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

Изобретение относится; к автоматическому регулированию температуры и может быть использовано для поддержа ния температуры в нескольких объекта Известноустройство для регулирования температуры, содержащее датчики и задатчики температуры, регулято и элементы управления в.каждом канале 1. flaHHOfe устройство сложно в исполнении и имеет ограниченную область применения. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является многоканальный широтно-импульсный ре гулятор температуры, который содержит датчики и задатчики температуры, задающий генератор, через счетчик импульсов управляющий коммутатором, к Которому по числу каналов подключе ны триггеры с выходами которых связаны исполнительные органы 2j. Этот регулятор также имеет ограни ченную область применения, вызванную необходимостью применения большого количества элементов в каждом канале. Цель изобретения - расширение области применения. Поставленная цель достигается тем,что в многоканальный широтно-импульсный регулятор температуры, содержащий соединенные последователь- но генератор импульсов и первый счетчик импульсов, а также усилитель, коммутатор-демультиплексер и по числу каналов - датчики и задатчики температуры и соединенные последовательно и йодключенные к соответствующим выходам коммутатора-демультиплексера триггер и исполнительный элемент, введены коммутатор-мультиплексер, соединенные последовательно и подключенные к выходу первого счетчика импульсов второй и третий счетчики импульсов, первый компаратор, буферный элемент,сумматор и запоминающий элемент подключенные к первому выходу коммутатора-мультиплексера через усилитель и соединенг ные последовательно, аналого-цифровой преобразователь, вычйтатель и второй компаратор, а также включенные последовательно между первым входом коммутатора-демультиплексера и вторым выходом первого счетчика-дешифратора : элемент фиксации обнуления, втЪрым входом подключенный к второму входу второго компаратора, второму входу буферного элемента и выходу запоминающего элемента, вторым входом соединенного с вторым выходом дешифратора, а третьим входом - с вторым выходом второго счетчика импульсов, с вторым входом первого компаратора . и счетными входами коммутаторов муль типлексера И демультиплексера, к третьему входу которого через второй компаратор подключен третий выход де шифратора, четвертый выход которого соединен с третьим входом буферного элемента, причем датчики и эадатчики Температуры через коммутатор-мультиплексер подключены к второму входу вычитателя. Кроме того, что в многоканальный широтно-импульсный регулятор температуры, содержащий соединенные после довательно генератор импульсов иГ пер вый счетчик импульсов, а также усилитель, коммутатор-демультиплексер и по числу каналов датчики и задатчики температуры и соединенные последовательно и подключенные к соответствующим выходам коммутатора-демультиплексера триггеры и исполнительные элементы, введены коммутатор-мульт.плексер, соединенные последовательно и подключенные к первому выходу первого счетчика импульсов второй, третий и четвертый счетчики импульсо второй компаратор, первый.буферный элемент, первый сумматор, первый запоминающий элемент, первый элемент фиксации обнуления и соединенные последовательно аналого-цифровой пре образователь и вычитатель; а также соединенные последовательно и подклю ченные к второму выходу второго счет чика импульсов второй запоминающий элемент, второй элемент фиксации обнуления, дешифратор, первый компара. тор и соединенные последовательно с ним второй буферный элемент и второй сумматор, выходом подключенный к второму входу второго запоминающего элемента третьим входом связанного с вторым входом первого запоминающего элемента и с первым выходом дешифратора, второй выход которого подключе к в.торым входам первого и второго буферных i элементов, третий и четвер тый выходы к вторым входам первого и .второго элементов фиксации обнуления соответственно, выходы которых соответственно подключены к первому и второму входам коммутатора-демультиплексера, третий вход которого сое динен с вторым выходом второго счетчика, с третьим входом первого эапоминакицего элемента, с вторым входом второго компаратора и с первым входо первого компаратора, вторым входом подключенного к второму выходу третьего счетчика импульсов, третий вхо .