Многоканальный широтно-импульсный регулятор температуры (его варианты) Советский патент 1982 года по МПК G05D23/19 

(5) МНОГОКАНАЛЬНЫЙ ШИРОТНО-ИМПУЛЬСНЫЙ РЕГУЛЯТОР ТЕМПЕРАТУРЫ (ЕГО ВАРИАНТЫ)

Изобретение относится к устройствам автоматического регулирования различных физических параметров и может быть использовано для регулирования тепловых процессов. Известен многоканальный широтноимпульсный регулятор температуры, содержащий в каждом канале датчик и задатчик, связанные с ключей, по два элемента совпадение и сборка элемент запрет счетчик, триггер и исполнительный элемент, а также коммутатор, усилитель, пороговый, элемент генератор импульсов и генератор пилообразного напряжения }. Недостатком данного регулятора является сложность и низкая надежность Более надежным и простым является многоканальный широтно-импульнсый регулятор температуры, содержащий в каждом канале датчик и задатчик, ключ элемент совпадение, счетмик, триггер, соединенный с исполнительным элементом, а также обшие на все каналы генератор, соединенный со счетчиком, импульсный элемент, усили- . тель, цифро-аналоговый преобразователь и коммутатор-демультиплексер 2. Недостатком известного устройства является необходимость применения большого числа канальных элементов, таких как счетчик, ключ, элемент совпадение и триггер, что усложняет его реализацию и снижает надежность. Цель изобретения - упрощение, повышение надежности регулятора и расширение области его применения. Поставленная цель по первому варианту достигается тем, что в многоканальный широтно-импульсный регулятор температуры, содержащий соединенные последовательно генератор импульсов и первый счетчик импульсов, а также усилитель, коммутатор-демультиплексер и по числу каналов датчики и задатчики температуры и соединенные последовательно и подключенные к соответствующим входам коммутаторэ-де3 , 96 мультиплексера триггеры и исполнител ные элементы, введены соединенные по следовательно аналого-цифровой преобразователь, вычитатель и компаратор, а также второй счетчик импульсов и коммутатор-мультиплексер, информационные входы которого связаны с датчиками и задатчиками температу:ры соответствующих каналов, вход син хронизации - с входом синхронизации коммутатора-демультиплексера и вторым выходом первого счетчика, первый выход - через усилитель - с входом аналого-цифрового преобразователя, а второй выход - с вторым входом вычитателя, второй вход компаратора подключен через второй счетчик импул сов к выходу первого счетчика импульсов, третий вход компаратора под ключен к выходу генератора импульсов а еыходы компаратора связаны с инфор мационными входами коммутатора-демультиплексера . По второму варианту поставленная цель достигается тем, что в многока,нальный широтно-импульсный регулятор температуры, содержащий соединенные последовательно генератор импульсов и первый счетчик импульсов, а также усилитель, коммутатор-деДультиплексер, по числу каналов датчики и задатчики температуры и соединенные последовательно и подключенные к соо ветствующим выходам коммутатора-демультиплексера триггеры и исполнительные элементы введены соединенные последовательно второй, третий и чет вертый счетчики импульсов, а также дешифратор, буферный элемент, сумматор, одновибратор, элемент И, элемент фиксации обнуления, запоминающий элемент и соединенные последовательно и подключенные через усилитель к одному из выходов коммутатора мультиплексера аналого-цифровой преобразователь, вычитатель и компаратор, к второму входу которого подклю чен выход четвертого счетчика импуль сов и счетный вход коммутатора-мультиплексера, информационными входами связанного с датчиками и задатчиками температуры соответствующих каналов, а вторым выходом подключенного к вто рому входу вычитателя, третий вход компаратора связан с вторым выходом третьего счетчика импульсов, первый выход которого через одновибратор со единен с вторыми входами триггеров, четвертый вход компаратора подключен К выходу второго счетчика импульсов, первому входу коммутатора-демультиплексера, первому входу запоминающего элемента, вторым входом связанного с первым выходом дешифратора, третьим входом - с выходом сумматора, а выходом через соединенные последовательно элемент фиксации обнуления и элемент И - с вторым входом коммутатора-демультиплексера и через буферный элемент с одним из входов сумматора, выход компаратора подключен к второму входу буферного элемента, третий вход которого соединен с вторым выходом дешифратора, причем выход генератора импульсов связан с входом второго счетчика импульсов через первый счетчик импульссв второй выход которого через дешифратор подключен к второму входу элемента И. Сущность первого варианта изобретения поясняется структурной схемой (фиг.. 1), где генератор 1 импульсов, первый счетчик 2 импульсов, второй счетчик 3 импульсов, компаратор 4, вычитатель 5, аналого-цифровой преобразователь 6, усилитель 7, коммутатордемультиплексер 8, коммутатор-мультиплексер 9, триггеры 10, исполнительные элементы 11, датчики 12 и задатчики 