Многоканальный регулятор тепловых процессов (его варианты) Советский патент 1982 года по МПК G05D23/19 

( МНОГОКАНАЛЬНЫЙ РЕГУЛЯТОР ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ (ЕГО ВАРИАНТЫ)

1

Изобретение относится к автомагическому регулированию технологических процессов и может быть использовано для регулирования процессов термообработки изделий в группе технологических установок.

Известно устройство для многоканального регулирования тепловых процессов, содержащее генератор, термодатчики и задатчики по числу каналов термообработки, корректирующий Злок блок пересчета периода импульсов, обегающий и исполнительный механизмы, блок управления и усилитель .l Однако это устройство не осуществляет динамическую коррекцию программы термообработки объектов регулирования, что снижает его надежность.

Наиболее близким по технической сути к предлагаемому является устройство многоканального регулирования . тепловых процессов, содержащее генератор, соединенный с делителем частоты, блок управления, первые вход и выход.которого связаны через обегающий блок соответственно с термодатчиками и первыми входами исполнительных органов, коммутатор, блок пересчета периода импульсов, логический блок, корректирующий блок и по числу объектов регулирования - задатчики 2.

10 Недостатком этого устройства является необходимость применения индивидуальных задатчиков для каждого канала регулирования, что при большом числе каналов существенно увеличива15 в количество используемых микросхем и объем регулятора, усложняет монтаж блоков и межблочный контаж, а следовательно, снижает надежность и помехоустойчивость регулятора. Кроме го, изменение программы осуществляется сменой тактовой частоты, поступающей на входы задатчиков, а сложность получения широкого ряда тактавых частот малой дискретности существенно уменьшает возможности перепрограммирования, что ограничивает область применения регулятора.

Целью изобретения является расширение области применения регулятора и повышение надежности.

Поставленная цель достигается тем, что в многоканальный регулятор тепловых процессов, содержащий соединенные последовательно опорный генератор и делитель частоты, включенные последовательно блок управления и блок опроса, измерительные входы по числу каналов которого связаны с датчиками температуры, управляющие выходы с исполнительными органами по числу каналов, а выход согласования связан с первым входом блока управления, содержит включенные последовательно счетчик импульсов,блок памяти, коммутатор импульсов, буферный элемент и сумматор, а также первый и второй элементы И, распределитель импульсов, формирователь тактовых импульсов, блок индикации, селектор импульсов, таймер и блок программирования, вход которого подключен к выходу счетчика импульсов, к первым входам тактовых импульсов, блока индикации и ко второму управляющему входу блока опроса, а выходы первый - ко второму входу сумматора, выходом соединенного со вторым входо блока памяти, второй - к первому входу селектора импульсов, третий - к первому входу блока управления, четвертый - к первому входу второго элемента И, второй вход которого соединен с выходом таймера, а выход с третьим управляющим входом блока опроса, четвертый управляющий вход которогосоединен со вторым входом буферного элемента и с первым выходом распределителя.импульсов, второй выход которого подключен к третьему входу блока памяти, а входы - к выходу первого элемента И и первому выходу делителя частоты, соединенному со входом счетчика импульсов, второй выход делителя частоты связан с первым входом, а третий выход - через формирователь тактовых импульсов со вторым входом первого элемента И, причем селектор импульсов вторым входом связан со вторым входом блока индикации и выходом блока памяти, а выходом через блок управления - с третьим входом блока индикации и вторым входом коммутатора импульсов, третий вход которого соединен со вторым входом блока управления, блок программирования содержит соединенные последовательно узел переключателей, тактовый распределитель импульсов и преобразователь кода, выходы которого являются выходами блока программц рования, входом которого является счетный вход тактового распределителя импульсов.

Блок управления содержит соединенные последовательно усилитель сигнала, аналого-цифровой преобразователь, вычитатель и элемент сравнения, причем выходы аналого-цифрового преобразователя и элемента сравнения являются выходами блока управления, а вход усилителя сигнала, вторые входы вычитателя и элемента сравнения входами блока управления.