второгоi компаратора подключен к выоду второго запоминающего элемента, етвертый вход - с третьим входом второго буферного элемента и выходом второго запоминающего элемента, а , выход - с вторым входом первого буерного элемента, третьим входом связанного с выходом первого запоминаюего элемента, входы коммутатора-демультиплексера соединены с соответствующими датчиками и задатчиками : температуры, счетный вход - с выходом четвертого счетчика импульсов, а выходы; первый - через усилитель со входом аналого-цифрового преобразователяу и второй - через вычитатель с третьим входом второго компаратора. На фиг.1 дана структурная схема регулятора, первый вариант; на фиг.2то же, второй вариант. Устройство содержит генератор 1, счетчики 2-4 и первый 5 компаратор, дешифратор 6, первый 7 запоминающий элемент, первый 8 сумматор, буферный элемент 9, первый элемент 10 фиксации обнуления, второй 11 компаратор, вычитатель 12, аналого-цифровой преобразователь 13, усилитель 14, коммутатор-демультиплексер 15, коммутатормультиплексер 16, триггеры 17, исполнительные элементы 18, датчики 19 и задатчики 20 температуры, счетчик 21, второй запоминающий элемент 22, второй сумматор 23, второй буферный элемент 24, второй элемент 25 фиксации обнуления. В первом варианте регулятора генератор 1, счетчики 2-4, соединены последовательно. Выходы счетчиков связаны: второй выход счетчика 2 с входом дешифратора б, у второгосчетчика 3 второй выход - с счетными входа;ми коммутаторов 15 и 16, третьим входом элемента 7 и вторым входом компаратора 5, первый вход которого связан с выходом третьего счетчика 4, выходы 1-4 дешифратора 6 подключены соответственйо к третьему входу элемента 9, второму входу элемента 7, первому входу элемента 10 и третьему входу компаратора 11. Выход запоминающего элемента 7 связан с вторыми входами элемента фиксации обнуления 10, компаратора 11 и элемента 9, выход : которого через сумматор 8 соединен с первым входом запоминающего элемента 7, а первый вход - с выходом компаратора 5. Датчики 19 и задатчики 20 через коммутатор 16 подключены соответственно к усилителю 14 и вычитателю 12, вход которого соединен через аналого-цифровой преобразователь 13 с выходом усилителя 14, а выход - с первым входом компаратора 11. Триггеры 1.7 через коммутатор 15 подключены к выходам элемента 10 фиксации обнуления и кетипаратора 11. В отличие от первого варианта регулятора во втором варианте счетчик 4 соединен с счетчиком 21, выход которого связан с счетным входом комму татора 16 и первым входом компаратор 11, второй вход последнего подключен к выходу счетчика 3. Четвертый выход дешифратора 6 связан с вторым входом элемента.25 фиксации обнуления, выхо которого подключен к первому входу компаратора 15. Контур, образованный запоминающим элементом 22, сумматоро 23 и элементом 24 имеет те же связи, что и первый контур, состоящий из .блоков 7-9. i Регулятор по первому варианту работает следующим образом. Сигнал генератора ff поступает на последовательно соединенные счетчики 2-4, которые делят частотуfp соответственно на 5, на N и на , где N - число каналов, К - объем памяти развертывающего сигнала U. На фиг.З периодический код этого сигнал условно изображен в виде линейного, пилообразного напряжения. Пусть пери од сигнала на выходе счетчика 2 равен Т1, тогда , .M,T4 Т2-К. Разрядные выходы счетчика 3 формируют адресный сигнал (определяю щий номер коммутируемого канала регу лирования) для запоминающего элемент 7, коммутаторов 15 и 16. Последние разряды счетчика 4, соответствующие объему N, и выходы счетчика 3 поступают на компаратор 5, который в мо, менты совпадения выходных кодов счетчиков формируют сигналы на блокировку элемента 9, обнуляющие его выход, а, следовательно, и слово запоминающего элемента 7 по данному адресу. Период обнуления, составляющий ТЗ, делит период Т4 раз вертывающего сигнала на число адресов N. Дешифратор б формирует периодические с периодом Т1 импульсные последовательности (фиг.4), сдвигающие импульс от первого выхода к четвертому. Его выходные импульсы служа для стррбирования, обеспечивакицего устойчивую работу