соединенного последователь1 но с вторым элементом НЕ, выход первого

элемента НЕ соединен с одним входим первого элемента И, другой вход которого соединен с выходом второго элемента И и счетным входом первого реверсивного счетчика, счетный вход второго реверсивного

счетчика соединен с выходом первого элемента И, а выходы обоих реверсивных счетчиков через элемент ИЛИ подключены к обнуляющему входу RS-триггера, выход которого, являющийся выходом элемента соединен одним входом второго элемента И, другой вход которого является третьим входом элемента, входы обоих триггеров объе- динены и являются вторым входом элемента, выходы IK-триггера соединены с

входами управления реверсом счетчиков, а выход второго элемента НЕ соединен с третьим входом элемента ИЛИ.

.0.

Изобретение может быть использовано в автоматическом регулировании температуры и предназначено для терморегулирования объекта по заданной программе одновременно в нескольких зонах нагрева. Цель изобретения состоит в повышении быстродействия за счет введения блока регенерации импульсов ШИМ 9, состоящий из группы одинаковых элементов регенерации 10. имеющий входные I, II, III и выходную IV клеммы, подсоединенные соответственно к выходу второй группы ключей 8, к тактовому выходу счетчика 14, к выходу ГТИ 12 и исполнительному элементу 11 С помощью блока регенерации 9 производится параллельное регулирование всех каналов, включая промежутки времени, когда термопреобразователь отключен от схемы регулирования. 3 ил.

HI ОTO

18

IT

16

far 2

-T,

Ц

ТИ

Г

л

1хав.

2xa&.

i

«J 20

r

25

J

ЮIV

IELILIL3

1

a