Двухканальное устройство для управления технологическим объектом Советский патент 1980 года по МПК G05B19/02 G05B19/40 

Изобретение относится к области автоматизации технологических процес сов и может быть использовано для автоматического управления шиберомраспределителем, устанавливаемого на транспортере подачи свеклы в месте разветвления транспортера на два потока для достижения равномерного распределения свекло-водяной смеси в каждом из потоков. Известно устройство для управления технологическим объектом, содержащее последовательно соединенные блок задания программы, блок элементов И, подключенный к генератору импульсов, блок счетчиков, элемент ИЛИ и коммутатор 1, Недостатком этого устройства является ограниченная область применения . Наиболее близко по технической сущности к предлагаемому устройство для управления технологическим объек том, содержащее блок управления, первый вход которого соединен с вы-, ходом первого блока сравнения, и в каждом канале первый амплитудный детектор, подключенный -входом к датчику веса технологического продукта, второй амплитудный детектор, подключенный входом к датчику мощности, и последовательно соединенные блок памяти, генератор импульсов, формирователь импульсов, привод, подключенный одним выходом через- датчик перемещения исполнительного элемента ко входу первого блока сравнения, датчик положения исполнительного элемента, триггер и анализатор, второй вход которого .соединен с соответствующие выходом блока управления, а выход - с другюл входом формирователя импульсов 2. Недостатком этого устройства является низкая точность. Дель изобретения - повышение точности. Поставленная цель достигается тем, что устрюйство содержит второй блок сравнения и в каждом канале сумматор, входы которого соединены с выходами амплитудных детекторов, первый выход соединен с другим входом генератора импульсов, второй выход - с третьим входом анализатора, третий выход - с соответствующим входом второго блока сравнения, гПодключенного. выходом ко второму входу блока управления. Функциональная схема устройства показана на чертеже. Устройство содержит датчики 1 и 2 веса технологического, продукта датчики 3 и 4 мощности привода мойки технологического продукта, амплитудные детекторы 5-8, сумматоры 9 и 10, генераторы 11 и 12 импульсов, блоки памяти 13 и 14, блоки питания 15 и 16, формирователи 17 и 18 ш.1пульсов, анализаторы 19 и 20, приводы 21 и 22/ датчики 23 и 24 перемещения исполнительного элемента, триггеры 25 и 26, датчики 27 и 28 положения исполнительного элемента, второй блок сравнения 29, блок управления 30 и первый Влок сравнения 31. Исполнительным элементом является шибер г перекрывающий транспортер. Работу устройства следует рассмот реть на функциональном уровне, а так /же в нескольких возможных ситуациях, например: а) бункеры свеклы перед свеклорезками пустые, свекломойки не заполнены свеклой, шиберное устройст во полностью перекрывает обе ветви гидротранспортера; б) бункеры свеклы заполнены до нормального объема,, свекломойки заполнены в нормальном количестве, шиберное устройство пол™ .ностью и равномерно открывает обе ветви гидротранспортера; в) бункеры свеклы переполнены сверх нормального объема, свекломойки переполнены, обе ветви гидротранспортера равномерно раскрыты; г) бункер свеклы одной ветви недогружен, а второй вет ви нагружен нормально, шиберное устройство имеет некоторое рассогласование перекрытия ветвей. Датчик технологического продукта (свеклы) фиксирует текущее количество свеклы в бункере перед свеклорезками и преобразует механическую нагрузку в электрический сигнал, унифицированный по напряжению. Бункер свеклы обладает емкостью, вмещающей двадцатиминутный запас свеклы, поэволяющий осуществить равномерную подачу свеклы на переработку , однако количество свеклы в бункере,непрерывно меняется в зависимости Вт интенсивности отбора ее на свеклорез к и диффузию или от подачи свеклы f бункер от свекломойки. В этой связ электрический сигнал, снимаемый с датчика, пропорционально изменяется 1|О величине напряжения,подаваемого ija вх4д детектора в бункере, где |олученный сигнал от датчиков 1 и 2 1|змеряетсд, сравнивается с заданной величиной (благодаря наличию неуравровешенного моста задания) и усили ается, после чего подается на один рз двух входов, сумматора 10. Электрические, сигналыдатчиков 1 и 2 являются упреждающими сигналами, поскольку постоянная времени бункера имеет сравнительно большую величину На вторые входы блоков 9 и 10 оступает измеренный, сопоставленный с заданием и усиленный сигнал о активной мощности, измеренный атчиками 3 и 4 на валу электроприода моюгдей части стекломойки. Оба етектированные сигнала, поступающие в сумматоры 9 и 10, подаются на соот ветствующие им обмотки управления входного однофазного магнитного усиителя с выходом на постоянном токе, пропорциональным алгебраической сумг ме поступающих сигналов. Нагрузкой входного магнитного усилителя является обмотка управления второго однофазного магнитного усилителя с выходом на постоянном токе и подключенного на нагрузку в виде делителя напряжения (потенциометра), напряжение с которого подается на входы генераторов 11 и 12, при этом оно будет изменяться пропорционально алгебраической сумме поступивших сигналов. Кроме пропорционально изменяющегося напряжения в сумматорах 9 и 10 отрабатывается сигнал с переменной полярностью снимаемого с выхода нуль-органа, вход которого подключен на одноименные (по знаку), входы от детекторов 5, 7 и 6, 8 соответственно и представлякнций из себя трехкаскадный- усилитель постоянного тока с положительной обратной связью, на выходе которогЬ появляется напряжение небалансе измеряемого сигнала с сигналом задания. Например, если измеряемый сигнал больше заданного значения, то на его зажимах напряжение будет и тем больше, чем больше разница,, при этом устанавливаетесь определенная полярность (знак), если же измеряемый сигнал меньше, то и в этом случае напряжение будет, но знак изменится на обратный. При равенстве сигналов напряжение на выходе нуль-органа будет отсутствовать. Такое свойство нуль-органа используется для получения сигнала, управляющего работой триодного вентильного устройства, имеющегося в анализаторе управляющих сигналов электропривода и управлякяцего режимом работы формирователя в части отработки реверса электропривода по нагрузочной зависимости в технологических потоках. Остановка работы электропривода в каком-то направлении может наступить в двух при исчезновении напряжения на выходах нуль-органов сумматоров 9 и 10 и при достиженйй исполнительным механизмом одного из своих крайних положений, что определяется работой селектора направления вращения приводов 21 и 22 в совокупности с датчиком исполнительного элемента (шибера). В зависимости от величины поступившего напряжения на вход генераторов 11 и 12 автоматически избирается, частота генерации импульсов, определяющая изодром работы электропривода. Кроме того, эти импульсы поступают на вход формирователей 17 и 18, реализующих поступившие импульсы в трехфазное импульсное напряжение необходимой частоты для даного текущего момента и усиленное по мощности, достаточной для обеспечени вращаквдего момента развиваемого узлом приводов 21 и 22, который своими линейными зажимами подключен к выходам формирователей 17 и 18. Это достигается за счет наличия в формирователях 17 и 18 двух коммутаторов состоящих каждый из нескольких триггров с одним триггером ИЫидта, двух дешифраторов, работающих на соответствующие логические схемы, управляющие работой двух трехфазных групп магнитных усилителей (составленных из однофазных магнитных усилителей с нагрузкой на постоянном токе); образующих реверсивную схему питания электропривода.

