Цифровое задающее устройство Советский патент 1982 года по МПК G05B19/418 G05D23/19 

(54) ЦИФГОВОЕ ЗАДАЮЩЕЕ УСГГОЙСТВО

1

Изобретение относится к области прецизионных средств программного управления технологическими процессами, в частности к системам управления технологическими процессами получения монокристаллов.

При выращивании и отжиге монокристаллов широко используются программы управления температурой, состоящие из чередующихся участков подьема, выдержки я снижения регулируемого параметра. На участке выдержка программы осуществляется стабилизация регулируемого параметра в широком диапазоне времен от нескольких минут до нескольких часов на уровне, заданном дифровым {или иным) задающим устройством. Однако в существующих цифровых задающих устройствах заданное значение параметра стабилизации может изменяться под действием случайных импульсов помех, что приведет к нарушению технологического процесса. Кроме того, в цифровых задающих устройствах отработка заДаннсж программы нарушается при отключении; кратковременного, сетевого источника питания, что также недопустимо.

Известно программное задающее устройство, содержащее генератор импульсов, делитель частоты, блок задания скорости, коммутатор, блок задания уровня и реверсивный счетчик со схемой совпадения, один вход которого соединен с выходом делителя частоты, другой - с вы- , ходом блока задания уровня, а выход подключен ко входу коммутатора, причем вход блока задания уровня подсоединен к выходу комму- , татора 1.

10

Недостатком зтого устройства является потеря заданной программы при отключении -сетевого источника питания и возможность искаження программы под воздействием импульсных помех. Восстановление нарушенной прог15раммы управления - это трудоемкий процесс и поэтому требует достаточно длительного отрезка времени, что может «жазаться на качестве конечного продукта.

Наиболее близким по технической сущности

20 я достигаемому положительному эффекту к предлагаемому является устройство, содержащее генератор импульсов, соединенный с управляемым делителем частоты, ко .-зторому входу 398 которого подключена схема управления, где выходной сигнал делителя частоты поступает на формирователь нмпульсов и реверсивный счетчик, вЮрой вход формирователя импульсов соединен со схемой управления, а входь ревер сивного счётчика соединены со схемой управле ния и блоком задания уровня, причем выход реверсивного счетчика соединен со входом триггера-коммутатора, второй вход которого соединен со схемой управления, а выход трнг гера-коммутатора подан на блок задания уровня 2. К недостаткам известного устройства следует отнести потерю заданной программы при случайных отключениях питания сети и ее иска жение в результате действия импульсных помех. Как первый, второй недостаток приводит к переходу на ручной режим управления сбросу нарушенной программы до исходной точки, с последующим восстановлением програм мы в точке ее нарушения. Все это продолжительно во времени и исключает точность ее восстановления, а это в свою очередь приводит к нарушению ранее заданного технологического режима, что в конечном итоге влияет на качество выходного продукта. Целью изобретения является повышение надежности и сохранение задайной программы при аварийных отключениях питания и воздействйя импульсных помех. Поставленная цель достигается тем, что циф ровое задающее устройство, содержащее блок задания уровня, первый генератор импульсов, выходом соединенный с делителем частоты, и последовательно соеданенные реверсивный счетчик, блок Сравнения и элемент НЕ, введейы генератор высокой тастоты, первый и второй логические элементы 2И-2 ИЛ И-НЕ и блок кор рекции, первым выходом подключенный через первь1Й логический элемент 2И-2ИЛИ-НЕ к первому взводу реверсивного счетчика, а вторы выходом Через последовательно соединенные элемент НЕ и второй логический элемент 2И-2-ИЛИ..НЕ - ко второму входу реверсивного счетчика, выход которого соединен со вхо дом блока коррекции и выходом устройства, вход генератора высокой частоты соединен со входом первого генератора импульсов и входом устройства, а выход генератора - с, третьими входами первого и второго логических элементов 2И-2ИЛИ-НЁ, четвертыми входами подклю ченных к выходу делителя частоты, а также тем, что блок коррекции содержит первый и второй корректируюидие задатчики, выходами соединенные с первыми входами соответствуЮЩ11Х сумматоров, аналого-цифровой преобраз ватель, выходом через сумматоры н элементы сравнения подключенный к выходам блока. На чертеже представлена функциональная .схема предлагаемого устройства. Цифровое задающее устройство содержит основной генератор 1 импульсов с управляемым делителем 2 частоты, логические злементь 2И-2ИЛИ-НЕ 3, 4, реверсивный счетчик 5, блок 6 сравнения с блоком 7 задания уровня, дополнительный генератор 8, логические элементы НЕ 9, 10, а также блок 11 коррекции, содержащий аналого-цифровой преобразователь 12 и последовательно соединенные корректирующие задатчики 13 и 14, сумматоры 15 и 16 и элементы 17 и 18 сравнения, Устройство работает следующим образом. Перед включением напряжения питания оператор устанавливает в блоке 7 уровень перехода программы на участок выдержки и корректирующими задахчиками 13, 14 задает соответственно верхнюю А g и нижнюю А ц границы диапазона лА -Ар- Ац допустимых изменений выходного сигнала счетЧика 5 от действия импульсных помех в режиме подъема и снижения температуры (выходной сигнал реверсивного счетчика 5 является выход1й 1м сигналом устройства). Диапазон Л А выбирается исходя из динамических свойств объекте fieryлирования и погрешностей регулятора теМйературы. После включения напряжения питания оператор однократной подачей сигнала Сброс на счетчик 5 устанавливают цифровое задающее устройство в начальное состояние, при котором выходной сигнал счетчика 5 равен нулю, выходной сигнал схемы сравнения 6 равен напряжению логического О, так как цифровой сигнал блока 7 больше цифрового сигнала реверсивного счетчика 5, генераторы 1 и 8 JHC работают. Выходной сигнал блока 6 сравнения подается непосредственно на логический элемент 2 И2ИЛИ-НЕ 4 и через логический элемент НЕ 9 на логический элемент 2И-2ИЛИ-НЕ 3, разрешая прохождение импульсов от генератора 1 на вход прямого счета (+) реверсивного счетчика 5. Выходной сигнал U датчика температуры преобразуется аналого-цифровым преобразователем (АЦП) 12 в цифровой код и подается на входы сумматоров 15 и 16. На другой вход сумматора 15 подается цифровой код верхней границы Ag диапазона л А, а на второй вход сумматора 16 - цифровой код нижней границы А. При этом сумматор 15 производит сложение цифровых кодов сигнала датчика темпе ратуры и задатчика 13, а сумматор 16 произдит вычитание цифровых кодов датчика темпе ратуры и задатчика 14. Таким образом, диапазон дА допустимых изменений выходного сигнала счетчика 5 устанавливается относительно уровня цифрового кода сигнала датчика

