Устройство для регулирования расхода жидкости Советский патент 1983 года по МПК G05D7/00 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ РАСХОДА ЖИДКОСТИ

Изобретение относится к устройствам для регулирования расхода текущей среды и может быть использв вано в различных отраслях промышленности.

Известно устройство для регулирования расхода жидкости, содержащее импульсный генератор, подключенный к блоку задания соотношения параметров, и кайалы регулирования, каждый из которых состоит из последовательно соединенных датчика расхода, схемы антисовпадения, подключенной вторым входом к блоку задания, реверсивного счетчика на триггерах, выход триггера последнего разряда реверсивного счетчика подключен к управлякицему входу электронного ключа, вход которого соединен с источником питания, а выход - через преобразователь с регулирующим клапаном tl .

Это устройство использует числоимпульсные интегрирующие цепи для выделения рел ейного сигнала управления , что позволяет получить высокую статическую точность, но ограничивает качество регулирования расхода.

Известно также устройство.для регулирования расхода жидкости, содержащее расходомер, последовательно соединенные между собой генератор

5 импульсов, блок задания, счетчик импульсов, памяти, формирователь управляющего сигнала и исполнительный орган, а также последовательно соединенные между собой синх10ронизатор, первый и второй элементы задержки, причем первый вход синхронизатора подключен к выходу расходомера, а второй вход - к выходу генератора импульсов, выход перво15го элемента задержки соединен с первым входом блока памяти, второй вход которого соединен с выходом счетч ка импульсов и с BTOJ входом блока задания, а выход - с входом фор20мирователя управляющего сигнеша, выход второго элемента задержки подключен к второму входу счетчика импульсов 2 .

