Цифровой регулятор давления

.В.Просвирнин льство СССР11/00, 22.10.86 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ ОПИСАНИЕ ИЗО АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(54) ЦИФРОВОЙ РЕГУЛЯТОР ДАВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к цифровымрегуляторам давления газа и предназначено для генерации давления в замкнутом пневмообъеме по требуемому закону с высокой точностью и быстродействием, Цель изобретения - повышениеточности регулирования. Цифровой регулятор давления содержит датчик 1давления, частотно-цифровой преобраЕНИЯ 1 эователь 2, вычислительныйпервый 4 и второй 5 регистр дуправления, первую б и вторую 7 группы усилителей мощности, первый 8 ивторой 9 цифровые клапаны, пневмоколлектор 10, блок 11 задания кодов ус"тавок, элемент 12 управления запуском, элемент 13 управления записьюкода высокого давления и элемент 14управления записью кода низкого давления. Цель изобретения достигаетсяэа счет введения элементов 12-14,изменения связей и структуры вычислительного блока 3, что позволяет задавать требуемую скорость изменениядавления на любом участке характеристики и обеспечить высокую точностьвоспроизведения требуемого законагенерации давления. 1 з.п. ф-лы, 2 илИзобретение относится к цифровымрегуляторам давления газа и предназначено для генерации давления в замкнутом пневмообъеме по требуемому за 5кону с высокими точностью и быстродействием.Цель изобретения - повышение точности регулирования.На Фиг, 1 приведена функциональ.ная схема цифрового регулятора; наФиг. 2 - функциональная схема цифрового вычислителя.Цифровой регулятор (фиг, 1) содер"жит датчик 1 давления, частотно-цнф ровой преобразователь 2, вычислительный блок 3, первый 4 и второй 5 регистры кода управления, первую 6 и вторуюю 7 группы усилителей мощности,первый 8 и второй 9 цифровые клапаны, 70пневмоколлектор 10, блок 11 заданиякодов уставок, элемент 12 управлениязапуском, элемент 13 управления записью кода высокого давления и эле- мент 14 управления записью кода низ- дкого давления.Вычислительный блок 3 (Фиг.2) содержит первый 15, второй 16 и третий, 17 регистры, первый 18, второй 19и третий 20 элементы И, цифровой компаратор 21, первый 22 и второй 23вычитатели кодов, цифровой делитель24, цифровой умножитель 25, перепрограммируемое запоминающее устройство26, четвертый элемент И 27, первый28 и второй 29 элементы И-ИЛИ, КБтриггер 30, счетный триггер 31, эле,мент 32 выделения переднего Фронта,1 элемент 33 блокировки сброса счетчика адреса, счетчик 34 адреса, элемент35 выделения заднего фронта и элемент 36 задержки.Регулятор работает следующим образом,После подачи питания на регуляторпроизводится запись кодов высокогоР и низкого Р давлений в системеЬпневмбпитания. Эта операция осуществляется в режиме "Стоп" при разомкнутом состоянии элемента 12, когда кодИна первых информационных выходахвычислительного блока, а также сигЯпрналы С, и С на его первом и второмвыходах управления равны нулю, При,замыкании элемента 13 происходит ин,версия нулевого кода Ы на выходахрегистра 4 в результате чего черезгруппу усилителей Ь на цифровой клапан 8 подается максимально возможный код Н,= 2 - 1, где п - числоидвоичных разрядов кода Н .В пневмообъеме устанавливается зйачение давления Р = Рэ, которое преобразуется датчиком 1 в частоты Й, и Г на выходах частотно-цифрового преобразователя 2 Формируется код Р , который при размыкании элемента 13 запоминается в вычислительном блоке 3. При замыкании элемента 14 происходит инверсия нулевого кода на выходах регистра 5, полностью открывается цифровой клапан 9, в пневмообъеме устанавливается низкое давление Р и при размыкании элемента 14 этот кодзапоминается в вычислительном блоке 3,При подаче сигнала "Пуск" (путемкратковременного замыкания элемента 12) в вычислительном блоке 3 формируются начальный код М адресаи сигнал С разрешения чтения инфор 3мации, Считанные с первых и вторыхинформационных выходов блока 11 коды Р и Ч подаются на вторые и третьи информационные входы вычислительного блока 3, в котором по результатам анализа значения кода Рд регулируемого давления, значений кодовРа и Ри кодов Р, Ч