Для расширения области применения многоканальный регулятор тепловых процессов, содержащий соединенные

5 последовательно опорный генератор, делитель частоты, включенные последовательно блок управления и блок опроса, измерительные входы по числу каналов которого связаны с датчиками

« температуры, управляющие выходы - с исполнительными органами по числу каналов, а выход согласования - связан с первым входом блока управления, содержит включенные последовательно счетчик импульсов, блок памяти, коммутатор импульсов, буферный элемент и сумматор, а также первый и второй

элементы И, распределитель импульсов, формирователь тактовых импульсов, блок индикации, селектор импульсов, таймер и блок программирования, первый вход которого подключен к выходу счетчика импульсов, к первым входам формирователя тактовых импульсов, блока индикации и к счетному входу блока опроса, второй вход - к выходу второго элемента И, входами связанного с пятым выходом блока программирования и выходом таймера, а выходы блока п|5ограммирования подключены: первый - к второму входу сумматора; второй - к первому входу селектора импульсов, вторым входом соединенного с выходом блока памяти и вторым входом блока индикации; третий - к второму входу блока управления, третьим входом связанного с выходом селектора импульсов, четвертый - к второму входу блока опроса, третий i 9«36 вход которого связан to вторым входом буферного элемента и с первым выходом распределителя импульсов; а шестой - к третьему входу блока индикации, четвертый вход которого подключен к второму входу коммутатора импульсов, и второму выходу блока управления, третий выход которого связан с третьим входом коммутатора импульсов, причем выход сумматора соединен с вторым входом блока памяти, третий вход которого через распределитель импульсов подключен к первому выходу делителя частоты и входу счет чика импульсов, а второй вход распределителя импульсов через первый элемент И связан со вторым выходом делителя частоты, третий выход которого через формирователь тактовых импульсов подключен к второму входу первого элемента И. Блок программирования содержит по следовательно соединенные узел переключателей, шифратор, элемент управления записью и энергозависимый перепрограммируемый постоянный запоминающий элемент, выходы которого являются выходами блока программирования, входами которого являются входы элемента управления записью и энергозависимого программируемого постоянного запоминающего элемента. На фиг.1 дана структурная схема устройства, первый вариант; на фиг.2 то же, второй вариант; на фиг.З структурная схема блока программирования первого варианта; на фиг. структурная схема блока индикации; на фиг.5 - схема структуры блока управления; на фиг.6 - схема структуры второго варианта блока программирова ния. Многоканальный регулятор тепловых процессов содержит опорнь1й генератор 1, делитель частоты 2, первый элемент И 3, распределитель k импульсов счетчик 5 импульсов, формирователь 6 тактовых импульсов, блок 7 памяти, сумматор 8, блок 9 программирования, блок 10 индикации, коммутатор 11 импульсов, буферный элемент 12, селектор 13 импульсов, блок 14 управления второй 15 элемент И, обегающий блок 16, таймер 17, термодатчики 18, исполнительные органы 19. Структурная схема блока программирования первого варианта содержит элемент 20 переключателей, тактовый распределитель 21 импульсов, преобразователь хода 22 S 7A Структурная схема блока индикации содержит шифратор 23, третий элемент И 2, второй буферный элемент 25, дешифратор 26, индикаторы 27. Схема структуры блока управления содержит аналого-цифровой преобразователь 28, усилитель 29 сигнала, вычитатель 30 и элемент 31 сравнения. Схема структуры второго варианта блока программирования содержит узел 32 переключателей, шифратор 33, элемент З управления записью, энергонезависимый перепрограммируемый запоминающий элемент 35. Блоки и узлы регулятора -выполняют следующие функции. Блок программирования 9 выдает занесенную в него информацию о режимных параметрах в цифровом коде, по каждому каналу термообработки: на сумматор 9 - о темпе подъема температуры или ее снижения; на селектор 13 - об уровне изотермы; на блок 1 (на второй вход элемента сравнения 31);- на второй элемент И 15 - о времени отключения каналов. Выборка параметров осуществляется с узла переключателей 20 (которыми заданы параметры для всех каналов) тактовым распределителем 21 поканально подачей на его адресный вход соответствующего кода номера канала. Затем выбранная информация через преобразователь кода 22 поступает в соответствующие блоки регулятора. Импульсный сигнал опорного генератора 1 преобразуется делителем частоты 2 в сигналы с частотой f. на первом выходе, f - на втором и f на третьем, при этом соблюдается соотношение f, где f-j-частота квантования; f - тактовая частота; fx-частота счета; п - число разрядов распределителя импульсов . Частота f впределяет скорость опроса каналов, которая равна , где N - число каналов регулирования, а f определяет частоту выполнения операций, суммирования записанного в блоке 7 значения сигнала задания с заданным значением приращения (на втором входе сумматора 8), определяющим требуемый темп изменениятемпературы объекта, или операций по коррекции сигнала задания. Коррекция осуществляется в случае когда динамическая ошибка регулирования (разность задания и обратной связи) превышает заданное- априорно значение, при этом сигнал задания устанавливается равным сумме сигнала обратной связи и приращения задания.

