Цифровое задающее устройство

(71) Заявите 4) ЦИФРОВОЕ ЗАДАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО 2 о акже нед Изобретение относится к области прецизионных средств программного управления технологическими процессами, в частности к систе.мам управления технологическими процессамиполучения монокристаллов,При выращивании и отжиге монокристаллов широко используются программы управления температурой, состоящие из чередующихся участков подъема, выдержки и снижениярегулируемого параметра. На участке "выдержка"программы осуществляется стабилизация регулируемого параметра в широком диапазоневремен от нескольких минут до несколькихчасов на уровне, заданном, цифровым (илииным) задающим устройством, Однако в существующих цифровых задающих устройствахзаданное значение параметра стабилизации может изменяться под действием случайных им.пульсов помех, что приведет к нарушению технологического процесса. Кроме того, в цифро 20вых задающих устройствах отработка заданнойпрограммы нарушается при отключении:,кратковременного, сетевого источникачто т опустимо. Известно программное задающее устройство,содержащее генератор импульсов, делитель частоты, блок задания скорости, коммутатор, блокзадания уровня и реверснвный счетчик со схемой совпадения, один вход которогосоединенс выходом делителя частоты, другой - с выходом блока задания уровня, а выход подключен ко входу коммутатора, причем вход блоказадания уровня подсоединен к выходу комму-;татора ,Недостатком этого устройства является потеря заданной программы при отключении м.тевого источника питания и возможность искажения программы под воздействием импульс.ных п мех. Восстановление нарушенной прог.раммы управления - это трудоемкий процесси поэтому требует достаточно длительногоотрезка времени, что может сказаться на качестве конечцого продукта.Наиболее близким по технической сущностии достигаемому положительному эффекту кпредлагаемому является устройство, содержа.щее генератор импульсов, соединенныи с управляемым делителем частоты, ко.;второму входу9831233которого подключена схема управления, гдевыходной сигнал делителя частоты поступаетна формирователь импульсов и реверсивныйсчетчик, второй вход формирователя импульсовсоединен со схемой управления, а входы реверсивного счетчика соединены со схемой управления и блоком задания уровня, причем выход. реверсивногосчетчика соединен со входомтриггера - коммутатора, второй вход которогосоединен со схемой управления, а выход триг. 1 игера - коммутатора подан на блок заданияуровня 21.К недостаткам известного устройства следует отнести потерюзаданной программы прислучайных отключениях питания сети и ее искажение в результате действия импульсных помех.Как первый, таки второй недостаток приводит к переходу на ручной режим управления,сбросу нарушенной программы до исходной 20точки, с последующим восстановлением програм.мы в точке ее нарушения, Все зто продолжи.тельно во времени и исключает точность еевосстановления, а это в свою очередь приводитк нарушению ранее заданного технологического 25режима, что в конечном итоге влияет на качество выходного продукта,Целью изобретения является повышение на.дежности и сохранение задайной программыпри аварийных отключениях питания и воздействия импульсных помех.Поставленная цель достигается тем, что цифровое задающее устройство, содержащее блокзадания уровня, первый генератор импульсов,выходом соединенный с делителем частоты, и35последовательно соединенные реверсивный счетчик; блок сравнения и элемент НЕ, введеныгенератор высокой частоты, первый и второйлогические элементы 2 И.2 ИЛИ-НЕ и блок кор.рекции, первым выходом подключенный черезпервый логический элемент 2 И.2 ИЛИ-НЕ кпервому входу реверсивного счетчика, а вторымвыходом через последовательно 1 соединенныеэлемент НЕ и второй логический элемент2 И - 2 - ИЛИ-НЕ - ко второму входу реверсив 45ного счетчика, выход которого соединен со входом блока коррекции и выходом устройства,вход генератора высокой частоты соединен со. входом первого генератора импульсов и входомустройства, а выход генератора - с. третьимивходами первого и второго логических элемен 0тов 2 ИИЛИ-НЕ, четвертыми входами пбдклю.ченных. к выходу делителя частоты, а такжетем, что блок коррекции содержит первый ивторой корректирующие задатчики, выходамисоединенные с первыми входами соответствующих сумматоров, аналого - цифровой преобразователь, выходом через сумматоры и элементысравнения подключенный к выходам блока. 4На чертеже представлена функциональнаясхема предлагаемого устройства.Цифровое задающее устройство содержитосновной генератор 1 импульсов с управляемым делителем 2 частоты, логические элементы2 ИИЛИ-НЕ 3, 4, реверсивный счетчик 5, блокб сравнения с блоком 7 задания уровня, дополнительный генератор 8, логические элементы НЕ 9, 10, а также блок 11 коррекции,содержащий аналого - цифровой преобразователь12 и последовательно соединенные корректирующие задатчики 13 и 14, сумматоры 15 и 16и элементы 17 и 18 сравнения.1Устройство работает следующим образом.