Многоканальный широтно-импульсный регулятор температуры (его варианты)

и 962883 ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскикСоциалистичесиыкРеспублик(51) М. Кл. 6 05 О 23/19 3 ЬоуаарстекииыИ комитет СССР в делом иэабрвтеиий и открытий,6(088.8) Дата опубликования описания 30.09,82 Г. А. Губайдуллин, Г, Д. Алферов и М. Л, Юдкевич(72) Авторы изобретения Государственный проектный и научно-исследовательский институт "Челябинский ПромстройНИИпроект" "(54) МНОГОКАНАЛЬНЫЙ ШИРОТНО-ИМПУЛЬСНЫЙ РЕГУЛЯТОР ТЕМПЕРАТУРЫ (ЕГО ВАРИАНТЫ)Изобретение относится к устройствам автоматического регулирования различных физических параметров и может быть использовано для регулирования тепловых процессов.Известен многоканальный широтно импульсный регулятор температуры, содержащий в каждом канале датчик и задатчик, связанные с ключем, по два элемента "совпадение" и "сборка" элемент "запрет" счетчик, триггер и исполнительный элемент, а также коммутатор, усилитель, пороговый. элемент, генератор импульсов и генератор пилообразного напряжения 1 .Недостатком данного регулятора яв 11 ляется сложность и низкая надежность.Более надежным и простым является многоканальный широтно-импульнсый регулятор температуры, содержащий в каждом канале датчик и задатчик, ключ, элемент "совпадение", счетчик, триггер, соединенный с исполнительным элементом, а также общие на все ка 2налы генератор, соединенный со счетчиком, импульсный элемент, усили- . тель, цифро-аналоговый преобразователь и коммутатор-демультиплексер 2 1.Недостатком известного устройства является необходимость применения большого числа канальных элементов, таких как счетчик, ключ, элемент "совпадение" и триггер, что усложняет его реализацию и снижает надежность,Цель изобретения - упрощение, повышение надежности регулятора и расширение области его применения,Поставленная цель по первому варианту достигается тем, что в многоканальный широтно-импульсный регулятор температуры, содержащий соединенные последовательно генератор импульсов и первый счетчик импульсов, а также усилитель, коммутатор-демультиплексер и по числу каналов датчики и задатчики температуры и соединенные последовательно и подключенные к соответствующим входам коммутатора-де 962883мультиплексера триггеры и исполнительные элементы введены соединенные последовательно аналого-цифровой преобразователь, вычитатель и компаратор, а также второй счетчик импульсов и коммутатор-мультиплексер, информационные входы которого связаныс датчиками и задатчиками температуры соответствующих каналов, вход синхронизации - с входом синхронизации .10коммутатора-демультиплексера и вторым выходом первого счетчика, первыйвыход - через усилитель - с входоманалого-цифрового преобразователя,а второй выход - с вторым входом вычитателя, второй вход компаратораподключен через второй счетчик импульсов к выходу первого счетчика импульсов, третий вход компаратора подключен к выходу генератора импульсов, ура выходы компаратора связаны с информационными входами коммутатора-демультиплексера,По второму варианту поставленнаяцель достигается тем, что в многока- днальный широтно-импульсный регулятортемпературы, содержащий соединенныепоследовательно генератор импульсови первый счетчик импульсов, а такжеусилитель, коммутатор-демультиплексер, по числу каналов датчики и задатчики температуры и соединенныепоследовательно и подключенные к соответствующим выходам коммутатора-демультиплексера триггеры и исполни 35тельные элементы введены соединенныепоследовательно второй, третий и четвертый счетчики импульсов, а такжедешифратор, буферный элемент, сумматор, одновибратор, элемент И, элемент фиксации обнуления, запоминающий элемент и соединенные последовательно и подключенные через усилитель к одному из выходов коммутаторамультиплексера аналого-цифровой пре 45образователь, вычитатель и компаратор, к второму входу которого подключен выход четвертого счетчика импульсов и счетный вход