Формирователь 6 осуществляет вы.резку из fT. сигнала длительностью 5 N/f l/f.2. (по сигналу на его адресном входе), соответствующего времени между моментами обнуления счетчика 5. При этом операция суммирования осуществляется с приходом импуль- О сов f один раз по всем адресам (каналам) . Темп изменения равен fa. , где К - код приращения, задаваемого на сумматор 8. Смена темпа может осуществляться в широких преде- 15 лах и с малой дискреностью изменением частоты f.j - для всех каналов одновременно и индивидуально изменением величины К. Объем памяти счетчика 5 соответствует количеству слов бло- 20 КЗ 7с пословной выборкой. Разрядность слова определяется требуемой точностью и диапазоном изменения программы. Выход счетчика 5 определяет адрес (номер) канала управления 25 для блока 7« блока 16 и блока программирования 9 (тактового распределителя 21) и синхронизирует их работу, осуществляя периодически-последовательный опрос каналов. При зо отсутствии тактового сигнала OF выходе формирователя 6 сигнал f-, блокируется элементом И 3 и распределитель импульсов 4 не работает, а с приходом f, последний через мо- jj менты времени 1/fi-n выдает импульс такой же длительностью сначала на втором выходе и затем сдвигает его на первый выход (). Эта операция осуществляется один раз по каждому адресу, а в момент каждой смены адреса распределитель импульсов k, содержащий в себе сдвиговый регистр, принудительно обнуляется по второму входу сигналом f3 . Блок 7 работает постоянно в режиме пословной выборки, а с приходом f-p выборки дополняется перезаписью слов с суммированием или е с коррекцией. При этом с прихоом любого адресного сигнала выходной сигнал блока 7 первоначально подается через коммутатор 11 на элемент 12 и записывается в него при появлении на втором входе управляющего импульса т распределителя Ц со второго выхоа. Далее этот сигнал на сумматоре 8 суммируется с заданным значением приращения, и с появлением на втором входе блока 7 разрешающего сигнала

суммарный сигнал заносится в данное слово вместо прежней информации. В случае превышения динамической ошибки определенной величины на втором выходе блока сравнения 3t появляется сигнал, переключающий коммутатором 11 на вход элемента 12 вместо сигнала задания сигнал обратной связи, и в -память (слово) блока 7 заносится температура объекта регулирования, просуммированная с заданным приращением сигнала задания. Так осуществляется процесс перезаписи сигнала задания или его коррекции по каждому адресу за один цикл опроса всех каналов .

Селектор 13 пропускает наименьший из входных сигналов, т.е. либо сигнал от блока 7, либо код уровня изотермы. Блок 1б периодически-последовательно подключает первые вход и выход блока управления 14 (вход усилителя 29 и второй выход блока сравнения 31) соответственно к термодатчику 18 и первому входу исполнительного органа 19, а второй вход последнего - к выходу элемента 15, который при совпадении заданного времени отключения каждого канала (заложенного в блоке программирования 9) и текущего времени таймера 17 формирует сигнал на окончание цикла термообработки, блокирующий включение исполнительного органа 19 в канале с завершенной программой.

