Регулятор

(51)5 С 05 В 11/2 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН Бюл. В 46ий институтд М.К.Янгелясоюзный инст оэлектосут по научно-исс(57) Изобретен ронным техниче тизации технол может быть исп отраслях промь аналогового ре Цель,изобретен ти регулирова шим транспоргн ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТ(71) Харьковскроники им. акадарственный всепроектированиютельским работа(56) АвторскоеУ 1269094, кп,ие относится к эектским средствам автомаогических процессов и ольэовано в различных шпенности в качестве гулируюцего блока.ия - повышение точносния в системах с больым запаздыванием путемформирования чередующихся интерваловрегулирования, пропорциональных рассогласованию, и пауз, пропорциональных транспортному запаздыванию. В регулятор входят предварительный усилитель 1, цепь 2 корректировки транспортного запаздывания, элемент 3 кор"ректировки сигнала уставки "Норма",элемент 4 формирования режима "Верхний предеп нормы" элемент 5 формирования режима "Нижний предел нормы",первая б, вторая 7, третья 8 и четвертая 9 цепи развязки,блок 10 цепей исполнительных механизмов с первым 11и вторым 12 реле, дополнительныйблок 13 цепей исполнительньг; механизмов с первым 14 и вторым 15 реле,первый 16 и второйреэистивныеделитеш напряжения, первый 8 и второй 19 блоки формирования режима "Ре"гулирование-пауза", сдвоенный выключатель 20, первый 21 и второй 22 замыкающие контакты первого и второгореле блока цепей исполнительных меха"ниэмов. 1 э,п. ф-лы. 1 ил, 1440203Пзобретецие относится к электронным техническим средствам автоматиэащщ технологических процессов и может быть использована в различныхотраслях прамьпвленности в качествеаналогового регулирующега блока.Цель изобретения - повышение точности регулирования в системах сбольимм транспортным эапаэдывачиемпутем формирования чередующихся интерналов регулирования, пролорциоцальньв; рассагласованшо, и паузпропорциональных транспортному запаздываиию. 15Иа чертеже представлена Функциональная схема регулятора.Регулятор содержит предварительный усилитель 1, цепь 2 корректировки грацслортнога запаздывания, элемент 3 корректировки сигнала уставки"Норма", элемент 4 формирования режима "Верхний предел нормы", элемент5 формирования режима "Нижний пределнормы, первую 6, вторую 7, третью 8 25и четвертую 9 цепи развязки блок10 цепей исполнительных механизмовс первым 11 и вторым 12 реле дополнительный блок 13 цепей исполнительньос механизмов с первым 14 и вторым 3015 реле, первый 16 и второй 17 реэистивные делители напряжения, первый18 и второй 19 блоки формированиярежима "Регулирование-пауза", сдвогццый выкьцочатель 20, первый 21 ивторой 22 эамьосающие контакты перво 35второго рсле блка цепей испол"нительных механизмов.В первую и втору.о цепи развязкидополнительного блока исполнительныхмеханизмов входят развязывающие резисторы 23 24, диоды 25, 26, опера.Иконные усилители 27, 28, резисторы29, 30, оптроны 3 1, 32.В резистивные делители напряжениявходят резисторы ЗЗ, 34 и регулируемые резисторы 35, 36,Первый и второй блоки формирования режимов "Регулирование-пауза"содержат первые регулируемые резисторы 37, 38, первые гоуллы 39, 40 за Омыкающих и раэмьпсающих контактов,соответственно первого и второго реле дополнительного блока цепей исполцительцых механизмов, первые резисторы 41, 42, первые конденсаторы 43,вторы регулируемые резисторы 45,46 развлзынающие резисторы 47, 48,.зторые группы 49, 50 замыка 1 ощих и размыкаюпсих контактов соответственно первого и второго реле дополнительного блока цепей исполнительных механизмов, вторые резисторы 51, 52, вторые конденсаторы 53, 54.Регулятор работает следующим образом,При отжатой кнопке выкгночателя 20силовые цепи исполнительных механизмов подключены к первому 11 и второму 12 реле блока 10 исполнительныхмеханизмов. В этом случае ре 1 уляторосуществляет эффективное регулирование в системах, где величина транспортного запаздывания невелика (например, необходимо только учестьинерционность исполнительных механизмов).В этом режиме до тех пор, покавходной сигнал, приведенный к первым входам первой 6 нли второй 7 цепи развяэси, не станет больше по абсолютной величине разноимениога сним напряжения, сформированного элетентом 4 формирования режима "Верхний предел нормы" или элементом 5формирования режима "Нижний пределнормы", первое 11 и второе 12 релеобесточены, и силовые цепи исполнительных механизмов отключены.