13 температуры, многоразрядные выходы и входы, изображены двойными линиями. Генератор 1 соединен с первым счетчиком 2 и со стробирующим входом компаратора А, к входам которого подключены выходы второго счетчика 3 и вычитателя 5- Выходы компаратора чечерез коммутатор-демультиплексер 8 подключены к входам триггеров 10, выходы которых соединены с исполнительными элементами 11. Второй выход первого счетчика 2 связан с входом второго счетчика 3, а первый выход соединен с адресными входами коммутаторов 8 и 9- Датчики 12 и задатчики 13 через коммутатор-мультиплексер 9 подключены соответственно к входам усилителя 7 и вычитателя 5, который связан через аналого-цифровой преобразователь 6 с выходом усилителя 7. Регулятор работает (первый вариант) следующим образом. Генератор 1 формирует базовый сигнал ff , поступающий на счетчик 2, объем памяти которого равен числу каналов, его первый выход выдает периодически изменяющийся код адресного сигнала на коммутаторы 8 и 9. выход счетчика 2 выдает сигнал с частотой f , поступающий на счетчик 3 с объемом памяти М, формирующий на своем выходе двоичный код сигнала И, который условно изображен ступенчатопилообразным (фиг. 2) с периодом Т. Коммутаторы 8 и 9 периодически последовательно с частотой и периодом Т подключают канальные триггеры 10, датчики 12 и задатчики 13 к управляющей части регулятора. При этом в момент коммутации канала по адресному сигналу счетчика 2 вычитатель 5 определяет разность сигнала цифрового задатчика 13 и преобразованного аналогового сигнала датчика 12. Коммутатор 9 коммутирует аналоговые (от датчиков) и цифровые (от задатчиков) сигналы. Компаратор сравнивает разностный сигнал с сигналом И, и, если их коды совпадают, то на втором выходе формирует сигнал сброса триггера 10, а сигнал установки триггера 10 в 1 поступает с первого выхода в момент обнуления счетчика 3. С целью устранения влияния переходных процессов при коммутации каналов выходы компаратора 4 стробирую ся сигналом fp по О импу льсной последовательности (а переключение с канала на канал осуществляется по 1). Таким образом, осуществляется фор мирование в каждом канале широтноимпульсного сигнала, фиксируемого триггером 10 до момента обнуления сигнала И до момента равенства его мгновенного значения разностному сиг налу задания и обратной связи. При этом период опроса каналов равен Т . Особенность указанного регулятора заключается в одинаково высокой скорости коммутации как измерительных, так и управляющих цепей, поэтому его применение целесообразно при регулировании процессов с большой тепловой инерцией (что позволяет резко снизить скорость коммутации без уменьше ния точности регулятора), а также при использовании бесконтактной коммутации аналоговых сигналов. Однако не всегда удается снизить скорость коммутации аналоговых сигналов до требуемого уровня, обеспечивающего необходимое время цикла работы- аналого-цифрового преобразователя и помехоустойчивость регулятора. В этом случае необходимо применение пониженной скорости коммутации датчиков. Это реализовано во втором варианте регулятора (фиг. 3), где генератор 1 импульсов первый, второй, третий и четвертый, счетчики 2, 3, , 5 импульсов соответственно дешифратор 6 запоминающий элемент 7, В, буферный 9 элемент, элемент фиксации обнуления 10, элемент И 11, коммутатор-демультиплексер 12, триггеры 13, исполнительные элементы It, одновибратор 15, компаратор 16, вычитатель 17, аналого-цифровой преобразователь 18, усилитель 19, коммутатор-мультиплексер 20., датчики 21 и задатчики 22 температуры. Генератор 1 и счетчики 2-5 соединены последовательно. Второй выход счетчика 2 связан с входом дешифратора 6, подключенного к второму входу элемента И 11, запоминающего элемента 7 и буферу 9- Второй выход счетчика. 3 подключен к первому входу запоминающего элемента 7, счетному входу коммутатора-демультиплексера 12 и четвертому входу компаратора 16. Первый выход счетчика соединен с входом одновибратора 15, а второй выход третьим входом компаратора 1б. Первый выход счетчика 5 также связан с вторым входом компаратора 16 и счетнь1м входом коммутатора 20. Выход запоминающего элемента 7 соединен с входом элемента фиксации обнуления 10 и первым входом буферного элемента 9, который через сумматор 8 связан с третьим входом элемента 7- На свободный вход сумматора 8 постоянно подан код 1 (в младший разряд). Элемент И 11 через коммутатор 12 связан с первыми входами триггеров 13, вторые входы которых подключены к выходу одновибратора 15, а выходы - к исполнительным элементам 1. Коммутатор 20 подключает датчики 21 к усилителю 19, а задатчики 22 - вычитателю 17- Усилитель 19, аналого-цифровой преобразователь 18, вычитатель 17 и компаратор 16 соединены последовательно. Счетчики 2-5 имеют емкости памяти соответственно К, N, М, N, где N - число каналов, М - объем памяти (дискретности) развертывающего сигнала И., Второй вариант устройства работает следующим образом. Генератор 1 формирует базовый сигнал fp, преобразующийся в дальнейшем счетчиками 2-5. Сигнал с разрядных

