Автоматическое устройство для формирования и испытания химического источника тока

,801112446 ЗСЮ Н 01 М 10 48 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Смоленское специальное конструк -торско-технологическое бюро системпрограммного управления(56) 1, Авторское свидетельство СССРФ 54226, кл, Н 01 М 10/48, 1974,2. Патент ЧССР 11 149087,кл, 21 в 26/02, 1970.3. Авторское свидетельство СССРУ 649066, кл. Н 01 М 10/48, 1977.(54)(57) АВТОМАТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВОДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ И ИСПЫТАНИЯ ХИМИЧЕСКОГО ИСТОЧНИКА ТОКА, содержащеегенератор тактовых импульсов, задатчик тока, уз ел ср авнения, дешифратор и последовательно соединенныеузел управления тиристорами, тиристорный преобразователь, снабженныйвходными и выходными силовымивыводами, датчик тока, о т л и ч а ю -щ е е с я тем, что, с целью повышения точности устройства, в неговведены аналого-цифровой преобразователь, арифметическое устрой -ство, вычитающий счетчик, первыйи второй регистры, при этом для связи с ЭВМ устройство снабжено информационными входом и выходом,синхронизирующим входом, прерывающим выхо;дом и управляющим входом, выходзадатчика тока подключен к первомувходу узла сравнения, выход узласравнения подключен к первому входу узла управления тиристорами, первый вход аналого-цифрового преобразователя соединен с выходомдатчика тока, второй запускающий вход аналого-цифрового преобразователя соединен с первым выходом генератора тактовых импульсов, информационный выход аналого-цифровогопреобразователя и выход Конец преобразования" его соединены с входами арифметического устройства, выход арифметического устройства соединен с вторым входом узла сравнения и первым входом второго регистра, первые входы вычитающего счетчика, залатчика тока и первого регистра соединены с информационным входом устройства, второй вход вычи -тающего счетчика соединен с вторымвыходом генератора тактовых импульсов, выход вычитающего счетчикаподключен к прерывающему выходу устройства, тормозящему входу генератора тактовых импульсов, к второмувходу узла управления тиристорамии третьему входу арифметическогоустройства, выход первого регистраподключен к третьему входу узлауправления тиристорами, выход второго регистра подключен к информационному выходу устройства, первыйвход дешифратора соединен с управляющим входом устройства, а второйвход подключен к синхронизирующемувходу устройства, выходы дешифра -тора подключены к вторым входампервого и второго регистров, задатчика тока и к третьему входу вычитающего счетчика, третий выход генератора тактовых импульсов подключенк четвертому входу арифметическогоустройства, к четвертому входу вычитающего счетчика подключена цепьначальной установки устройства висходное состояние.Заказ 6462/38 Ти аж 68Шй теат г Ужгород уд По своероехткаа, 41112Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано на предприятиях электротехнической промьппленности по производству и исследованиям химических источников то 5 к а для авт оматизиро в анн о го упр а вл ения технологическим процессом, например процессами формирования пластин свинцово-кислотных аккумуляторов и испытаний аккумуляторных батарей.На предприятиях отрасли при массовом производстве свинцово-кислотных аккумуляторов используется формирование электродных пластин в режиме заряда постоянным током. Наряду с этим с целью сокращения длительности процесса для формирования электродных пластин применяются ступенчатые реверсивные режимы с соответствием времени прохождения прямого и обратного токов 10/1. Исследования и испытания аккумуляторных батарей различных электрохимических систем на основании математических моделей конкретных объектов применения, напри - мер электромобилей, порождают разнообразные реверсивные режимы работы батарей.Известны устройства для заряда и разряда аккумуляторных батарей стабилизированным током, предназначенные дпя формирования, тренировки и исйытания аккумуляторных батарей, содержащие тиристорный преобразователь, узел управления тиристорами, блок коммутации, усилитель, задатчик 35 и датчик тока, источник смещения 1 и 2 .