Перед включением напряжения питанияоператор устанавливает в блоке 7 уровень перехода программы на участок выдержки и корректирующими задатчиками 13, 14 задает соответственно верхнюю Ав и нижнюю ААи границы диапазона аА - А в - Адопустимых изменений выходного сигнала счетЧика 5 от дей-ствия импульсных помех в режиме подъемаи снижения температуры (выходной сигналреверсивного счетчика 5 является выходйьмсигналом устройства), Диапазон й А выбираетсяисходя из динамических свойств объекта регулирования и погрешностей регулятора температуры,После включения напряжения питания оператор однократной подачей сигнала "Сброс" насчетчик 5 устанавливают цифровое задающееустройство в начальное состояние, при которомвыходной сигнал счетчика 5 равен нулю, выходной сигнал схемы сравнения б равен напряжениюлогического "О", так как цифровой сигнал блока 7 больше цифрового сигнала реверсивногосчетчика 5, генераторы 1 и З,не работают.Выходной сигнал блока б сравнения подаетсянепосредственно на логический элемент 2 И -2 ИЛИ.НЕ 4 и через логический элемент НЕ 9на логическийьзлемент 2 ИИЛИ.НЕ 3, разрешая прохождение импульсов от генератора 1на вход прямого счета (+) реверсивного счетчика 5,Выходной сигнал 0 датчика температурыпреобразуется аналого - цифровым преобразователем (АЦП ) 12 в цифровой код и подаетсяна входы сумматоров 15 и 16, На другой входсумматора 15 подается цифровой код верхнейграницы А диапазона ьА, а на второй входсумматора 1 б - цифровой код нижней границыА. При этом сумматор 15 производит сложение цифровых кодов сигнала датчика темпера.туры и эадатчика 13, а сумматор 16 произдит вычитание цифровых кодов датчика температуры и задатчика 14. Таким образом, диапазон 5 А допустимых изменений выходного сигнала счетчика 5 устанавливается относительноуровня цифрового кода сигнала датчика5 983123 4температуры,.В начальном состоянии, когда выходные сигналы счетчика 5 и датчика температуры (а значит и выходной сигнал АЦП 12)равны нулю на выходе элемента 17 сравненияустанавливается напряжение логического "О",а на выходе элемента сравнения 18 - напряжение логической "1". Эти напряжения посту.лают на выходы логических элементов 3 и 4(выходной сигнал блока 1 при этом предварительно инвертируегся логическим элементом НЕ 1 р10 и запрещает прохождение импульсов от генератора 8 на входы реверсивного счетчика 5).При подаче сигнала "Пуск", который не снимается в процессе всей работы устройства, начинает работать генератор 1 и дополнительный 1генератор 8, при этом на вход прямого счета(+) реверсивного счетчика 5 поступают импульсы с частотой, определяемой управляемымделителем 2, Число в счетчике увеличиваетсяс постоянной скоростью до уровня, определяемого блоком 7 задания, Придостижениитребуемого уровня перехода на участок выдержкисрабатывает блок б сравнения (на выходе устанавливается напряжение логической "1") ичерез логический элемент НЕ 9 запрещает прохождение импульсов о делителя 2 частоты 4 быстро восстановят содержимое счетчика 5через логический элемент 3 на вход прямогосчета (+) реверсивного счетчика 5. Ошовременно блок 6 сравнения дает разрешение на прохождение импульсов с делителя 2 частоты черезовлогический элемент 4 на вход обратного счета( - ) счетчика 5.После поступления на вход обратного счета( - ) счетчика 5.первого импульса число в счетчике уменьшается на единиfу и блок б сравнения восстановит свое первоначальное состояние(на выходе напряжение логического "0"), так.как в счетчике 5 оказываются записанньпичисло на единицу меньше, чем задано блоком 7.В этом случае снова оказываются открьтымдля доступа импульсов вход прямого света(+) счетчика 5, Счетчик 5 опять заполняетсядо уровня заданного блоком 7 задания ивыше описанньй процесс повторяется,условиях эксплуатации не выходят за пределы диапазона В 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 А диапазона ь А. При этом сигнал датчика температуры не можег измениться мгновенно при изменении выходного сигнала устройства, что обусловленоинерционными свойствами объекта. Таким образом, выходные сигналы сумматора 15 и 16 неизменяются, а выходные сигналы элементов ФТаким образом, в реверсивном счетчике на участке выдержки записывается число, определяемое блоком 7 задания уровня, которое периодически (период определяется у 1 трав-ляемым делителем частоты 2) уменынается йа ЬДН 3 ицу младшего разряда счетчика 5 и затем вновь восстанавливается. Эти изменения должны учитьваться в суммарной погрешности системы регулирования температуры.При работе цифрового задающего устройства изменение числа в счетчике 5 (выходной сиг- фф нал устройства) отрабатывается регулятором температуры, при этом случайные изменения выходного сигнала .