регулятора в каждо элементарном цикле Т1. Контур, состоящий из запоминающего элемента 7, сумматора 8 и элемента 9, образует многоканальный счетчик с объемом памяти каждого канала , равным К, который в течение каждого периода Т2 по всем адресам суммирует код 1 к прежнему значению информационных слов. При этом код выбранного слова заносится в элемент 9 (по импульсу 1 выхода дешифратора 6), суммируется с кодом 1 в сумматоре 8 и суммарное значение перезаписывается вместо преж него кода этого слова (по сигналу де шифратора 6). Обнуление слов осуществляется блокировкой элемента 9 по третьему входу выходным сигналом ком паратора 5, формирующимся по всем ад ресам один раз в течение периода Т4 с сдвигом по фазе относительно соседних адресов, равным ТЗ, причем коды слов, выбранных адресов представляют собой периодические ступенчато-пилообразные сигналы и, сдвинутые по фазе на время ТЗ. Элемент 10 фиксации обнуления в момент обнуления слова формирует импульс (стробированный сигналом дешифратора 6), устанавливающий через коммутатор 15 в 1 триггер 17 (соответствующий коммутируемому каналу), который включает исполнительный элемент 18. Сигнал датчика 19 усиливается усилителем 14 и преобразуются в код аналого-цифровым Т1реобразователем 13. Вычитателем 12 определяется разность сигналов задания и обратной связи, которая сравнивается с развертывающим сигналом (соответствующим данному адресу) и в момент их совпадения формируется импульс на сброс памяти триггера 17 и отключение исполнительного элемента 18, подключенного канала регулирования. Этот импульс стробирован сигналом 4 входа дешифратора б. Цикл установки в 1 и сброса триггеров 17 в О осуществляется периодически с периодом Т4 по каждому адресу (каналу), реализуя тем самым широтно-импульсное регулирование параметра по отклонению в многоканальной системе, с фазовыми cдвигa и между управляющими импульсами соседних каналов, равными ТЗ. Коммутация цепей управления, измерения и задания осуществляется с одинаково высокой скоростью и синхронизирована о.бщим адресным сигналом. Такой регулятор реализуется достаточно просто, однако требует использования бесконтактной коммутации аналоговых сигналов термодатчиков и применим для управления инерционными объектами с большими постоянными времени. Указанное построение регулятора обеспечивает равномерную загрузку силовой сети за счет введения принудительного сдвига по фазе широтно-импульсно модулированных сигналов управления объектами термообработки Ъ электро-, нагревательными исполнительными элементами 18. Во втором варианте регулятора (фиг.2) для уменьшения скорости опроса датчиков 19 в раз (по сравнению с первым вариантом) введен дополнительный контур, реализующий многоканальный широтно-импульсный многоустойчивый элемент, выполненный на счетчике 21, запоминающем элементе 22, сумматоре 23, элементе 24 и элементе фиксации обнуления 25. Работает этот контур аналогично контуру, состоящему из блоков 7-10 периодичес ки (с периодом Т4) воспроизводя на выходе запоминсшвдего элемента 22 ступенчато-пилообразные последовательности и, ардесные фазы которых в момент обнуления кодов слов, повторяют фазу момента совпадения развертывающего сигнала U (на выходе за поминающего устройства 7) с разностным сигналом вычитателя 12. Коммутатор 16 управляется сщресным сигналом А2 счетчика 21, имеющего объем памяти N. Компаратор 11 в момент совпадения кодов адресов А1 ( управляющего коммутатором 15 и запоминающими элементами 7 и 22J и А2, и при совпадении разностного сигнала с развертывающим (U ) формирует по этому адресу импульс на блокировку элемента 24, а, следовательно, и на обнуление выбранного слова запоминающего элемента 22, которое в период коммутаций датчиков 19 других адресов, по моменту.обнуления слова Воспроизводит фазу момента отключения исполнительного элемента 18.до очередной коммутации датчика этого канала . При этом импульс от элемента 25 фиксации обнуления (стробировэнный сигналом 4 выхода дешифратора 6) че рез коммутатор 15 осуществляет сброс памяти триггера 17 и отключение исполнительного элемента 18. Таким образом, предлагаемый регулятор обеспечивает равномерную загрузку питающей сети и сниженную на несколько порядков скорость коммутации датчиков, что позволяет повысить надежность и помехоустойчивость управления, применить регулятор для. более быстропротекающих процессов пр небольщих материальных затратах и вы сокой точности регулирования. Формула изобретения 1. Многоканальный широтно-импульс ный регулятор температуры, содержащи соединенные последовательно генератор импульсов и первый счетчик импул сов, а также усилитель, коммутатордемультиплексер.