коммутатора-мультиплексера, информационными входамисвязанного с датчиками и задатчикамитемпературы соответствующих каналов,а вторым выходом подключенного к второму входу вычитателя, третий входкомпаратора связан с вторым выходомтретьего счетчика импульсов, первыйвыход которого через одновибратор соединен с вторыми входами триггеров,четвертый вход компаратора подключен к выходу второго счетчика импульсов,первому входу коммутатора-демультиплексера, первому входу запоминающего элемента, вторым входом связанного с первым выходом дешифратора, третьим входом - с выходом сумматора, авыходом через соединенные последовательно элемент фиксации обнуления иэлемент И - с вторым входом коммутатора-демультиплексера и через буферный элемент с одним из входов сумматора, выход компаратора подключен квторому входу буферного элемента,третий вход которого соединен с вторым выходом дешифратора, причем выходгенератора импульсов связан с входомвторого счетчика импульсов черезпервый счетчик импульсов второй выход которого через дешифратор подключен к второму входу элемента И.Сущность первого варианта изобретения поясняется структурной схемой(фиг, 1), где генератор 1 импульсов,первый счетчик 2 импульсов, второйсчетчик 3 импульсов, компараторвычитатель 5, аналого-цифровой преобразователь 6, усилитель 7, коммутатордемультиплексер 8, коммутатор-мультиплексер 9, триггеры 10, исполнительные элементы 11, датчики 12 и задатчики 13 температуры, многоразрядные выходы и входы, изображены двойными линиями.Генератор 1 соединен с первымсчетчиком 2 и со стробирующим входомкомпаратора 4, к входам которого подключены выходы второго счетчика 3 ивычитателя 5. Выходы компаратора 4 чечерез коммутатор-демультиплексер 8подключены к входам триггеров 10,выходы которых соединены с исполнительными элементами 11. Второй выходпервого счетчика 2 связан с входомвторого счетчика 3, а первый выходсоединен с адресными входамикоммутаторов 8 и 9, Датчики 12 и задатчики 13 через коммутатор-мультиплексер9 подключены соответственно к входамусилителя 7 и вычитателя 5, которыйсвязан через аналого-цифровой преобразователь 6 с выходом усилителя 7Регулятор работает (первый вариант) следующим образом,Генератор 1 формирует базовый сигнал Г, поступающий на счетчик 2,объем памяти которого равен числуканалов, его первый выход выдает периодически изменяющийся код адресного сигнала на коммутаторы 8 и 9, Вто5 9628 рой выход счетчика 2 выдает сигнал с частотой Г =/Н , поступающий на счетчик 3 с объемом памяти И, формирующий на своем выходе двоичный код сигнала И, который условно изображен ступенчатопилообразным (фиг, 2) с периодом Т. Коммутаторы 8 и 9 периодически последовательно с частотой и периодом Т 2 подключают канальные триггеры 10, датчики 12 и задатчики 1 О 13 к управляющей части регулятора. При этом в момент коммутации канала по адресному сигналу счетчика 2 вычитатель 5 определяет разност.ь сигнала цифрового задатчика 13 и преоб разованного аналогового сигнала датчика 12, Коммутатор 9 коммутирует аналоговые (от датчиков) и цифровые (от задатчиков) сигналы, Компаратор 4 сравнивает разностный сигнал сю сигналом И, и, если их коды совпадают, то на втором выходе формирует сигнал сброса триггера 10, а сигнал установки триггера 1 О в "1" поступает с первого выхода в момент обнуле ния счетчика 3,С целью устранения влияния переходных процессов при коммутации каналов выходы компаратора 4 стробируются сигналом Г по "0" импульсной по- з 0 следовательности (а переключение с канала на канал осуществляется по нн) Таким образом, осуществляется фор 35 мирование в каждом канале широтно- импульсного сигнала, фиксируемого триггером 1 О до момента обнуления сигнала И до момента равенства его мгновенного значения разностному сигналу задания и обратной связи, При этом период опроса каналов равен Т,Особенность указанного регулятора заключается в одинаково высокой скорости коммутации как измерительных,45 так и