В момент, когда входной сигналрегулятора, приведенный, например,к первому входу первой 6 цепи развязки, превысит по абсолютной величине разноименный с цим сигнал, соответству 1 оц,.й уровню "Верхний пределнормы", резко возрастет коэффициентусиления усилителя этой цепи развязки, что приведет к отпиранию операционного усилителя этой цени развязки, и выходной так упомянутого усилителя обеспечит срабатывание олтро"на и включение первого 11 реле, соответствующие контакты которого отключены от второго входа прой 6цели развязки элемент 4 формированиярежима "Верхний предел нормы", увеличивают казффициент передачи цепи 2корректировки транспортного запаздывания, включают силовые цели блока10 ислалнительиик механизмов. Причемисполнительные механизмы так воздействуют на параметры контролируемогопроцесса, чтобы добиться вновь залирания усилителя, Это произойдет втот момен времени, когда сигнал цавыходе цеди 2 корректировки транспортного запаздывания сравцяется с1440203 зсигналом уставки "Норма" на выходе элемента 3 элемент 4 формирования режима "Верхний предел нормы" приэтом еще отключен), При запирании усилителя оптро,. размыкаясь, обес 5 точивает первое реле 11 и отключает силовые цепи блока 10 исполнительных механизмов. Все контакты этого репе переходят в нормальное состояние, подключая к второму входу цепи 6 элемент 4 и переводя коэффициент передачи цепи 2 корректировки транспортного запаздывания в исходное со. стояние.15Аналогично регулятор работает и в случае выхода контролируемого па- раметра за границу "Нижнего предела нормы", Однако в этом случае отопрется операционный усилитель второй цепи 7 развязки, вклочится второе реле 12, соответствующие контакты которого отключают от второго входавторой цепи 7 развязки элемента 5 формирования режима "Нижний предел нормы", уменьшают коэффициент передачи цепи 2 корректировки транспортного запаздывания, включают силовые цепи блока 10 исполнительных механиз-, мов, Процесс регулирования будет происходить до тех пор, пока не запрется усилитель второй цепи 7 развязки,При использовании регулятора в качестве регулирующего элемента в системах с большим транспортным запаздь 1- 35 ванием нажатием кнопки вьпслючателяФ20 отключаются силовые цепи исполнительных механизмов от первого 11 и второго 12 реле блока 10 исполнительных механизмов и подключаются саот ветственно- к первому 14 и второму 15 реле дополнительного блока 13 цепей исполнительных механизмов,В этом случае регулятор работает следующим образом. 45Если входной сигнал регулятора препревысил по уровню "Верхний пределнормы", заданный элементом 4, откроется усилитель первой, цепи 6 развяз" ки и сработает первое реле 11 блбка10 исполнительных механизмов, Однако регулирование еще не начнется, так как силовые цепи исполнительных меха" низмов в этом режиме отключены от первого 11 и второго 12 реле и под ключены соответственно к первому 14 и второму 15 реле дополнительногоблока 13При срабатывании первого 11 реле,его соответствующие контакты отключают от второго входа первой цепи 6развязки элемент 4 формирования режима "Верхний предел нормы", увеличивают коэффициент передачи цепи 2 корректировки транспортного запаздывания, а группа контактов 21 отключает первый вход третьей цепи 8 развязки от общей шины и подключаетэтот вход к выходу первого реэистивного делителя 16. При этом на инвертирующий вход усилителя 27 цепи 8развязки поступает отрицательное ,входное напряжение (при прохождениивходного сигнала через предварительный усилитель 1 знак этого сигналаизменяется). Неинвертирующий входусилителя 27 через регулируемый резистор 45 регулировки длительностипаузы, размыкающий контакт группы39 первого реле 14 дополнительногоблока 13 и резистор 41 цепи разрядапервого конденсатора 43 подключен к;общей шине. Отрицательный сигнал наинвертирующем входе усилителя 27 вызовет запирание диода 25, резкоеувеличение коэффициента усиления уси" лителя 27, выходной ток которого вы"зовет срабать 1 вание оптрона 31 и первого реле 14 дополнительного блока 13. Контакты этого реле включают силовые цепи исполнительных механизмов - начинается процесс регулирования. Размыкающий контакт группы 49 контактов первого реле 14 размьпается, а замьпсающий контакт этой группы замьиается, чем обеспечивается