При коммутации очередного термодатчика 18 к усилителю 29 усиленный сигнал преобразуется аналого-цифровым преобразователем 28 в код, который подается на первые входы вычитателя 30 и коммутатора 11, а также на третий вход блока индикации 10.

На второй вход вычиталеля 30 от селектора 13 поступает сигнал задания, где он вычитается из сигнала обратной связи (температуры объекта). Разностный сигнал подается на блок сравнения 31, где он сравнивается с величинами гистерезисов управления и коррекции, уровни которых (в коде) подключены от блока программирования 9. На первом выходе блока сравнения 31 формируется двух- или трехпозиционный управляющий сигнал на включение или отключение исполнительного органа 19 а на втором выходе при превышении разностного сигнала допустимой величины (гистерезиса коррекции) выдается сигнал разрешения коррекции, переключающий коммутатором 11 на вход элемента 12 код сигнала обратной свя зи, который в дальнейшем перезаписывается в память блока 7. Логический уровень управляющего сигнала в момент появления стробирующего импульса от распределителя импульсов на втором входе блока 16 запоминается в исполнительных органах 19 (фиксаторами О порядка) на период коммутации измерительно -регу лирующего тракта, равный времени опроса всех каналов регулирования. Блок индикации 10 служит для визуального контроля режимных параметров по выбранному каналу регулирования, номер которого задается переключателями шифратора 23. При циклическом опросе всех каналов по моменту -совпадения кодов адресного сигнала счетчика 5 с выбранным номером объекта элемент 2 перезаписывает в память элемента 25 информацию о сигнале задания и обратной связи, которая затем через дешифратор 26 поступает на десятичные цифровые индикаторы 27. Цикл перезаписи равен периоду опроса каналов. Регулятор работает следующим образом. Перед пуском одного из объектов регулирования или группы объектов в работу в блоке программирования 9 устанавливается программа их термооб работки с помощью узла переключателей 20. Затем подается разрешающий сигнал вручную) на соответствующий исполнительный орган 19 (например, включением его управляющего входа ко тактами импульсного реле типа РПС на выходе блока 1б). , С этого момента в слово блока 7, адрес которого соответствует номеру этого канала, автоматически заносится значение начальной температуры об екта, и с частотой f к этой величине начинает суммироваться заданное значение приращения К, и сигнал задания изменяется по линейному закону, если K konst. При этом осуществляется обычный процесс двухпозиционного регулирования в импульсно системе (с периодом дискретизации Т с помощью блока управления 1А и исполнительного органа 13. Достижение темпера урой объекта уровня-изотермы фиксируется селектором 13, который автоматически переключает регулятор в режим стабилизации этого параметра Окончание цикла термообработки по времени ({ ксируется элементом 15 отключающим данный исполнительный орган 19. Если в процессе регулирования какие-либо возмущающие воздействия (исчезновение напряжения питания, перерывы в подаче теплоносителя, электрические помехи и т.д.) нарушают нормальных ход термообработки, рассогласование между заданием и параметром превышает допустимое значение, и сигнал задания автоматически корректируется по температуре объекта. Поскольку о неработающих каналах исполнительные органы 19 отключены, за счет контура коррекции сигнал задания в них дер,1.игся на уровне сигнала обратной связи , т.е. эти. каналы готовы к работе сразу после их включения. Выборка номера канала для регулирования осуществляется подачей адресного си|- на.пг ка блок 7, блок 9, блок 16 и блок О, Частота опроса каналов может измемг;ться в широких пределах, исходя из требований к динамике процесса. Таким образом, регулятор представляет собой импульсную многоканальную систему с индивидуальнымпрограммирован.:..-, ойботы ее каналов. ТактироваН/.;- - Г:- ты блоков регулятора в пределах каждого адреса при Qnpoce исключает рлипние переходных процессов, вс . ч.иx в моменты переключения, НС -. - ,тво регулирования, а контур корреихции осуществляет фильтрацию случайныхпомех. Во втором варианте регулятора (по пп.+и 5) блок программирования 9 выполнен на основе энергонезависимого перепрогрэммируемого постоянного запоминающего элемента (ЭППЗУ) 35 с возможностью электрической перезаписи информации по всем адресам. Запись программы в него осуществляется следуклдг.