Узел приводов 21 и 22 осуществляет поворот решетчатого шибера ветви шиберного устройства в пределах определенного сектора, ограниченного действием датчиков 27 и 28, коммутирующие сигналы с которых поступают на входы триггеров 25 и 26 направления вращения электропривода, обеспечивающего селективный коммутационный сигнал, подаваемый на анализаторы 19 и 20. Селективность работы триггеров 25 и 26 достигается за счет наличия в них логического элемента ИЛИ, на входы которого подключены конечные выключатели датчика предельных положений шибера.

С осью шибера шиберного устройства механически связан датчик угла рассогласования, представляющий из себя бесконтактный трехфазный сельсин, трехфазная обмотка которого питается трехфазным напряжением от блоков питания 15 и 16, а однофазная обмотка соединена с одним из двух входных согласующих однофазных трансформаторов, расположенных в блоке 31. Схема, составленная из двух сельсинов, двух трансформаторов со вторичными обмотками, у которых выведены средние точки и на которые подключен двухполупериодный выпрямитель, образует фазочувствительное устройство, реагирующее на рассогласованность положений шиберов шиберного устройства. Всякая рассогласованность вызывает появление напряжения на выходе двухполупериодйОГо выпрямителя и в зависимости от величины рассогласованности напряжение соответственно будет изменяться. Поскольку выход выпрямителя блока

31 связан с одним .плечом двойного потенциометра (через посредство входного усилителя.jiocTOHHHoro тока), а