вычисляетсятребуемое регулирующее воздействиев виде кода И на цифровые клапаны9 и 1 О, необходимое для обеспеченияподхода к значению Р со скоростьюЧ. Код Б сопровождается одним изсигналов С, (прн РР) илн С (Р дР ), которые разрешают запись кода Мр в один и нулевого кода во второй иэ регистров 4 н 5. Например, при С, = 1 (Р с Р ) код Мр заносится в регистр 4, а в регистр 5 заносится нулевой код (путем сброса этого регистра в нулевое состояние по К-входу), Начинается отработка заданных кодами Р и Ч значений давления и скорости его изменения. В вычислительном блоке 3 постоянно осуществляется сравнение значения Р с измеФряемыми значениями Р давленйя в пнев" мообъеме, которые заносятся в вычислительный блок 3 по сигналам 0 на первом входе разрешения записи. При достижении равенства Р = Р в вычислительном блоке 3 формируется следующий код адреса Н и по сигналу С, с третьего выхода управления разре" шается выдача из блока 11 в вычислительный блок 3 кодов Р и Ч, необ" ходимых для отработки следующего уча 1432454)2" 20 где Ч- максимальное значениескорости Ч при полностьюоткрытом клапане 8 или 9.Минимальный относительный шаг дискретизации 8 р по давлению Р 8 зависит от относительной погрешности О измерения давления датчиком 1 и частотно-цифровым преобразователем 2Ю =38, (2) где Р , - верхний предел давленияв пневмообъеме,Максимальная скорость изменения давления, генерируемая регулятором, 35 ограничивается циклом с вычисления кода Ыв вычислительном блоке 3 и временем сц изменения давления Р 4 датчиком 1 и частотно-цифровым преобразователем 2 Ч6 Рмин(4)ма" 2(с + с)Вычислительный блок 3 (фиг, 2) работает следующим образом.Код регулируемого давления РА циклически заносится в регистр 15 после завершения предыдущего цикла вычисления (по совпадению сигналов на входах элемента И 18). По сигналу с ныхода готовности регистра 15 разрешается сравнение кодов Р и Р в цифровом компараторе 21, результат сравнения выдается на его выходах в виде одного иэ сигналов Ц, Ц, и Бн) Б = Б = О, регистр 17 переходит 45 50 стка генерируемой функции. Таким образом, путем последовательной отработки записанных в блок 11 кодовуставок Р и Ч могут быть воспроиэведены по участкам различные законыизменения или стабилизации давленияР в пневмообьеме,С увеличением числа ячеек блока11 возможно как увеличение общей дли 10,тельности воспроизводимого неперио-дического закона изменения давленияР, так и повышение точности воспроизведения,Минимальный относительный шаг диск.ретизации по скорости изменения давления занисит от числа п двоичныхразрядов элементов 5-10 следующимобразом: в активное состояние и выдает на вторые информационные входы цифрового вычитателя 22 код Р низкого давленния. Цифровой вычитатель 22 вычисляет и выдает на вторые информационные входы цифрового делителя 24 разностьК РцР - Р . Одновременно с раба" той компаратора 21 сигналом 0 с вы 8 хода готовности регистра 15 разрешается работа вычитателя 23, на выходах которого формируется код рассог" ласования Ь Р =- Р - Р.По совпадению сигналов с выходов готовности элементов 22 и 23 элемен" том И 27 разрешается работа делителя 24. Результат деления кода д Р на код ЬР выдается в виде кода ЬР с выходов цифроного делителя 24 на первые информационные входы умножителя 25, на вхоц разрешения работы которого приходит сигнал с выхода готовности делителя 24. Умножитель 25 производит операцию умножения кода 8 Р на код Ч требуемой скорости изменения давления Р . Результат умножения в виде кода И подается на адресные входы перепрограммируемого запоминающего устройства, на вход разрешения считывания которого приходит сигнал с выхода готовности умножителя 25, разрешающий чтение информации, Поскольку регулятор находится в режиме отработки пневмовоздействия, на прямом выходе счетного триггера 31 сигнал ранен единице и из ячейки перепрограммируемого запоминающего устройства 26 с адресом И извлекается требуемое значение кода Идля управления цифровым клапаном 9, поступающее на первые информацинные выходы вычислительного блока 3.