температуры. В начальном состоянии, когда выходные сигналы счетчика 5 и датчика температуры (а значит и выходной сигнал АЦП 12) равны нулю на выходе элемента 17 сравнения устанавливается напряжение логического О, а на выходе элемента сравнения 18 - напряжение логической 1. Эти напряжения поступают на выхода логических элементов 3 и 4 (выходной сигнал блока 1 при этом предварителы о инвертируется логическим элементом HE 10 и запрещает прохождение импульсов от генератора 8 на входы реверсивного счетчика 5). I При подаче сигнала Пуск, который не снимается в процессе всей работы устройства, начинает работать генератор 1 и дополнительный генератор 8, при этом на вход прямого счета (+) реверсивного счетчика 5 поступают импульсы с частотой, определяемой управляемым делителем 2. Число в счетчике увеличивается с постоянной скоростью до уровня, определяемого блоком 7 задания. При достижении требуемого уровня перехода на участок выдержки срабатывает блок 6 сравнения {иа выходе устанавливается напряжение логической 1) и через логический элемент НЕ 9 запрещает прохождение импульсов о делителя 2 частоты через логический элемент 3 на вход прямого счета (+) реверсивного счетчика 5. Одновременно блок 6 сравнения дает разрешение на прохождение импульсов с делителя 2 частоты через логический элемент 4 на вход обратного счета (-) счетчика 5.

После поступления на вход обратного счета (-) счетчика 5 первого импульса число в счетчике згменьщается иа единицу и блок 6 сравнения восстановит свое первоначальное состояние (на выходе напряжение логического О), таккак в счетчике 5 оказываются записанным число на единицу меньше, чем задано блоком 7 В этом случае снова оказываются открытым дая доступа импульсов вход прямого света . (+) счетчика 5. Счетчик 5 опять заполняется до уровня заданного блоком 7 задания и

вьпце опнсГанный процесс повторяется.

I Таким образом, в реверсивном счетчике

на участке выдержки записьдвается число, определяемое блоком 7 задания уроьня, которое периодически (период определяется управляемым делителем частоты 2) уменьшается На ёДЮшцу младшего разряда счегшка 5 и затем вновь восстаиавлив11ется. Эти изменения должны учитьшаться в суммарной погрешности системы регулирования температуры.

При работе 1щфровогр задающего устройства изменение числа. в счетчике 5 (выходной сигнал устройства) отрабатывается регулятором температуры, при этом случ айные изменения выходного сигнала устройства в но{ 1альных

условиях эксплуатации не выходят за пределы диапазона и А..

При сбое содержимого счетчика 5 под действием импульсных помех на участке подъема или снижения срабатывает блок коррекции.

Рассмотрим два случая сбоя. Первый - число в счетчике 5 скачкообразно увеличивается и выходит за верхнюю границу Аg диапазона л А При этом сигнал датчика температуры не может измениться мгновешю прп изменении выходного сигнала устройства, что обусловлено инерщюнными свойствами объекта. Таким образом, выходные сигналы сумматора 15 и 16 не изменяются, а выходные сигнатп элементов 17 и 18 сравнения изменятся- следующим образом. Элемент 17 сравнения коррекции измени свое состояние из О в Г,-а элемент 18 сравнения останется в прежнем состоянии (на выходе напряжение логической 1). При этом через логический элемент 3 задается запрет на прохождение импульсов генератора 8 к входу прямого счета () и через логический элемент 4 - разрешение по входу обратного счета (-) I реверсивного счетчика 5. Импульсы высоксж частоты генератора 8 через логический элемент 4 быстро восстановят содержимое счетчика 5 и элемент 17 сравнения бернется в прежнее состояние.