другое плечо этого же потенциотлетра связано с выходом блока 29, то на реостатном датчике двойного потенциометра будет возникать напряжение в зависимости от дебаланса токов в плечах потенциометра, при этом знак будет изменяться на выходе реостатного датчика при изменении соотнесений и направленности токов -в каждом из плеч потенциометра, что может произойти, например, при нар тиении баланса выходного напряжения между сумматорами 9 и 10, фиксируемое блоком сравнения. Этот блок своими входными усилителями постоянного тока подсоединен параллельно к выходам соответSствующих сумматоров 9 и 10, а так как выходы усилителей соединены соответственно с плечами двойного потенциометра с реостатным датчиком блока 29, то при нарушении равенства

0 напряжений на входах этого блока на реостатном датчике будет возникать напряжение, подключаемое через входной усилитель к плечу двойного потенцисадетра блока 30. Знак этого напряжения будет изменяться в зависимости от изменения соотношений сравниваемых напряжений,снимаемых с выходов сумматоров 9 и 10.Такое положение будет сказываться на изменении напряже0ния, снимаемого с реостатного датчика двойного потенциометра блока 30 как по величине, так и по знаку. К выходу реостатного датчика блока 30 подключен нуль-орган, а к его выходу параллельно подключены соответ5ственно триодные вентильные устройства анализаторов 19 и 20, являющиеся триодными ключами, управлякяцими в конечном итоге реверсом приводов 21 и 22.

0

Для осуществления оперативного вмешательства в работу устройства, а также для его включения и отключения используются блоки памяти 13 и 14, позволяющие выбрать режим работы,

5 выполнять различные коммутационные действия по усмотрению оператора, производить корректировку работы устройства в аварийных ситуациях на тракте подачи свеклы..Эти блоки

0 имеют непосредственные связи с генераторами 11 и 12, блоками 15 и 16 . и формирователями 17 и 18 соответственно.

Для уясненияработы устройства следует рассмотреть четыре возмож5ных ситуации.

При ситуации а) устройство работает следующие образом.

На выходе датчиков 1 и 2 минимальfiное напряжение, на выходе датчиков 3 и 4 минимальное напряжение, на .выходе детекторов 5, 6 и 7, 8 максимальное напряжение, обусловленное тем, что в диагонали измерительного

5 моста протекает минимальный ток, а

ток

близок к максимальному и соответствует по величине току измерительного моста при нормальной нагрузке. Таким образом, на входы двойного потенциометра поступают напряжения со значительной разницей по величине, а с ресЦ статного датчика CHHMaeTclFi также напряжение, близкое к максимальному и с определенным знаком. Это напряжение выхода с детекторов 5, 7 и 6, 8 поступает на два выхода сумматоров 9 и 10, между которыми включается нуль-орган, с которого снимается сигнал по знаку, поступающий на анализаторы 19 и20, Кроме того, каждый вход подключается на свою обмотку управлеНИН входного магнитного усилителя с нагрузкой на постоянном токе и в виде обмотки управления второго магнит кого усилителя.

Поскольку алгебраическая сумма токов, протекающая по обмоткам управления первого магнитного усилителя, будет близка к максимальному значению то на выходе магнитного усилителя будет минимальное напряжение, стремящееся к своему нулевому значению,. а в этой связи на выходе второго магнитного усилителя будет максимальное напряжение, снимаемое делителем напряжения . и подаваемое на коллектор напряжения и дальше на входы группы релейных элементов, отстроенных на раные уровни срабатывания по напряжению. Так как на коллектор поступает максимальное напряжение, то все релейныё элементы будут иметь на выходе сигналы и работа генераторов 11 и 12 импульсов будет проходить при наибольшей частоте генерации импульсов, предопределяя наибольшую скорость- перемещения шиберного устройства.

Импульсы с генератора импульсов поступают на два когллутатора, составленных из триггеров и находящихся на входе формирователей 17 и 18. Вьоходы с.двух коммутаторов поступают на входы двух соответствующих-им дешифраторов, которые устанавливает определенный порядок подключения элементов -ИЛИ- на выходах дешифраторов, соответствующих им триггеров и усилителей мощности, нагрузкой которых являются обмотки управления двух гру однофазных магнитных усилителей составляющих схему питания и реверсиров ния асинхронного реактивного шагового электропривода.