Это устройство имее статическую

25 точность, зависящую от разрядности счетчика импульсов, но недостаточное качество регулирования из-за использования в качестве управляющей информации только сигналов знака ошибки рассогласования. Наиболее близким к предлагаемому является устройство для регулирования расхода жидкости, содержащее по ледовательно соединенные генератор импульсов, синхронизатор, первый элемент задержки, второй элемент за держки , счетчик импульсов , дешифратор и регистр блоков памяти, второй вход которого соединен с выходом первого элемента задержки, третий вход с выходами младших разрядов счетчика импульсов, четвертый - с выходом знакового разряда счетчика, а также с вторым входом дешифратора и с первым входом элемента совпадения, вторыми входами соединенного с выходами младших разрядов счетчика, а выходом - с первым входом блока задания, вторым входом соединенного .с выходом генератора импульсов, а выходом - с вторым входом счетчика импульсов, и последовательно соединенные формирователь управляющего сигнала, исполнительный орган-и рас ходомер. Выходом соединенный с вторым входом синхронизатора З . Это устройство имеет повышенное качество и точность регулирования, н® сложно в практическом исполнении Цель изобретения - упрощение уст рой,ства и повышение надежности при сохранении повышенного качества и точности регулирования. Поставленная цель достигается тем, -что в устройство для регулирования расхода жидкости введены алге раический сумматор, первый и второй преобразователи кодов, входами соединенные с первым и вторыми выходами регистров блоков памяти, а выходами - со входами алгебраичед:кого сумматора, выход которого соединен Со входом формирователя управляющего сигнала. На фиг. 1 представлена блок-схема устройства, для регулирования рас , хода жидкости на фиг. 2 - сигнгшы на выходе блоков; на фиг. 3 - временные диaгpaмJvlы работы устройства. Устройство содержит генератор 1 импульсов, блок 2 задания, счетчик 3 импульсов, регистр 4 блоков памяти, формирователь 5 управляющего сигнала, исполнительный орган 6, расходомер 7, синхронизатор 8, первый 9 и второй 10 элементу задерж.ки, элемент 11 совпадения, де-шифратор 12, первый 13 и второй 14 преобразователи кодов, алгебраический сумматор 15. Первый и второй входы последовательного счётчика являются соответственно шиной сброса в нуль и счетНЫ1Л is ход ом. Первый и второй входы синхронизатора 8 являются соответственно синхронизирующим и сигнальным. Синх ронизатор 8 применяется для того, чтобы считывание информации и обнуление счетчика 3 было всегда разнесено во времени с помощью соответственно первого и второго элементов 9 и 10 от момента воздействия импульсов на счетный вход счетчика 3. Сигналы на выходах генератора 1, блока 2, расходомера 7, синхронизатора 8, первого элемент.а 9 и второго элемента 10 представлены соответственно на фиг. 2а...е. Дешифратор 12 является устройством, выдающим сигнал при наличии логического нуля на входе, соединенном с выходом последнего знакового разряда счетчика 3 и при наличии хотя бы одного логического нуля на какомлибо из остальных его входах. Первый вход блоков памяти регистра 4 является входом принудительной .записи логических нулей во все блоки памяти,- кроме знакового блока памяти, второй вход блоков пймяти регистра 4 является входом разрешения записи информации, третьи входы - входы записи состояния младших- разрядов счетчика 3 во все блоки памяти регистра 4, кроме знакового блока памяти, четвертый вход регистра 4 вход записи состояния последнего, iSHaKOBoro разряда счетчика 3 в зна ковый блок памяти. Количество блоков памяти регистра 4 равно количест-. ву младших разрядов счетчика: 3 плюс один блок памяти записи кода знака. Устройство работает следующим об.раз.ом. Импульсы с генератора 1 с час отой следования в 2 (где п - раз- рядность счетчика 3) раза большей, чем максимальная частота следования импульсов с расходомера 7, поступают на блок 2, на выходе кото;рого (при отсутствии запрещающего сигнала на втором.входе) устанавливается равномерная частота следования импульсов , пропорциональная требуемому расходу жидкости через расходомер 7, После обнуления счетчика 3 импульсом со второго элемента 10 происходит его заполнение импульсами с выхода блока 2, Возможны четыре случая его зацолнения, В случае (фиг. За) за период времени между двумя импульсами с первого элемента S (или, что то же, с расходомера 7) на счетчик 3 с блока 2 может поступить импульсовN Ng + N равное или большее NP + Kf где N(j 2 - число импульсов, необходимое для заполнения всех п разрядов счетчика 3, кроме последнего, знакового разряда,N - некоторое дополнительное количество импульсов для рассматриваемого случая, М - число импульсов, необходимое дл заполнения всех младших разрядов счетчика 3. Как только на все входы элемента 11 поступят логические единицы со всех младших и последнего разряда счетчика 3, поступление импульсов с выхода блока 2 прекращается, поскольку сигнал с выхода элемента 11, воздействуя на первый, запрещающий вход блока 2, запрещает появление импульсов на его выходе. В счетчике 3 до появления импульса сброса с второго элемента 10 фиксируется код, равный NO + М, ив момент прихода импульса с первого элемента 9 во все блоки памяти регистра 4 запишутся логические единицы. Этот случай соответствует максимальным отрицательным значениям сигнала рассогласования. Сигнал рассогласования ограничивается на уровне максимального кода младших разрядов счетчика 3.

Во втором случае ( фиг. 36 за упомянутый период времени на счетчик 3 с блока 2 поступает число импульсов N NO + Nj меньшее N + м, где N2 - некоторое дополнительное количество импульсов для рассматриваемого случая. Запрещающий сигнал с выхода элемента 10 не выдается. Импульс с первого элемента 9 запише в первом, знаковом блоке памяти регистра 4 логическую единицу, а в остальные блоки - состояния младших разрядов счетчика 3.

Этот случай соответствует отрицательному сигналу рассогласования без его ограничения. В пределе, когда сигнал рассогласования равен нулю, в первом, знаковом и в остальных блоках памяти регистра 4 запишутся соответственно логические единица и нули.