Недостатком этих устройств явля - ется ограничение уставок по току, необходимость ручной предварительной 40 подготовки, заключающейся в ручном задании токов посредством переключателей, либо потенциометров, невозможность сопряжения с цифровыми вычислительными машинами, хранящиж 45 программы или генерирующими управляющие воздействия в результате обработки математической модели объекта применения батареи, что в конечном итоге повьппает трудоемкость про О цесса и снижает надежностные характеристики и качество управления,Кроме того, эти устройства используют аналоговые элементы в системах стабилизации, которым прису ша погрешность за счет дрейфа нуля" усилителей постоянного тока, температурной нестабильности характеристик узла сравнения, задатчнка тока и источника питания.Наиболее близким по технической сущности к изобретению является автоматическое устройство для формирования и испытания химического источника тока, содержащее генератор тактовых импульсов, задатчик тока, узелсравнения, дешифратор и последовательно соединенные узел управлениятиристорами, тиристорный преобразователь, датчик,Устройство обеспечивает высокуюстепень автоматизации процесса и может управляться от встроенного уст-;ройства считывания программоносителя 31,Однако в известном устройстве используются аналоговые элементы дляреализации системы управления и стабилизации тока, которые требуют сложных элементов согласования с устройствами цифрового программного управления и пораждают погрешности, обусловленные температурной нестабильностью характеристик узла сравнения, задатчика тока и источникапитания, дрейфом нуля усилителяпостоянного тока, а также нестабильностью выходного напряжения источника питания задатчика при помехах иизменениях питающей сети,Кроме того, при больших углахоткрытия тиристоров выходной токтиристорного преобразователя можетносить импульсный характер, что вызывает необходимость наличия в цепиизмерения тока аналоговых интеграторов, построенных с использованиемС-цепей для получения на выходесреднего значения измеренного сигнала, последнее порождает дополнительную погрешность измерений и стабилизации. Устройство не обеспечиваетнепосредственное сопряжение с ЭВМи централизованный контроль качестваобработки управляющих воздействий1 уставок тока, Устройство также необеспечивает прием, хранение и отработку длительности уставск по времени,Целью изобретения является повышение точности работы устройства.Указанная цель достигается тем,что в устройство, содержащее генератор тактовых импульсов,задатчик тока, узел сравнения, дешифратор ипоследовательно соединенные узелуправления тирнсторами, тнристорныйпреобразователь, снабженный входными и выходными силовыми выводами, датчик тока, дополнительно введены аналого-циФровой преобразователь, арифметическое устройство, вычитающий счетчик, первый и второй регистры, при этом для связи с ЭВМ устройство снабжено информационными входом и выходом синхронизирующим входом, прерывающим выходом и управляющим входом, выход задатчика подключен к первому входу узла сравнения, выход узла сравнения подключен к первому входу узла управления тиристорами, первый вход аналого-цифрового преобразователя соединен с выходом датчика тока, второй запускающий вход аналого-цифрового преобразователя сое. динен с первым выходом генератора тактовых импульсов, информационный выход аналого-цифрового преобразователя и выход "Конец преобразования" его соединены с входами арифметичес - кого устройства, выход арифметического устройства соединен с вторым входом узла сравнения и первым входом второго регистра, первые входы вычитающего счетчика, задатчика тока и первого регистра соединены с информационным входом устройства,ЗО второй вход вычитающего счетчика соединен с вторым выходом генерато - ра тактовых импульсов, выход вычитающего счетчика подключен к преры - вающему выходу устройства, тормозящему входу генератора тактовых им - пульсов, к второму входу узла управления тиристорами и третьему входу арифметического устройства выход первого регистра подключен к третьему входу узла управления тиристора 40 ми, выход второго регистра подключен к информационному выходу устройства, первый вход дешифратора соединен с управляющим входом устройства, а вто - рой вход подключен к синхронизирующему входу устройства, выходы дешифратора подключены ко вторым входам первого и второго регистров, задатчика и к третьему входу вычи - тающего счетчика, третий выход генератора тактовых импульсов подключен к четвертому входу арифметического устройства, к четвертому входу вычитающего счетчика подключена цепь начальной установки устройства в 55 исходное состояние.