В данной ситуации одна группа магнитны}с усилителей имеет на выходе каждой фазы напряжение постоянного ;тока, а вторая группа на своем выходе не имеет напряжения, поскольку она заперта. Этр положение создается совместным, взаимосвязанньгм действием анализаторов, 19 и 20, т зиггеров 25 и 26 и датчиков 27 и 28, обеспечивающих соответствующую коммутацию двух групп запирающих обмоток управления магнитных усилителей. Каждая группа запирающих обмоток управляется триггерным устройством от соответствующих усилителей мощности и по от- ношению друг к другу находящихся в протиБОфазе воздействия на соответствующую трехфазную группу магнитных усилителей. Поскольку при работающем генераторе импульсов на обмотки управления двух групп поступают импульсы напряжения постоянного тока, а дешифраторы обеспечивают определенный поря док подключения и отключения обмоток управления, на выходе открытой группы магнитных усилителей появляется импульсное трехфазное напряжение со сдвигом по фазе и последовательностью их чередования (различное для каждой группы магнитных усилителей), то электропривод придет в действие в направлении, противоположном от исходного крайнего положения,т.е. от перекрытого. Так как технологическое .оборудование не загружено, то изодромный процесс мин11мальный, определяемый частотой генерации импульсов. Движение шиберного устройства на открытие при максимальной зоне нечув- ,. ствительности может происходить до крайнего положения- полного открытия потока или в зависимости о установленной зоны нечувствительности движение шиберного устройства будет проходить со ступенчатым снижением скорости до какого-то промежуточного положения, определяемого зоной нечувствительности пускового устройства генератора импульсов (релейных элементов). При прекращении работы генератора импульсов электропривод обеспечивает стоп-Момент на валу исполнительного органа за счет протекания по его обмоткам немодулированногр постоянного тока по всем трем фазам, При постепенном заполнении свекломоек и бункеров свеклой с равномерной их загрузкой по ветвям создаются условия, предусмотренные ситуацией.