В третьем случае (фиг. Зв) за период времени между импульсами с . первого элемента 9 на счетчик 3 с блока 2 поступает число импульсов N NO - N, где N- - некоторое количество импульсов для рассматриваемого случая, М + :1. В момент прихода импульса с первого элемента 9 на второй вход блоков памяти регистра 4 на первый вход этих блоков с выхода дешифратора 12 поступит сигнал принудительной записи логических нулей. Во все блоки памяти регистра 4 будут записаны логические нули. Этот случай соответствует максимальным положительным значениям сигнала рассогласования. Сигнал рассогласования ограничивается на уровне обратного максимального кода младших разрядов счетчика 3.

. В четвертом случае (ф15г. Зг1 за упомянутый период времени на счетчик 3 с блока 2 поступает число импульсов N NO - Nл, где N - некоторое количество импульсов для рассматриваемого случая, -с М + 1. В момент прихода импульса с первого элемента 9 на второй вход блоков памяти регистра 4, на первом входе этих блоков будет отсутствовать сигнал с дешифратора 12 принудительной записи логических нулей, посколку все старшие разряды счетчика 3 будут находиться в состоянии логических единиц. Импульс с первого элемента 9 запишет в первом, знаковом блоке памяти регистра 4 ческий нуль, а в остальные блоки состояния младших разрядов счетчика 3. Код младших разрядов счетчика 3 будет равен обратному коду счечика положительного сигнала рассогласования без его ограничения. В пределе, когда сигнал рассогласования равен нулю, в первом знаковом и остальных блоках памяти регистра 4 запишутся соответственно логичес кие нуль и единицы. Первый преобразователь 13, второй .преобразователь 14 и алгебраический сумматор 15 преобразуют полученные комбинации кодов в аналоговый сигнал, в.оздействующий на формирователь 5. При записанной в первом, знаковом блоке памяти регистра 4 логической единице , отрицательном сигнале рассогласования, выходной сигнал преобразователя 13 равен нулю, и на выход алгебраического сумматора- 15 проходит выходной сигнал с преобразователя 14, т.е. преобразованный в аналоговый сигнал прямой код, записант ный в блоках памяти регистра 4. При записанном в первом, знаковом блоке памяти регистра 4 логическом нуле, положительном сигнале рассогласования, выходной сигнал преобразо вателя 13 равен максимальному значению выходного, сигнала преобраэовате1ля 14. На выход алгебраического сумматора 15 проходит разность выходных сигналов преобразователей 14 . и 13, аналоговый сигнал противоположной , чем в предыдущем случае полярности . Здесь технически реализуется известное соотношение, что разность обратного кода и максимального значения его прямого кода равна значению его прямого кода с обратным знаком. Только операция вычитания производится с аналоговыми сигналами, эквивалентными упомянутым обратному коду и максимальному значению его прямого кода. При таком построении в качестве первого преобразователя 13 может быть исползована простая цепь из последовательно соединенных источника опорного сигнала и коммутационного элеыента. Таким образом, на выходе алгебраического сумматора 15 имеется аналоговый сигнал прямо пропорциональный сигналу рассогласования в случаях, когда не происходит его ограничения, до уровня полного запол нения младших разрядов счетчика 3. Ограничение сигнала рассогласования позволяет сократить количество необходимой для реализации предлагаемого устройства аппаратуры без ущер ба для качества регулирования, поскольку для режимов регулирования, близких к установившемуся, упомянутое ограничение может быть выбрано таким, чтобы сигнал на выходе алгеб раического сумматора 15 менялся линейНо в зависимости от входных кодов преобразователей 13 и 19, а сиг налы рассогласования, превышающие выбранный ограничивающий уровень, возникают лишь во время больших переходных процессов, что происходит, обычно, при включении устройса ва, а это.время относительно мало по сравнению с полным временем рабо ты. Формирователь управляющего сигна ла 5 с учетом свойств исполнительного, органа 6 преобразует и фазирует сигнал алгебраического сумматора 15 таким образом, чтобы в крнтуре регулирования расхода жидкости действовала отрицательная обратная связь. В установившемся режиме частота .