м образом. Узлом переключателей 32 задается десятичный код значения записываемого переметра, который преобразуется в основной код (например, двоичный) шифратором 38 и поступает в элемент управления записью З. Затем на адресный вход ЭППЗУ 35 подают код выбранного номера какала, и зaдaннy э узлом 32 информацию записывают в часть слова по этому адресу,, соответствующую данному параметру, также поочередно записываются и остальные параметры: темп изменения температуры, уровень иаотермы, гистерезис регули- рования и коррекции, время отключения канала (им соответствуют 1-3 и 5 выходы ЭППЗУ 35). Запись указанных параметров других каналов по соответствующим им адресам осуществляется аналогично. При готовности объекта к работе в соответствующий разряд слова по заданному адресу записы вают с помощью элемента 3 логическу 1, которая С 4 выхода ЭППЗУ 35 поступает на третий вход блока 16 и по второму входу разблокирует исполнительный орган 19 данного канала. Окончание цикла термообработки фикси руется по времени элементом 15, кото рый посредством элемента З обнуляет этот разряд слова, блокируя тем самым работу исполнительного органа 19 В ЭППЗУ информация хранится и при отключенном питании, чем обеспечивается высокая устойчивость программы к воздействию различного рода помех (так для микросхем серий К 519 и К55б)время хранения информации при отключенном питании составляет не ме нее 3000 ч). Все выходы ЭППЗУ -35 по 6 магистрали поступают также на блок индикации ТО, который в десятичном (или семисегментном) коде индицирует все программируемые и режимные параметры по выбранному дешифрато ом 23 каналу регулирования. В остальном регулятор работает ка и в первом варианте, обеспечивая регулирование процесса термообработки многих объектов с возможностью индивидуального программирования и несинхронной работы. Первый вариант построения регуляторов целесообразно использовать в технологических установках с ограниченным набором дискретных значений задаваемых параметров, а также для однотипных объектов (особенно с несинхронной сэтработкой одинаковых программ). Обусловлено это зависимостью диапазона и дискретности программирования от числа положений переключателей. Кроме того, при роль- ; шом количестве объектов (каналов) переключатели насыщают панель управления (что затрудняет визуальный контроль), усложняют монтаж, требуют разветвленных линий связи с блока ми регулятора, снижают помехоустойцивость последнего. Второй вариант структуры устраняет указанные недостатки, обладая при этом гибкостью и оперативностью 9 712 перестройки программ с диапазоном изменения параметров программы от нуля до максимального значения с дискретностью, равной весу младшего разряда цифровой части регулятора. Многообразие программ и точность задания обеспечиваются длиной информационного слова, разрядность которого может наращиваться. Такое легко наращивается в этом варианте и количество каналов регулирования без существенного усложнения монтажа и увеличения органов индикации и управления. Таким образом, предлагаемые варианты регулятора обладают высокой надежностью за счет применения значительно меньшего числа элементов и упрощения монтажа, малыми габаритами, расширенной областью применения за счет гибкость структуры, возможности наращивания числа каналов и объема памяти. Формула изобретения 1. Многоканальный регулятор тепловых процессов, содержащий соединенные последовательно опорный генератор и делитель частоты, включенные последовательно блок управления и блок опроса, измерительные входы по числу каналов которого связаны с датчиками температурь), управляющие выходы - с исполнительными органами по числу каналов, а выход согласования связан с первым входом блока управления, отли чающийся тем, что, с целью расширения области применения и повышения надежности регулятора, он содержит включенные последовательно счетчик импульсов, блок памяти, коммутатор импульсов, буферный элемент и сумматор, а также первый и второй элементы И, распределитель импульсов, формирователь тактовых импульсов, блок индикации, селектор импульсов, таймер и блок программирования, вход которого подключен к выходу счетчика импульсов, к первым входам формирователя тактовых импульсов, блока индикации и ко второму управляющему входу блока опроса, а выходы: первый - ко второму входу сумматора, выходом соединенного со вторым входом блока памяти, второй к