выходов счетчика 2 преобразуется дешифратором 6 в последовательность импульсов (фиг. 4) , служащих для стробирования блокоз регулятора. Счетчик 3 формирует адресный сигнал для элемен- 5 та 7 и коммутатора 12. Счетчик А вырабатывает развертывающий сигнал И, с которым сравнивается в коммутаторе 16 разностный сигнал (задания и обратной связи), определяемый вычитателем 17. Счетчик 5 вырабатывает адресный сигнал для коммутатора 20, т. е. частота адресации последнего в М N раз меньше частоты адресации коммутатора 12. Коммутатор 20 служит is гер ДЛЯ коммутации аналоговых и цифровых сигналов, поступающих от датчиков 21 и задатчиков 22. С приходом очередного адресного сигнала на вход э/1емента 7, на его выход подключается код слова, соответствующего данному адресу ( каналу ) Этот код по стробирующему импульсу на втором выходе дешифратора 6 записывается в память буфера 9 и автоматически суммируется с 1 сумматором 8. По сигналу на первомвыходе дешифратора 6 суммарный сигнал записывается в память запоминающего элемента 7 вместо прежнего значения данного слова. При циклической адресации запоминающего элемента 7 по каждому адресу формируется индивидуальное развертывающее напряжение, т.е. реализуется многоканальный широ но -импульсный многоустойчивый элемен 1.счетчик). При этом разрядность слов обеспечивает объем памяти, соответст вующий объему памяти М счетчика 4 с целью выполнения условия их автомати ческой синхронизации. При коммутации i-ro датчика 21 и задатчика 22 (адрес А,) к регулятору разностный сигнал с вычитателя 17 подается на компаратор 1б, где сравн вается с кодом счетчика 4 (развертывающим напряжением И). Моменты совпа дения кодов этих сигналов фиксируютс компаратором 16, однако импульс на элемент 9 выдается только при совпадении адресов А- (разрядных кодов счетчика 3 и счетчика 5), поскольку скорости адресации элемента 7 и коммутатора 20 различаются в М N раз. С появлением импульса на третьем входе элемент 9 блокируется, при это на его разрядных выходах устанавлива ется код нулевого сигнала и i-е слово запоминающего элемента 7 обнуляет