Затем на выходе элемента И-ИЛИ 28 при совпадении сигналов на его первом и втором входах формируется сигнал, который обеспечивает запись в регистр 5 кода И, одновременно этим сигналом устанавливается в нулевое состояние регистр 4. Клапан 9 открывается,обеспечивая требуемую скорость понижения давления Р.При достижении через некоторое число циклов работы раненстна кодов Р и Р на входах компаратора 21,на его выходах формируются сигналы 0 "По сигналу 0, = 1 счетчик 34 ад" реса увеличивает свое состояние на5 14324единицу, иод Я на его выходах возрастает на единицу и по сигналу 0,формируемому элементом Зб задержкииз сигнала Б, на его входе обеспечивается считывание из блока 11 следую 5щих значений кодов Р и 0,Пусть РР. Отличие работы вычислительного блока 3 от предыдущегослучая заключается в том, что в ак, тивное состояние переводится сигналом; 0, = 1 регистр 16, на выходе вычита теля 22 выставлен код АРАМ = Рь - Рд 1,, на первом выходе управления формиру ется сигнал С." 1 и код И записы, вается в регистр 4, а регистр 5 обну,ляется. Открывается пропорциональнокоду И цифровой клапан 8 и давле, ,ние Р повышается со скоростью 7, к значению давления Р.20Блокировка работы регулятора может; быть осуществлена в любой момент времени подачей сигнала 0 = 1 с элемента 13 на вход запуска вычислитель, ного блока 3. При этом триггер 32 пе, налом Б, = 0 с его выхода вь 1 ходы пе репрограммируемого замыкающего устройства 32 отключаются от первых ин, Формационных выходов блока 3. Задним З 0Фронтом 0, сигнала Б,ь через элементы И-ИЛИ 28 и 29 обнуляются регистры4 и 5 (фиг. 1) и цифровые клапаны 8и 9 закрываются, Изменение давленияР прекращается.Если после блокировки работы регулятора необходимо продолжить егоработу с того адреса, на котором онбыл остановлен, то перед его запуском с помощью элемента 12 необходимо.разомкнуть с помощью элемента 33цепь подачи сигнала на вход установки в нулевое состояние счетчика 34адреса. 45Формула изобретения 2, Регулятор по и. 1, о т - л и ч а ю щ и й с я тем, что вычислительный блок содержит три реги 1 Цифровой регулятор давления, содержащий датчик , давления, пневмовход которого является входом регулятора, а первый и второй информационные выходы подключены к соответствующим информационным входам частотно- цифрового преобразователя, соединенного выходом готовности и информационными выходами соответственно с первым входом разрешения записи и первой группой информационных входов вычис" лительного блока, вторая группа ин 54 бформационных входов которого подключена к первой группе информационныхвыходов блока задания кодов уставок,а первая группа информационных выходов - к информационным входам первого и второго регистров кода управления, соединенных информационнымивыходами соответственно через первуюи вторую группы усилителей мощностис информационными входами соответственно первого и второго цифровыхклапанов, пневмовходы которых подключены к магистралям соответственновысокого и низкого давлений, а пневмовыходы соединены с пневмоколлектором, являющимся выходом регулятора,первый и второй выходы управления вычислительного блока подключены соответственно к входу установки в нулевое состояние и входу разрешения записи второго регистра кода управления, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью повышения точности регу"лирования, введены элемент управления запуском и элементы управлениязаписью кодов высокого и низкого .давлений, вторая группа информационныхвыходов блока задания кодов уставокподключена к третьей группе информационных входов вычислительного блока, соединенного второй группой информационных выходов и третьим выходом управления соответственно синформационными входами и входом разрешения считывания блока задания кодов уставок, вход разрешения записии вход установки в нулевое состояниепервого регистра кода управления подключены соответственно к первому ивторому выходам управления вычислительного блока, соединенного вторымвходом разрешения записи с входоминверсии первого регистра кода управления и выходом элемента управлениязаписью кода высокого давления, третьим входом разрешения записи с входом инверсии второго регистра кодауправления и выходом элемента управления записью кода низкого давления,а