через разрядный резистор 51 перезарядка обкладок второго конденсатора 53 до потенциала отрицательного вывода Источника питания. Размыкающий контакт группы 39 контактов при размыкании отключает первый 43 конденсатор от разрядного резистора 41 и подключает этот конденсатор к регулируемому резистору 37 цели заряда первого конденсатора 43. Этот конденсатор начи, нает заряжаться приведенным отрицавтельным выходным сигналом цепи 2 корректировки транспортного запаздывания. Тем самым отрицательный потенциал на неинвертирующем входе операци" онного усилптеля / третьей цепи 8 развязки начинает расти по аосолютной величине. Причем скорость его нарастания определяется постоянной вре; мени заряда Рь 70 . Регулирование"544020будет продолжаться до тех пор, покалибо не отключится первое реле 11(контакт 2 1 этого реле обеспечит подключение первого входа третьей развя-зывающей цепи, 8 к .общей шине), либо5до тех пор, поМа уровень сигнала нанеинвертирующем входе усилителя 27не станет более отрицательным, чемуровень сигнала на инвертирующемвходе этого усилителя. Если в моментвремени Ь напряжение заряда на первом конденсаторе Спревысит поуровню сигнал на инвертирующем входеиусилителя 27 то откроется диод 25,операционный усилитель 27 запрется,оптрон 3 1 при размьпсании отключитпервое реле 14, н тем самым обесточит силовые цехйю исполнительных механизмов Заканчивается первый этап 20регулирования. Начинается пауза.В этом режиме размыкающий контактгруппы 49 подклочает заряженную доуровню потенциала отрицательного вывода источника питания обкладку второго конденсатора 53 через развязывающий резистор 47 к неинвертирующему входу усилителя 27, а размыкающийконтакт группы 39 подключает резис- .тор 4 1 цепи разряда первого конденса- зотора 43. Конденсатор 43 быстро разряжается через резистор 41, а второйконденсатор 53 начинает разряжатьсяпо це н Е й Б 41 со скоростьюопределяемой постоянной времени (Е+зь+ Й ,+ К , ) С, Усилитель 27 неоткроется до тех пор,пока уровеньсигнала па неинвертирующем входенапряжение на конденсаторе С)не станет более положительным, чем 40уровень сигнала на инвертирующем вхо"де усилителя 27,Когда в процессе разряда второго конденсатора С такой момент наступит (время с ), то запрется диод 25, откроется усилитель 27, сработаетоптрон 31, включается первое реле 14 и силовые цепи исполнительных механизмов, замыкающий контакт группы 49 первого реле 14 подключит второй конденсатор 53 к резистору 51, обеспечивая перезаряд обкладок конденсатора до уровняпотенциала отрицательного вывода источника питания, аБб замыкающий контакт группы 39 подключит первый конденсатор 43 к регулируемому резистору 37 цепи заряда пер" вого конденсатора 43. 6Этим заканчивается пауза, и начинается очередной этап - регулирование.Предыдущая пауза в регулировании по длительности должна учесть транспортное запаздывание в системе (инерционность технологических процессов) с тем, чтобы очередной этап регулирования начался с установившегося состояния контролируемого процесса (объекта).Б дальнейшем цикле "регулирование-пауза" будут продолжаться до тех пор, пока уровень сигнала на выходе цепи 2 корректировки транспортного запаздывания не сравняется по абсолютной величине с сигналом уставки "Норма" элемента 3 корректировки сигнала уставки "Норма", т.е. пока на первом входе первой цепи 6 нв окажется нулевой уровень сигнала, В этом случае запрется усилитель первой цепи 6 развязки., разомкнется с оптрон этой цепи и выключится первое реле 11,.Соответствующие контакты этого реле переведут цепь 2 корректировки транспортного запаздывания в исходное состояние, подключат к второму входу первой цепи 6 элемент 4 Формирования режима "Верхний предел нормы", а замыкающий контакт 21 первого реле 11 подключит первый вход третьей цепи 8 развязки и общей шине, чем обеспечивается отпира" ние диода 25 и запнрание усилителя 27. Разомкнутый оптрон 31 отключает первое реле 14 дополнительного блока 13 и обесточивает силовые цепи.исполнительных механизмов (прекратится регулирования), а замыкающий контакт группы 39 контактов первого реле 14 дополнительного блока 13 откпючит первый конденсатор 43 от регулируемо го резистора 37, а размыкающий контакт группы .49 контактов этого реле замкнет цепь разряда второго конденсатора.53.