следования импульсов с блока 2 деленная на 2, должна быть равна частоте следования импульсов с расх домера 7, в последнем и остальных разрядах регистра блоков памяти 4 записаны либо логические единица и нули, либо логические нуль и единицы, алгебраическая сумма аналоговых сигналов в этом случае равна нулю. При изменении частоты следования импульсов с блока 2, выходной сигнал формирователя 5, воздействующий на. исполнительный орган 6, изме.няется таким образом, чтобы частота следования импульсов с расходомера 7 изменялась в том же направлении, что и с блока 2. Наличие интегральной составляющ.ей в законе регулирования, вырабатываемой формирователем 5, сведет сигнал рассогласова ния предлагаемого устройства к нулю, расход жидкости будет соответст вовать требуемому расходу. Хотя сравниваются периоды, регулирование ведется по частоте, поскольку изменение частоты следования импульсов с блока 2 вызывает I пропорциональное изменение частоты 1 следования импульсов с расходомера 7. Причем, в отличие от других устройств регулирования расходов каждый период вырабатывается информация и о величине, и о знаке ошибки рассогласования т.е. идет управление по текущему мгновенному значению частоты следования импульсов с расходомера 7. Этим и достигается высокое качество и точность регулирования, поскольку информация с расходомера 7 используется полностью и с максимально возможным темпом. Точность сравнения задания и отработки определяется разрядностью счетчика 3. При использовании в устройстве элементов с Высоким быстродействием эта разрядность может быть выбрана весьма большой, т.е. будет , достигнута высокая точность сравнет ния, причем, поскольку для сравнения используются цифровые логические элементы, точность и стабильность сравнения будет соответствовать характеристике цифрового устройства. Очень большой масштаб сигнала рассогласования на выходе алгебраического сумматора 15 по сравнению с обычными устройствами для регулирования расхода жидкости обеспечивает очень высокое соотношение сигнал/шум. Это обстоятельство значительно облегчает дальнейшую обработку управляющей информации формирователем 5 в целях обеспечения высококачественного регулирования: проведение дифференцирования, сравнения и других операций, необходимых для решения уравнений гиперплоскости переключения скользящего режима- управления. Предлагаемое устройство используется в качестве базового элемента комплекса управления смешением нефтепродуктов, что позволит существенно повысить надежность и эффективность компаундирования нефтей и нефтепродуктов. Формула изобретения Устройство для регулирования рас- хода жидкости, содержащее последовательно соединенные генератор импульсов, синхронизатор, первый элемент задержки, второй элемент задержки, счетчик импульсов, дешифратор и регистр блоков памяти, второй вход которого соединен с выходом первого элемента , третий вход,с выходами младших разрядов счетчика импульсов,- четвертый - с выходом знакового разряда счетчика, а также с вторым входом дешифратора и с первым входом элемента совпадения, вторыми входами соединенного с выходами младших разрядов счетчика, а выходом - с первым входом блока задания, вторым входом соединенного Р выходом генератора импульсо.в, а

ВЫХОДОМ - с вторым входом счетчика импульсов, и последовательно соединенные формирователь управляющего сигнала, дополнительный орган и расходомер , выходом соединенный с вторам входом синхронизатора, отличающееся тем, что, с целью упрощения и повьоиения надежности устройства, в него введены алгебраический (Сумматор, первый и второй пре1Эбрааойатели кодов, аходами соединенные с первым и вторыми выходами регистров блоков памяти, а выходами

-

с входами алгебраического сумматора, выход которого соединен с входом формирователя управляющего сигнала . .

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

14 uazparma cia/ам MU &л/ходах„ ее//ера/поа& f, 6Affffa2. . / afXffoiffffem/yo7f ci/f/xpff/fe/dffj 0 iff, V ff/ffff t ff 9j ff ef//}7ffff f/.

.2 t/ftnyjTuc с ТУода е/ jff/ri/f ffaj oft/e/ Afffi/vef/f / eduf/i/ify ff ffffcjre f f f a ffffff/f/ /fffjjo dff ffffcjfe9{ o/rff //ffeo cve/Tffvt/ffa 3. e /re/f ffeff st e e /ffra ff Mffff/ x/ff/.