входом запуска - с выходом элемен"та управления запуском, подключенньявходом к входам элементов управлениязаписью кодов высокого и низкого давлений.25 45 50 стра, четыре элемента И, два элемента И-ИЛИ, два вычитателя кодов, цифровой компаратор, цифровой умножитель цифровой делитель, перепрограммирующее запоминающее устройство, КБ-триггер, счетный триггер, элемент вьщеления переднего фронта, элемент выделения заднего фронта, элемент блокировки сброса счетчика адреса, счетчик адреса и элемент задержки, первый вход разрешения записи вычислительного блока подключен к первым,входам первого, второго и третьегоэлементов И, соединенных выходами свходами разрешения записи соответственно первого, второго и третьего регистров, информационные входы которых подключены к первой группе информационных входов вычислительногоблока, соединенного второй группой информационных входов с первыми группами информационных входов цифровогокомпаратора и второго вычитателя кодов, вторые группы информационных входов которых и первая группа информационных входов первого вычитателякодов подключены к информационнымвходам первого регистра, соединенно"го выходом готовности с входами разрешения работы цифрового компаратора, первого и второго вычитателей кодов и входом установки в единичное состояние В.Б-триггера, инверсный выход которого подключен к второмувходу первого элемента И, информационные выходы второго и третьего регистров соединены с второй группойинформационных входов первого вычитателя кодов, подключенного выходомготовности к первому входу четвертого элемента И, второй вход которогосоединен с выходом готовности второго вычитателя кодов, подключенногоинформационными выходами к первой группе информационных входов цифрового делителя, вторая группа информационных входов, вход разрешения работы, информационные выходы и выход готовности которого соединены соответственно с информационными выходами первого вычитателя кодов, выходомчетвертого элемента И, первой группой 10 15 20 30 35 40 информационных входов и входом разрешения работы цифрового умножителя,подключенного второй группой информационных входов, информационными выходами и выходом готовности соответственно к третьей группе информационныхвходов вычислительного блока, адресным входам, к входу разрешения считывания перепрограммируемого запоминающего устройства, информационные выходы которого являются первыми информационными выходами вычислительногоблока, а вход выбора устройства соединен с прямым выходом счетного триггера, входом элемента вьщеления переднего фронта, входом элемента выделения заднего фронта и входом разрешения работы счетчика адреса, информационные выходы которого являются второй группой информационных выходов вычислительного блока, счетныйвход счетчика адреса соединен с выходом равенства цифрового компаратора и через элемент задержки с третьим выходом управления вычислительногоблока, а к входу сброса счетчика адреса через элемент блокировки сброса счетчика адреса подключен выход элемента вьщеления переднего фронта,вход выбора устройства второго регистра соединен с выходом "Больше"цифрового компаратора, подключенноговыходом "Меньше" к входу выбора уст"ройства третьего регистра и к первымвходам первого и второго элементовИ-ИЛИ, выходы которых являются соот"ветственно вторым и первым выходамиуправления вычислительного блока,вторые входы первого и второго элемен"тов И-ИЛИ соединены с выходом готовности перепрограммируемого запоминающего устройства и с входом установки в нулевое состояние КБ-триггера,а третьи входы первого и второго элементов И-ИЛИ подключены к выходу элемента вьщеления заднего фронта, втб"рые входы второго и третьего элементов И и счетный вход счетного триггера соединены соответственно с тре"тьим входом разрешения записи, вторым входом разрешения записи и входомзапуска вычислительного блока.1432454 Составитель В.БашкировТехред Л.Олийнык аксимишинец о ек аказ 5436/3 Тираж 8 бб ВНИИПИ Государственного ко по делам изобретений и 13035, Москва, Ж, РаушскаПодписное ета С ткрытии нао., д, 4/5 оизводственно-полиграфическое пре тная едактор А,Козориз ие, г. Ужгород, ул.