устройства в нормальных 17 и 18 сравнения изменятся следующим образом, Элемент 17 сравнения коррекции изменитсвое состояние из "О" в "1", а элемент 18сравнения останется в прежнем состоянии (навыходе напряжение логической "1"). Нри этом .через логический элемент 3 задается запрет напрохождение импульсов генератора 8 к входупрямого счета (+) и через логический элемент 4 - разрешение по входу обратного счета ( - )реверсивного счетчика 5, Импульсы высокой частоть генератора 8 через логический элемент и элемент 17 сравнения вернется в прежнеесостояние,Второй случай сбоя. - число в счетчике 5скачкообразно уменьшается и выходит за пре.делы нижней границы А н. Как и в первомслучае сигнал датчика температуры мгновенноне изменяется, а изменившийся выходной сигналсчетчика 5 воздействует на элементы сравненияследующим образом. Элемент 17 не изменитсвоего состояния, а элемент 18 сравнения кор.рекции изменят состояние из "1" в "0". Приэтом через логический элемент НЕ Ю, на элемент 2 И - 2 ИЛИ-НЕ 3 дается разрешение напрохождение импульсов генератора 8 к входупрямого счета (+) реверсивного счетчика 6.Импульсы высокой частоты генератора 8 быстро восстановят содержимое счетчика 5 и зле.мент 17 сравнения коррекции вернется в преж.нее состояние. Отработка .участка подьема илиснижения при этом будет продолжаться,1При аварийном отключении напряженияпитания на участке подъема или снижениясигнал О,датчика температуры будет изменяться в соответствии с инерционностьюобъекта регулирования. После появления напряжения питания все элементы устройствавосстанавливают свою работу. Генераторы 1 й 8будут включены, так как сигнал "Пуск" послевключения питания восстанавливается. При1этом в реверсивном счетчике 5 может записаться произвольное число, как больше, таки меньше предыдущего, Процесс восстановлениясодержимого счетчика 5 за счет схемы коррек8изобретения 23 Формула 9831цни 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 идти участок подъема илй снижения по программе (в зависимости от,соотношения выходных сигналов счетчика 5 и блока 7 задания уровняПроцесс восстановления содержимого счетчика 5 на участке выдержки при наличии сбоя под действием импульсных помех нли отключении напряжения питания будет таким же, как и на участках подъема или снижения.После прохождения участка выдержки опе 1 В ратор задает новое значение в блоке 7 задания уровня, которое, может быть как меньше, так . и больше; предыдущего. Блок 6 сравнения изменит свое состояние из "0" в "1" и через ло. гический элемент 4 даст разрешение на прохож. эя денне 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 б сравнения не изменит 2 я своего состояния, если число в блоке 7 будет больше записанного в счетчике 5, В этом случае через логический элемент 3 импульсы генератора 1 будут поступать на вход прямого счета (+) счетчика 5, т. е. начнется очередной участок подъема температуры,Таким образом, предлагаемое цифровое задающее устройство сохраняет заданную прог. рамму при воздействии импульсных помех и отключений напряжения питания на любому35 участке программы. При этом нет необходнмос. ти предщйнимать специальные меры по защите входньй цепей и питанИя реверсивного счетчи. ка от воздействия Чбмех, а также применятьспециальные элементы памяти, сохраняющие программу.при отключении напряжения пита 1, Цифровое задающее устройства, содер.жащее блок задания уровня, первый генераторимпульсов, выходом соединенный с делителемчастоты, н последовательно соединенные реверсивный счетчик, блок сравнения и элемент НЕ,о т л и ч а ю щ е е ся тем, что, с цельюповышения надежности за счет сохранениязаданной программы при аварийных отключениях питания и воздействии импульсных помех,введены генератор высокой частоты, первый ивторой логические элементы 2 ИИЛИ-НЕ иблок коррекции, первым выходом подключенный через первый логический элемент 2 И.2 ИЛИНЕ к первому входу реверсивного счетчика, авторым выходом через последовательно соединенные элемент НЕ и второй логический элемент 2 И.2 ИЛИ.НЕ - к второму входу реверсивного счетчика, выход которого соединен с входом блока коррекции н выходом устройства,вход генератора высокой частоты соединен свходом первого генератора импульсов и входомустройства, а выход генератора - с третьимивходами первого н второго логических элементов 2 й - 2 ИЛИ-НЕ, четвертыми входами подключенных к выходу делителя частоты.2. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е .е с я тем, что блок коррекции содержитпервый и второй корректирующие задатчики,выходами соединенные с первыми входамисоответствующих . сумматоров, аналого - цифровой преобразователь, выходом через сумматорын элементы сравнения подключенный к выходамблока.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР Юф 265220,кл, 6 05 В 19/02, 1966,2. Страшун А. 3. н Чернухин В, Ш. Программные регуляторы технологических процессов. Л., "Энергия", с. 126, 1973 (прототип),