На фиг, 1 представлена структурная схема устройства; на фиг. 2 функциональная схема устройства;на Фиг. 3 - Функциональная схемаарифметического устройства; нафиг. 4 - диаграмма работы устройства.Авт оматиче ское устр ой ство дляформирования и испытания химического источника тока содержит реверсивный тиристорный преобразователь 1,датчик 2, аналого-цифровой преобразователь 3, арифметическое устройство 4, узел 5 сравнения, узел 6управления тиристорами, задатчик 71 представляющий собой регистр), регистр 8, вычитающий счетчик 9, генератор 1 О тактовых импульсов, регистр 11, дешифратор 12, информационный вход 15, информационный выход 14, управляющий вход 15, синхронизирующий вход 16, прерывающий выход 17,При включении питания сигналом"Начальная установка" устанавливается в нулевое состояние вычитающийсчетчик 9, На выходе счетчика 9 появляется сигнал, запрещающий подачуимпульсов открытия тиристоров преобразователя 1 с узла 6 управлениятиристорами, работу генератора 1 Отактовых импульсов, и сбрасывающийрегистры и счетчики арифметического устройстваЭтот сигнал подаетсяна прерывающий выход 17 устройствасообщая о том, что устройство готово принять информацию и приступитьк отработке уставки,Информация о параметрах уставки:величине, длительности, режиме1 заряд, разряд) подается в двоичномкоде из внешних устройств, напри -мер ЭВМ, побайтно на информационныйвход 13 устройства, Сигналами, передаваемыми из ЭВМ на управляющийвход 15 устройства, задается адресприемника информации: счетчика 9,задатчика 7 или регистра 11, в момент поступления синхронизирующегоимпульса по входу 16 синхронизации происходит запись байта информации, поступающей на информационный вход 13 устройства, в приемник,адрес которого задан сигналами поуправляющему входу 15. Последовательность передачи информации рекомендуется выбирать такой, чтобыинформация о длительности уставкипередавалась последней.После записи информации о длительности уставки счетчик 9 выходитиз нулевого состояния, при этом разрешается работа генератора 10 тактовыхимпульсов, выдача импульсов открытиятиристоров преобразователя 1, снимается сигнал с прерывающего выхоца 17устройства.Генератор 10 тактовых импульсовпроизводит запуск аналого-циФровогопреобразователя 3, последний преобразует аналоговую величину сигнала с 10датчика 2 в двоичный код, С выходааналого-циФрового преобразователя 3двоичньй код и сигнал "Конец преобразования поступают в арифметическоеустройство 4, которое производит 15счет количества преобразований преобразователя 3 эа заданный период,суммирование двоичных кодов мгновенных значений аналоговых сигналов датчика 2, хранение промежуточных и конечного результата суммирования запериод вычисления среднего значения сигнала за период путем делениярезультата суммирования на количество преобразований преобразователя 3. 2Тактированне работы арифметическогоустройства 4 производится частотой,подаваемой с генератора 10 тактовыхимпульсов,При применении в качестве датчикашунта, сигнал на его выходе пропорционален протекающему току и можетбыть легко пересчитан в значение тока,С выхода арифметического устройства 4 среднее значение тока в видедвоичного кода записывается в регистр8 и передается на информационныйвыход 14 устройства путем задания адреса регистра 8 по управляющему входу 15 устройства и позволяет внеш 4 Оним устройствам контролировать отработку уставки по величине.Узел 5 сравнения сравнивает цифровой двоичный код среднего значе -ния тока, поступающего с выхода арифметического устройства 4 с кодомуставки, записанным в задатчик 7, ивыдает на свой выход в цифровойдвоичной форме алгебраическую разность кодов. Последняя поступает навход узла 6 управления тиристорами,Узел 6 управления тиристорами преобразует входной сигнал в импульсыфазового регулирования и выдает ихна управляющие входы тиристоров инвертора или выпрямителя тиристорногопреобразователя 1 в соответствии скодом режима, поступающим иэ регистра 11, Фазовое регулирование осуществляется до получения с выхода узла 5сравнения сигнала равенства коцов идалее такое значение тока поддерживается.