Второй случай сбоя - число в счетчике 5 скачкообразно уменьшается и выходит за пре; делы нижней границы А . Как и в первом случае сигнал датчика температуры мгновенно не изменяется, а изменившийся выходной сигна счетчика 5 воздействует на элементы сравнения следующим образом. Элемент 17 не изменит своего состояния, а элемент 18 сравнения ; коррекции изменят состояние из 1 в О. При этом через логический элемент НЕ 10, -на элемент 2И-2ИЛИ-НЕ 3 дается разрешение на прохождение импульсов генератора 8 к входу прямого счета (+) реверсивного счетчика 6. Импульсы высокой частоты генератора 8 быстро восстановят содержимое счетчика 5 и элемент 17 сравнешся коррекции вернется в прежнее состояние. Отработка участка подъема или снижения при этом будет продолжаться.

При аварийном отключении напряжения питания на участке подъема или снижения сигнал и датчика температуры будет изменяться в соответст 6ии с инерционностью объекта регулирования. После появления напряжения питания все элементы устройства восстанавливают свою работу. Генераторы 1 и 8 будут включены, так как сигнал Пуск после включения питания восстанавливается. При этом в ревероюном счетчике- 5 может записаться произвольное число. Как больше, так и меньше предыдущего, Процесс восстановления содерзкимого счетчика 5 за счет схемы коррек- 98ции будет аналогичен описанному выще и приведет к- быстрой записи в счетчике числа, равного с точностью А/2 цифровому коду сигнала датчика температуры в момент появления напряжения питания. После этого схема коррекции отключается и будет ндти участок подъема или снйжения По программе (в зависимости от, соотношения выходных сигналов счетчика 5 и блока 7 задания уровняЛ Процесс восстановления содержимого счетчика 5 на участке выдержки при наличии сбоя под действием импульсных помех или отключении напряжения питания будет таким же, как и на участках подьема или снижения. После прохождения j iacTKa выдержки one- . ратор задает новое рачение в блоке 7 задания Зфовия, которое, может быть как меньще так и больще предыдущего. Блок 6 сравнения в 1 и через логический элемент 4 даст разрешение на прохож дение импульсов Генератора 1 по входу обратного счета (-) реверсивного счетчика 5, если число в блоке 7 будет меньше записанного в счетчике 5, при этом начнется отработка участка снижения. Блок 6 сравнения не изменит своего состояния, если число в блоке 7 будет больше записанного в счетчике 5. В этом случае через логический элемент 3 импульсы генератора I будут поступать на вход прямого счета (+) счетчика 5, т. е. начнется очередной участок подъема температуры. Таким образом, предлагаемое цифровое задающее устройство сохраняет заданную программу при воздействии импульсных помех и отключений напряжения питания на любом участке программы. При этом нет необходимос ти предпринимать спе{(йальные меры по защите входные цепей и питайИя реверсивного счетчика от воздействия г(Ьйех, а также применять специальные элементы памяти, сохраняющие программу, при отключении напряжения питания. 38 Формула изобретения 1. Цифровое задающее устройство, содержащее блок задания уровня, первый генератор импульсов, выходом соединенный с делителем частоты, и последовательно соединенные реверсивный счетчик, блок сравнения и элемент НЕ, отлнчающееся тем, «гго, с целью повьппения надежности за счет сохранения заданной программы при аварийных отключениях питания и воздействии импульсных помех, введены генератор высокой частоты, первый и второй логические элементы 2И-2ИЛИ-НЕ и блок коррекции, первым выходом подключенный через первый логический элемент 2И-2ИЛИНЕ к первому входу реверсивного счетчика, а вторым выходом через последовательно соединенные элемент НЕ и второй логический элемент 2И-2ИЛИ-НЕ - к второму входу реверсив ° ° счетчика, выход которого соединен с вхоДОМ блока коррекции и выходом устройства, вход генератора высокой частоты соединен с входом первого генератора импульсов и входом устройства, а выход генератора - с третьими входами первого и второго логических элементов 2И-2ИЛИ-НЕ, четвертыми входами подключенных к выходу делителя частоты2. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что блок коррекции содержит первый и второй корректирующие задатчики, выходами соединенные с первыми входами соответствующих сумматоров, аналого-цифровой преобразователь, выходом через сумматоры и элементы сравнения подключенный к выходам блока. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 265220, кл. G 05 В 19/02, 1966. 2.Стращун А. 3. и Чернухин В. Ш. Программные регулятор) технологических процессов. Л.,.Энергия, с. 126, 1973 (прототип).