первому входу селектора импульсов, третий - к первому входу блока управления, четвертый - к первому входу второго элемента И, второй вход . которого соединен с выходом таймера, а выход - с третьим управляющим входом блока опроса, четвертый управляющий вход которого соединен с вторым входом буферного элемента и с первым выходом распределителя импульсов, второй выход которого подключен к третьему входу блока памяти, а входы - к выходу первого элемента И и первому выходу делителя частоты, соединенному со входом счет чика импульсов, второй выход дел г1теля частоты связан с первым входом, а третий выход - через формирователь тактовых импульсов - со вторым входом первого элемента И, причем селектор импульсов вторым входом связан со вторым входом блока индикации и выходом блока памяти, а выходом через блок управления с третьим входом блока индикации и вторым входом коммутатора импульсов, третий вход которого соединен со вторым выходом блока управления. 2.Регулятор по п.1, о т л и ч аю щ и и с я тем, что блок программирования содержит соединенные после довательно узел переключателей, тактовый распределитель импульсов и преобразователь кода, выходы которог являются выходами блока программирования, входом которого является счет ный вход тактового распределителя импульсов. 3.Регулятор по п,1, о.т л и - чающийся тем, что блок управления содержит соединенные последовательно усилитель сигнала, аналого-цифровой преобразователь, вычитатель и элемент сравнения, причем аналого-цифрового преобразова теля и элемента сравнения являются выходами, а вход усилителя сигнала, вторые входы вычитателя и элемента сравнения - входами блока управпения Ц. Многоканальный регулятор тепловых процессов, содержащий соединен ные последовательно опорный генерато и делитель частоты, включенные последовательно блок управления и блок опроса, измерительные входы по числу каналов которого связаны с датчиками температуры, управляющие выходы - с исполнительными органами по числу ка налов, а выход согласования-связан с первым входом блока управления, от личающийся тем, что, с целью расширения области применения 71 регулятора, он содержит включенные последовательно счетчик импульсов, блок памяти, коммутатор импульсов, буферный элемент и сумматор, а также первьн1 и второй элементы. И, распределитель импульсов, формирователь тактовых импульсов, блок индикации, селектор импульсов, таймер и блок программирования, первый вход которого подключен к выходу счетчика импульсов, к первым входам формирователя тактовых импульсов, блока индикации и к счетному входу блока опроса, второй вход - к выходу второго элемента И, входами связанного с пятым выходом блока программирования и выходом таймера, а выходы блока программирования подключены: первыйк второму входу сумматора; второй к первому входу селектора импульсов, вторым входом соединенного с выходом блока памяти и вторым входом блока индикации; третий - к второму входу блока управлеяия, третьим входом связанного с выходом селектора импульсов, четвертый - к второму входу блока опроса, третий вход которого связан со вторым входом буферного элемента и с первым выходом распределителя импульсов; а шестой - к третьему входу блока индикации, четвертый вход которого подключен к второму входу коммутатора импульсов и второму выходу блока управления, третий выход которого связан с третьим входом коммутатора импульсов, причем выход сумматора соединен с вторым входом блока памяти, третий вход которого через распределитель импульсов подкпючен к первому выходу делителя частоты и входу счетчика импульсов,а второй вход распределителя импульсов через первый элемент И связан со вторым выходом делителя частоты, третий выход которого через формирователь тактовых импульсов подключен к второму входу первого элемента И. 5. Регулятор по п., отличающийся тем, что блок программирования содержит последовательно соединенные узел переключателей, шифратор, элемент управления записью и энергозависймый перепрограммируекмй постоянный запоминающий элемент, выходы которого являются выходами блока программирования, входами которого-являются вхо-.

159 36676

ды элемента управления записью и1. Авторское свидетельство СССР

знергозависимого программируемого постоянного запоминающего элемента.

Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе s (прототип).

№ , кл. G 05 D 23/19, 1972.

«jw

««

Г

L

Г

C

2J

71

I

Фиг.З

I

0

r

l