Вычитающий счетчик 9 с момента запуска генератора 1 О тактовых импуль"сов считает поступающие на счетный вход временные импульсы вплотьдо обнуления.Во время протекания процесса отработки уставки тока ЭБК может провести контроль отработки, передав поуправляющему входу 15 устройстваадрес регистра 8 и сигнал по синхронизирующему входу 16, при этом на информационный выход устройства поступает код отрабатываемого в данныйпериод тока,В момент обнуления счетчика 9 сигналом с его выхода тормозится генератор 10 тактовых импульсов, сбрасывается арифметическое устройство 4,запрещается подача импульсов открытиятиристоров и подается сигнал на прерывающий выход 17. С получением информации о новой уставке процессповторяется.При этом генератор 1 О тактовыхимпульсов включает генератор 18 и делители 19 и 20 частоты; регистр 8включает регистр 21 и схемы 22-29совпадения;арифметическое устройство4 включает сумматор 30, промежуточный регистр 31, выходной регистр 32,триггер 33, суммирующий счетчик 34,дешифратор 35, циклический счетчик 36, схемы 37 и 38 совпадения,схему И-ИЛИ 39, схему ИЛИ 40.Устройство работает следующимобразом.При включении питания сигналом"Начальная установка" устанавливается в нулевое состояние вычитающийсчетчик 9, при этом на выходе Р-счет-.чика 9 появляется сигнал, запрещающий подачу импульсов открытия тиристоров преобразователя 1 с узла 6управления тиристорами, работу генератора 18 и сбрасывающий в "Нулевое состояние" через схему ИЛИ 40триггер 33, через схему И-ИЛИ 39 вы -ходной регистр 32 арифметическогоустройства 4. Кроме того, этот сигнал подается на прерывающий выход 17 устройства, сообщая о том,что устройство готово принять ин 1 формацию и приступить к работе,Величина уставки в виде восьмиразрядного двоичного кода по инфор11127мационному входу 13 поступает наТ 1-входы регистра 7, По управляющемувходу 15 двоичный код выбора регистра 7 поступает на входы дешифрата -ра 12. Па синхраимпульсу, поступающему по синхронизирующему входу бна С-вход дешифратора 12, производится дешифрация кода, На выходе 2 дешифратора 12 формируется импульс,поступающий на С-вхад регистра 7 ипроизводится запись двоичного кодавеличины уставки в регистр 7, с выходов которого двоичный код поступаетна вход узла 5 сравнения, Аналогичнопроизводится запись кода режима в регистр 11, с выхода которога кад режима поступает в узел 6 управления тиристарами и кода длительности уставки в вычитающий счетчик 9.После записи информации а длительности уставки вычитающий счетчик 9 вывыходит из нулевого состояния и с выхода Р - снимается сигнал, з агрещающий работу элементов устройства,На Фиг, 4 приведена временная диаграмма работы устройства,где 41 - импульсы тактовой частоты генератора18; 42 - импульсы на выходе делителя19 частоты; 43 - сигнал конца преаб -разования аналого-цифрового преобразователя 3; 44-50 - сигналы на выхо 30дах 1 - 7 соответственно дешифратора 35арифметического устройства 4; 5сигнал на выходе 2 циклическогосчетчика Зб: 52 - сигнал на выходесхемы 37 совпадения; 53 - сигнал на 35выходе схемы И-ИЛИ 39; 54 - сигнална выходе схемы 38 совпадения; 55сигнал на выходе триггера 33.С выхода генератора 18 импульсы41 тактовой частоты поступают на вхоОды делителей 19 и 20 частоты исуммирующего счетчика 34 арифметического устройства 4. Выходным импульсом 4 2 з апу ск ает ся аналого - цифр овойпреобразователь 3, Коэффициент К делителя 19 частоты выбирается из условия получения периода следования импульсов 42 достаточного для выполнения преобразования, По окончаниипреобразования величины мгновенного 50значения аналогового входного сиг -нала в цифровой двоичный код, с вы -хода аналого в цифрово преобразователя 3 поступает сигнал 43 концапреобразования на вход Я триггера 33 55и код вели чины входного с и гн ал а н авходы Х - Х 8 сумматора 30, Триггер 33 переходит г состояние ". 