ся. При коммутации датчиков 21 и задатчиков 22 других каналов код i-ro слова запоминающего элемента,/ в момент его обнуления периодически с fO TQ повторяет фазу управляющего сигнала в данном канале. В момент обнуления счетчика 4 все триггеры 13 по второму входу устанавливаются в 1, включая исполнительные элементы (например, тиристорные контакторы). В момент обнуления i-слова запоминающего элемента 7, который фиксируется элементом 10, через элемент И 11 и коммутатор 12 i-и триг13 стробирующим импульсом дешифратора 6 устанавливается в О, отключая i-й исполнительный элемент I. Аналогично работают все остальные каналы, обеспечивая непрерывное широтно-импульсное управление каналами с периодической коррекцией фазы управляющего сигнала. Таким образом, предлагаемые варианты построения регулятора обеспечивают управляющие функции для многих объектов при значительно меньшем количестве канальных элементов за счет совершенствования общей части регулятора, что позволяет снизить затраты на его реализацию и упростить монтаж. При реализации такого регулятора использованы микросхемы повышенной степени интеграции - оперативные ЗУ. формула изобретения 1. Многоканальный широтно-импульсный регулятор температуры, содержащий соединенные последовательно генератор импульсов и первый счетчик импульсов, а также усилитель, коммутатор-демультиплексер, по числу каналов датчик и задатчик температуры и соединенные последовательно и подключенные к соответствующим выходам коммутатора-демультиплексера триггер и исполнительный элемент, отличающийс я тем, что, с це)1ью повышения надежности и упрощения- регулятора, он содержит соединенные последовательно аналого-цифровой преобразователь, оычитатель и компаратор, а также второй счетчик импульсов и коммутатормультиплексер, информационные входы которого связаны с датчиками и задатчиками температуры соответствующих каналов, вход синхронизации - с входом синхронизации коммутатора-лемультиплексера и с вторым выходом первого счетчика, первый выход через усилитель - -с входом аналого-цифрового преобразователя, а второй выход - с вторым входом вычитателя, второй вхо компаратора подключен через второй счетчик импульсов к выходу первого счетчика импульсов, третий вход компаратора подключен к выходу генерато ра импульсов, а выходы компаратора связаны с информационными входами ко мутатора-демультиплексера. 2. Регулятор,содержащий соединенные последовательно генератор импуль сов и первый счетчик импульсов, атак же усилитель, коммутатор демультипле сер, по числу каналов - датчик и задатчик температуры и соединенные последовательно и подключенные к соответствующим выходам коммутатора-демультиплексера триггер и исполнитель ный элемент, отличающийс тем, что, с целью повышения надежности и упрощения регулятора, он содер жит соединенные последовательно второй, третий и четвертый счетчиКи импульсов, а также дешифратор, буферный элемент, сумматор, одновибратор элемент И,элемент фиксации обнуления запоминающий элемент и соединенные последовательно и подключенные через усилитель к одному из выходов коммутатора-мультиплексера аналого-цифровой преобразователь, вычитатель и компаратор к второму входу которого подключен выход четвертого счетчика импульсов и счетный вход коммутатора-мультиплексера, информационными 9 310 входами связанного с датчиками и задатчиками температуры соответствующих каналов, а вторым выходом подключенного к второму входу вычитателя, третий вход компаратора связан с вторым выходом третьего счетчика импульсов, первый выход которого через одновибратор соединен с вторыми входами триггеров, четвертый вход компаратора подключен к выходу второго счетчика импульсов, к первому входу коммутатора демультиплексера и к первому входу запоминающего элемента, вторым входом связанного с первым выходом дешифратора, третьим входом - с выходом сумматора, а выходом через соединенные последовательно элемент фиксации обнуления и элемент И - с вторым входом коммутатора-демультиплексера, и через буферный элемент с одним из. входов сумматора, выход компаратора подключен к второму входу буфферного элемента, третий вход которого соединен с вторым выходом дешифратора, причем выход генератора импульсов связан с входом второго счетчика импульсов через первый счетчик импульсов, второй выход которого через дешифратор подключен к второму входу элемента И. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР ff , кл. G 05 D 23/19, 1978. 2.Авторское свидетельство СССР № 847268, кл. G 05 D 23/19, 1979 (прототип).

0ue.i

Тг

фиг. 2