и по числу каналов - да чики и задатчики температуры и соедине ны§ последовательно и подключенные к соответствующим выходам коммутаторадемультиплексера триггер и исполнительный элемент, отличающий с я тем, что, с целью расширения Области применения регулятора, он «одержит коммутатор-мультиплексер, соединенные последовательно и подключенные к выходу первого счетчика импульсов второй и третий счетчики, импульсов, первый компаратор, буферный элемент, сумматор и запоминающий элемент, подключенные к .первому выходу коммутатора-мультиплексера через усилитель и соединенные последовательно аналого-цифровой преобразователь, вычитатель и второй компар.-.тор, а также включенные последовательно между первым входом коммутатора-демультиплексера и вторым выходом первого счетчика-дешифратора и элемент фиксации обнуления, вторым входом подключенный к второму входу второго компаратора, второму входу буферного элемента и выходу запоминающего элемента, вторым входом соединенного с вторым выходом дешифратора, а третьим входом - с вторым выходом второго счетчика импульсов, с вторым входом первого компаратора и со счетными входами коммутаторов мультиплексера и демультиплексера, к третьему входу которого через второй компаратор подключен третий выход дешифратора, четвертый выход которого соединен с третьим входом буферного элемента, причем датчики и задатчики температуры через коммутатор-мультиплексер подключены к второму входу вычитателя. 2. 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 выходам коммутаторадемультиплексера триггеры и исполнительные элементы, отличающийся тем, что, с целью расширения области применения регулятора, он содержит коммутатор-мультиплексер, соединенные последовательно и подключенные к первому выходу первого счетчика импульсов второй, третий и четвертый счетчики импульсов, второй компаратор, первый буферный элемент, первый сумматор, первый запоминающий элемент, первый элемент фиксаций обнуления и соединенные последовательно аналого-цифровой преобразователь и вычитатель, а также соединенные последовательно и подключенные к второму выходу второго счетчика импульсов второй запоминающий элемент, второй элемент фиксации обнуления, дешифратор, первый компаратор и соединенные последовательно с ним второй буферный элемент и второй сумматор, выходом подключенный к второму входу второго запоминающего элемента, третьим входом связанного с вторым входом первого запоминающего элемента и с первым выходом дешифратора, второй выход которого подключен к вторым входам первого и второго буферных элементов, третий и четвертый выходы - к-вторым входам первого и второго элементов фиксации обнуления соответственно, выходы ко(горых соответственно подключены к первому и второму входам коммутатора-демультиплексера, третий вход которого соединен с вторым выходом второго счетчика, с третьим входом первого запоминающего элемента, с вторым входом второго компаратора и с первым входом первого компаратора, вторым входом подключенного к второму выходу третьего счетчика импульсов, третий вход второго компаратора подключен к выходу второго запомингиощего элемента, четвертый вход - с третьим входом второго буферного элемента и выходом второго Запоминающего элемента,, а выход - с вторым входом первого буферного элемента, третьим входом связанного с выходом первого запоминающего элемента, входы коммутатора-демультиплексера соединены с соответствующими датчиками и задатчиками температуры, счетный вход - с выходом четвертого счетчика импульсов, а выходы: первый через усилитель - с входом аналого-цифрового преобразователя, второй через вычитатель - с третьим вхсздом йторого компаратора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 614429, кл. G 05 О 23/19, 1978.

2.Авторское свидетельство СССР по заявке 2828288, кл. G 05 О 23/19,

.1979 (прототип).

О