Регулятор приведен в исходное со- стояниеРассмотрим работу в случае, когда входной сигнал регулятора по уровню выйдет за "нижний предел нормы", за-, данный элементом 5. При этом откроется усилитель второй цепи 7 развязки и сработает второе реле 12 блока 10 исполнительных механизмов. Соответствуюйие контакты.этого реле отключают от второго взвода второй цепи 7.7 1440203 8 развязки элемент 5 Формирования режи" размыкаясь, отключит второе реле 15, ма "Нижний предел нормы", уменьшают и тем самым обесточит снловые цепи коэффициент передачи цепи 2 коррек- исполнительных механизмов. Заканчитировки транспортного запаздывания вается первый этап регулирования, НаФа контакт 22 отключает гервый вход чинается пауза. четвертой цепи 9 развязки от общей При отключении второго реле 15 шины и подключает этот вход к выходу дополнительного блока 13 размыкающий второго резистивного делителя 17 на- контакт 50 группы контактов этого пряжения. При этом на инвертирующий 10 реле подключает заряженную до уровня вход усилителя 28 поступает положи- потенциала положительного вывода истельное входное напряжение, вызываю- точника питания обкладку второго кОнщее запирание диода 26 и резкое уве- денсатора 54 через развязывающий реличение коэФфициента усиления усили- зистор 48 к неинвертирующему входутеля 28. Возросший выходной ток это- "1 Усилителя 28, а размыкающий контакт го усилителя вызывает срабатывание 40 группы контактов подключает резисоптрона 32 и второго 15 реле дополни- тор 42 цепи разряда первого конденсательного блока 13. Контакты этого ре- . тора 44. Конденсатор 44 быстро разряле включают силовые цепи исполнитель- жается через резистор 42, а второй ных механизмов - начинается процесс 2 конденсатор 54 начинает разряжаться регулирования. по цени В 48141 э 42 со скоростьюРазмыкающий контакт группы 50 кон- определяемой постоянной времени тактов второго реле 15 размыкается, (К+ К+ К, ) С. Усилитель 28 не а замыкающий контакт этой группы замы- откроется до тех пор, пока уровень кается, чем обеспечивается через раз в сигнала на неинвертирующем входе рядный резистор 52.перезарядка обкла- (напряжение на конденсаторе 54) не док второго конденсатора 54 до потен- станет меньше уровня сигнала на инциала положительной клеммы источника вертирующем входе усилителя 28, Когпитания, Размыкающий контакт группы. да в процессе разряда второго конден контактов, размыкаясь, отключает зо сатора 54 такой момент наступит (врепервый конденсатор 44 от резистора мя с ), запрется диод 26, откроется 42 иподключает этот конденсатор кусилйтель 28, сработает оптрон 32, регулируемому резистору 38 цепи за- включатся второе реле 15 и силовые ряда первого конденсатора 44. Этот цепи исполнительных механизмов, законденсатор начинает заряжаться при- мыкающий контакт группы 50 второго веденным положительным выходным сиг- реле 15 подключит второй конденсаторЗБналом, цепи 2 корректировкитранспорт к резистору 52, обеспечивая пере- ного запаздывания. Тем самым полоки- заряд обкладок конденсатора до уров- тельный потенциал на, неинвертирующем ня потенциала положительного вывода входе операционного усилителя 28 чет- источника питания, а замыкающий вертой цепи 9 развязки начинает рас- контакт группы 40 подключит первый ти, Причем скорость его нарастания конденсатор 44 к регулируемому реэисопределяется постоянной времени це- тору 38 цепи заряда первого конденпи заряда КСИ . Регулирование будет сатора 44.продолжаться до тех пор пока либоУ45Этим заканчивается пауза и начинане отключится второе реле 12 (кон- ется очередной этап регулирования.(такт 22 обеспечит подключение перво- В дальнейшем цикл регулированиего входа четвертой цепи 9 развязки " пауза будет продолжаться до тех пор, к общей шине), либо до тех пор, пока пока уровень сигнала на входе цепи уровень сигнала на неинвертирующем 2 корректировки транспортного запаздывходе усилителя 28 не превысит (ста- вания не сравняется по абсолютной ве,50нет более положительным) сигнала на личине с сигналом уставки "Норма" инвертирующем входе этого усилителя, . элемента 3 корректировки сигнала усЕсли в момент времени й, напряже- тавки "Зорма", т.е. пока на первом ние заряда на первом Сконденсато- входе второй цепи 7 развязки не поре превысит по уровню сигнал на Ин- .