446 8разрешая тем самым работу суммирую -щего счетчика 33, При поступлениина вход счетчика 33 первого импульса счетчик изменяет свое состояниеи на выходе 1 дешифратара 35 появляется сигнап 44, разрешаю 1 щй записьв промежуточный регистр 31 суммы кодов на входах Х 1 - Х 8 и У 1 - У+8сумматора ЗО. При появлении на выходе 2 дешифратора 35 сигнала 45 производится перезапись кода с выходарегистра 31 в выходной регистр 32, свыхода 1 - щ +8 которого код поступает на входы У - Уъ +8 сумматораЗО, чта обеспечивает получение нарастающей суммы кодов в процессецикла измерений, Сигнал 46 поступаетна суммирующий вход циклическогосчетчика Зб и переводит его в сле -дующее состояние, По сигналу 50,поступающему с выхода 7 дешифратара 35 на вход схемы ИЛИ 40, с выходакоторой выходной сигнал поступаетна 1 в вх триггера 33, триггер 33переходит в состояние "0" и сбрасывает счетчик 34, Цикл повторяется.Процесс продолжается до появленияна выходе 2 счетчика 36 сигнала 51,последний разрешает прохождение навыход схемы 37 совпадения сигнала 52,по которому производится перезапись информации с выходов сумматора32 ъ +1 в ; ч +8 в регистр 21, а так -же разрешается работа узла 5 сравне.ния. По сигналу 53, поступающему свыхода схемы И - ИЛИ 39 на вход 1 регистра 32, происходит сброс регистра. По сигналу 54 сбрасывается павходу Р счетчик 36,Количество измерений мгновенныхзначений, считаемое счетчиком 36,выбирается равным двоичному числу извыражения:где м = 1,2,3,4, В свою о чередь о выбир ает ся из условиягде Т - выбранный период измерений среднего значения сигнала;Ть - период следования запускающих импульсов аналого-цифрового преобр аз о ват еля.Среднее значение измеряемого тока получается путем деления сумин кодов измерении мгновенных значений9 1112 за период измерения на круглое двоичное число и , соответствующее числу просуммированных мгновенных значений измерений аналого-цифрового преобразователя 3 методом отбрасывания Ъъ младших разрядов кода выходного ре-" гистра 32, сохраняющего результат суммирования. Очевидно, что при таком методе деления возникает погрешность, поскольку используется только 1 О целая часть частотного и отбрасывается остаток. Однако простота схемы и невысокая погрешность деления (при измерении тока 100 А с числом измерений мгновенных значений за период равным 2048 погрешность не превышает 17 ) позволяют обеспечить приемлемость такого схемного решения. На примере рассмотрен один из простейших вариантов схемного решения, при введении в состав устройства схемы коррекции возможно уменьшить погрешность. Ввод простой схемы анализа старшего отбрасываемого разряда и учет его значения в конечном результате деления позволяет уменьшить погрешность в два раза.С выхода регистра 21 код поступает на входы схем 22-29 совпадения. По запросу от ЭВМ, поступающему по управляющему входу 15 на дешифратор 12 и синхронизирующему входу 1 б на С-вход дешифратора, с выхода 4 дешифратора 12 поступает разрешающий сигнал на входы схем 22-29 совпадения, с выхода которых код передает 446 10ся по информационному выходу 14 в ЭВМ,Коэффициент деления К 1 делителя 20 частоты выбирается иэ условия получения периода следования импульсов на выходе равным минуте, секунде, миллисекунде и т.д. в зависимости от необходимой точности отработки уставки по времени. По истечении времени отработки уставки на выходе Р-вычитающего счетчика 9 появляется сигнал обнуления, запрещающий подачу импульсов открытия тиристоров преобразователя 1 с узла б управления тиристорами, работу генератора 18 и сбрасывающий в нулевое состояние триггер 33 и выходной регистр 32 арифметического устройства 4, а также поступающий на прерывающий выход 17 устройства как запрос в ЭВМ на выдачу следующей уставки тока.Применение изобретения в процессах формирования пластин свинцово- кислотных аккумуляторов и при испытаниях батарей позволяет создать централизованные комплексы с управлением от ЭВМ, при этом повысить производительность труда и достоверность испытаний.Применение изобретения в комплексе технических средств испытания батарей на основании математической модели объекта применения позволяет сократить сроки проведения испытаний и повысить производительность труда лабораторного персонала.