При ситуации б) устройство имеет условия, при которых на выходе датчиков 1 и 2 напряжение стремится к своему максимальному значению, на выходе датчиков 3 и 4 напряжение стремится к своему максимальному значению, на выходе детекторов 5, б и 7, 8 минимальное напряжение, стремящееся к нулю, обусловленное тем, что в диагонали измерительных мостов протекает ток, близкий к максимуму, а в диагонали мостов задания ток остается неизменным и соответствует /заданию (т.е. равным по величине и знаку току измерительных мостов) следовательно, на входы двойного потенциометра поступают равные напряжения, а значит с его реостатного дат чика снимается минимальное напряжение , поступающее на входы сумматоро 9 и 10. Таким образом, на обмотки управления входного магнитного усил теля поступают напряжения, близкие к своим максимальным значениям, и з пирают его и на его выходе напряжение близко к нулю. Отсюда обмотка у равления второго магнитного усилител не обтекается током, а напряжение на его выходе близится к максимуму. Дальнейшая работа устройства, как в ситуации а) за исключением того, что шиберное устройство движется или остановлено в своем крайнем открытом положении. При ситуации в) условия несколько меняются, на выходе датчиков 1 и 2 максимальное напряжение, превышающее нормальное, на выходе датчиков 3 и 4 максимальное напряжение, превышающее нормальное, на выходе детекторов 5, 6 и 7, 8 значение напряжения пропорциональное пере грузке и обратное по знаку, обусловленное тем, что на входы двойного по тенциометра превышающее напряжение подается со стороны измерительного моста, следовательно, на реостатном датчике меняются знаки и величина напряжения пропорциональна разности между нормальным и перегрузочным значениями. При-таком положении нуль-орган входа сумматоров 9 и 10 фиксирует изменение знака и посылает управляющий импульс в анализаторы 19 и 20 на реверс электро-привода, действующего в направлении перекрытия потоков, при этом скорост его движения будет минимальной, так как один из двух релейных - элементов первой частотной ступени мультивибра тора чувствителен к знаку напряжения срабатывания, запускает генератор импульсов при наименьшей частоте юлпульсов, что определяет изодром шибе ного устройства за закрытие. При длительности перегрузки, превышающей время движения шибера до по ного перекрытия потока, шиберное устройство дойдет до крайнего положения, перекрывающего поток. Если же перегрузка ликвидируется раньше, движение шиберного устройства будет остановлено в каком-то промежуточном положении-и электропривод в переходной стадии процесса будет обеспечивать стоп-момент. При ситуации г) вступает в действие дифференциальная обратная связ что обусловливается неравенством нагрузок в технологических ветвях и некоторой рассогласованностью перекрытия потока. Такая ситуация создае следующие условия: на. выходе датчика 1 напряжение имеет значение, наприме равное 50% от нормального, датчик 2 и датчики 3,4 - напряжение, соответствующее нормальной нагрузке, на выходе детектора 5 - напряжение, пропорциональное недогрузке бункера, на детекторах 6-8 напряжение соответствует норме, на выходе сумматора 9 напряжение меньше, чем на сумматоре 10, на генераторе импульсов 11 устанавливается одна из промежуточных частот генерации импульсов, генератор импульсов 12 может работать с какой-то большей частотой, на выходе блока 29 появляется напряжение, поскольку входы его двойного потенциометра через соответствующие усилители постоянного тока подключены на выходы входных магнитных усилителей сумматоров 9 и 10, что при данной ситуации вызывает напряжение на реостатном датчике потенциометра соответствующего знака. С другой стороны, между датчиками 23 и 24 имеется рассогласование по фазе, что порождает уравнительные токи в роторной цепи датчиков, реализуемые фазочувствительным устройством блока 31 в пропорциональный углу рассогласования сигнал постоянного, напряжения с соответствующим знаком на выходе. Напряжения небаланса с блоков 29 и 31 подводятся на входы двух усилителей постоянного тока блока 30, к выходам которых подключены соответствующие плечи двойного потенциометра, с реостатным датчиком которого связан нуль-орган, формирующим управляющие сигналы соответствующего знака, осуществляющие выбор направления движения для электропривода. В данном случае электропривод нормально нагруженной ветви несколько перекроет поток, с незагруженной-несколько раскроет, что перераспределит поток свеклы с преимуществом в ветви с недогруженньм бункером. Такая направленность действия электроприводов определяется знаком на входе нуль-органа блока 30, кoтjэpый, в свою очередь, зависит от знаков на выходах блоков 29 и 31, но во всех случаях выбора нсшравленности действия обеих приводов OHi находятся в противофазе по отношению друг к другу. Например, как в данном случае электропривод нормально нагруженной ветви действует на перекрытие, в недогруженной ветви на открытие или оставляя шибер в крайнем открытом положении. Продолжительность такого положения будет определяться скоростью движения электроприводов и степенью недогрузки бункера, а затем при восстановившемся нагрузочном балансе в ветвях блоки 31, 30, 19 и 20 отработают равномерное раскрытие шиберного устройства за счет изменения знака на обратный на нуль-органе блока 30 до момента 4.; ,.. а.: .. -. его исчезновения при наступлений равенства степеней раскрытия потоков Во всех возможных сивуациях работы устройства датчики 27 и 28 осуществляют остановку приводов 21 и 22 в крайних положениях с обеспечени нормального стоп-момента и подго тавливают цепи управления для его последующего обратного движения. Принцип работы приводов 21 и 22, укомплектованных синхронными реактив ными шаговыми электродвигателями, в общем случае широко описан в литер туре и поэтому не нуждается в описании , Примененная в устройстве конструктивная модификация этих электродвигателей, а именно с дугообразными статорами, в принципе не отличается от таких же электродвигателей, но имегацих традиционные замкнутые стато ры. Формула изобретения Двухканальное устройство для управления технологическим объектом, содержащее блок управления, первый вход которого соединен с выходом первого блока сравнения, и в каждом канале первый амплитудныой детектор, подключенный входом к датчику веса технологического продукта второй амплитудный детектор, подклю., j .;. ченный входом к датчику мощности, и последовательно соединенные блок памяти, генератор импульсов, формирователь импульсов, привод, подключенный однюл выходом через датчик перемещения исполнительного элемента ко входу первого блока сравнения, датчик положения исполнительного элемента, триггер и анализатор, второй вход которого соединен с соответствукицим выходом блока управления, а выход - с другим входом формирователя импульсов, отличающеес я тем, что, с целью повышения точности устройства, оно содержит второй блок сравнения и в каждом канале, сумматор, входы которого соединены с выходами амплитудных детекторов, первый выход соединен с другим входом генератора импульсов, второй выход - с третьим входом анализатора, третий выход - с соответствующим входом второго блока сравнения, подключенного выходом ко второму входу блока управления. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР 502372, кл. G 05 В 1.9/18, 1974. 2.Азрилевич М. Я. и др. Основы автоматизации процессов свеклосахарМ., 1968, с. 19ного производства 22.