б 5 явится нулевой уровень сигнала. В вертирующем входе усилителя 28, то этом случае запрется усилитель втооткроется диод 26, операционный рой цепи 7 развязки, разомкнется оптусилитель 28 запрется, оптрон 32, рон этой цепи и выключнтся второе9 14402реле 12. Соответствующие контактыэтого реле переведут цепь 2 коррек"тировки транспортного запаздыванияв исходное состояние подключат кР5второму входу второй цепи 7 элемент5 формирования режима "Нижний пределнормы", а замыкающий контакт 22 второго, реле подключит первый вход четвертой цепи 9 развязки к общей шине,чем обеспечивается отпирание диода26 и эапирание усилителя 2 гг, Размыкаясь, оптрон 32,откагочает второереле 15 дополнительного блока 13,обесточивает силовые цепи исполнительных механизмов (прекратится регулирование), а замыкающий контактгруппы 40 контактов второго реле 15готклгочит первьпг конденсатор 44 от регулируемого резистора 38, а размыкающий контакт группы 50 контактоввторого реле 15 замкнет цепь разрядавторого конденсатора 54.- Регулятор приведен в исходное состояние 25Изменение длительности интерваловрегулирования может достигаться в регуляторе двояким образом: при фиксированных параметрах первого (второго)16 (1.7) резистивпого делителя - путем З 0изменения реэистивности регулируемогорезистора 37 (38), а при фпксированной величине резистивности регулируемого резистора 37 (38) - путем изменения коэффициента передачи резис"тивного делителя 16 (17) с помощьюЗБрулируемого резистора 35 (36),Изменение длительности интерваловпауз обеспечивается резистором 45(46) регулировки длительности паузы,Для уменьшения влияния первого 43(44) конденсатора на процесс разрядавторого 53 (54) конденсатора черезрезисторы й +, (3 гг) В и Ф ц ) В о(К,) цоминап резистора 4 1 (42) цепиразряда выбирается иэ условия: К( г г.)В 4 (К,г )Формул а,из обр е те ни я 1, Регулятор по авт.св, И 1269094, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности регулирования в системах с большим транспортным запаздыванием путем формирования чередующихся интервалов регулирования,55 пропорциональных рассогласованию, и цауз, пропорциональных транспортному эапаздываниго, в него введены дополни 0 310тельный блок цепей нсполнительньгх механизмов, третья и четвертая цепи развязки, первый и второй резистивные делители напряжения, первый и второй блоки формирования режимов "Регулирование-пауза" и сдвоенный выключатель оба входа которого со" единены с выходом цепи корректировки транспортного запаздывания, а первый. и второй выходы - с входами соответственно первого и второго блоков формирования режимов "Регулирование- пауза" и через первый и второй последовательно соединенные реэистивные делители напряжения и присоединенные к общей шине замыкающие контакты соответственно первого и второго реле блока цепей исполнительных механизмов - с информационными входами соответственно третьей и четвертой. це,пей развязки, управлягощие входы которых подключены к выходам соответственно первого и второго блоков формирования режимов "Регулировангге-пауза", а выход каждой из них " к соответствующему входу дополнительного блока цепей исполнительных механизмов.2. Регулятор по п.1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что каждый блок формирования режимов "Регулнрованиепауэа" содержит первьпг регулируемый резистор, ггервый вывод которого является входом блока, а второй его вывод через замыкающий контакт первой группы контактов соответствующего реле дополнительного блока цепей исполнительных механизмов соединен с первой обкладкой первого коггденсатора, вторая обкладка которого подсоединена к общей шине, связана через первый резистор с раэмьпсающим контактом той же группы контактов, переключающий контакт которой черезоследовательно соединенные второй егулнруемый резистор, второй вывод ;которого является выходом блока, и (раэвяэывающий резистор связан с размыкагощигг контактом второй группы контактов соответствующего реле дополнительного блока цепей исполнительных механизмов, подключенным к первой об-. кладке второго конденсатора, вторая обкладка которого, подсоединенная к соответствующему выводу источника питания, соединена через второй резистор с замыкаощнм контактом той же Группые4402 ОЗ оставитель М.икитина ехред М.Ходанич Корректор Г. Решетпик едектор Т,Ивано Тираж 441 ВИИПИ Государственнопо ледам изобпетеп 1 3035, 1 осква, Ж, Ра аказ 4 писное о комитета СССР Й и открытийушскав наб Произ ство нцо-полиграфипеское предпрцнтие, г. Ужгород, у:1. р октава,