управляющих цепей, поэтому его применение целесообразно при регулировании процессов с большой тепловой инерцией (что позволяет резко снизить скорость коммутации без уменьшения точности регулятора), а также50 при использовании бесконтактной коммутации аналоговых сигналов. Однако не всегда удается снизить скорость коммутации аналоговых сигналов до требуемого уровня, обеспечивающего необходимое время цикла работы аналого-цифрового преобразователя и помехоустойчивость регулятора. В этом 83 6случае необходимо применение пониженной скорости коммутации датчиков. Это реализовано во втором варианте регулятора (фиг, 3), где генератор 1 импульсов первый, второй, третий и четвертый, счетчики 2, 3, 4, 5 импульсов соответственно дешифратор 6запоминающий элемент 7, 8, буферный9 элемент, элемент фиксации обнуления 10, элемент И 11, коммутатор-демультиплексер 12, триггеры 13, исполнительные элементы 14, одновибратор 15, компаратор 16, вычитатель 17,аналого-цифровой преобразователь 18,усилитель 19, коммутатор-мультиплексер 20 датчики 21 и задатчики 22 температуры,Генератор 1 и счетчики 2-5 соединены последовательно. Второй выходсчетчика 2 связан с входом дешифратора 6, подключенного к второму входу элемента И 11, запоминающего элемента 7 и буферу 9. Второй выход счетчика 3 подключен к первому входу запоминающего элемента 7, счетному входу коммутатора-демультиплексера 12 ичетвертому входу компаратора 16, Первый выход счетчика 4 соединен с входом одновибратора 15, а второй выходтретьим входом компаратора 16. Первыйвыход счетчика 5 также связан с вторым входом компаратора 16 и счетнымвходом коммутатора 20. Выход запоминающего элемента 7 соединен с входомэлемента фиксации обнуления 1 О и первым входом буферного элемента 9, который через сумматор 8 связан с третьим входом элемента 7. На свободныйвход сумматора 8 постоянно подан код"1" (в младший разряд), Элемент И 11через коммутатор 12 связан с первымивходами триггеров 13, вторые входыкоторых подключены к выходу одновибратора 15, а выходы - к исполнительным элементам 14, Коммутатор 20 подключает датчики 21 к усилителю 19, азадатчики 22 - вычитателю 17. Усилитель 19, аналого-цифровой преобразователь 18, вычитатель 17 и компаратор 16 соединены последовательно,Счетчики 2-5 имеют емкости памяти соответственно К, М, М, й, где М - число каналов, М - объем памяти (дискретности) развертывающего сигнала И.Второй вариант устройства работает следующим образом.Генератор 1 формирует базовый сигнал Гг, преобразующийся в дальнейшем счетчиками 2-5. Сигнал с разрядныхвыходов счетчика 2 преобразуется дешифратором 6 в последовательность импульсов (фиг. 4), служащих для стробирования блокоз регулятора. Счетчик 3 Формирует адресный сигнал для элемен-та 7 и коммутатора 12. Счетчик 4 вы- рабатывает развертывающий сигнал И, с которым сравнивается в коммутаторе 16 разностный сигнал (задания и обратной связи), определяемый вычита О телем 17, Счетчик 5 вырабатывает адресный сигнал для коммутатора 20, т, е. частота адресации последнего в М Й раз меньше частоты адресации коммутатора 12. Коммутатор 20 служит 1 для коммутации аналоговых и цифровых сигналов, поступающих от датчиков 21 и задатчиков 22.С приходом очередного адресного сигнала на вход элемента 7, на его выход подключается код слова, соответствующего данному адресу ( каналу ) Этот код по стробирующему импульсу на втором выходе дешифратора 6 записывается в память буфера 9 и ав ь томатически суммируется с "1" сумматором 8, По сигналу на первом выходе дешифратора 6 суммарный сигнал записывается в память запоминающего элемента 7 вместо прежнего значения данного слова. При циклической адресации запоминающего элемента 7 по каждому адресу формируется индивидуальное развертывающее напряжение, т,е, реализуется многоканальный широт 35 но-импульсный многоустойчивый элемент счетчик), При этом разрядность слова обеспечивает объем памяти, соответствующий объему памяти М счетчика 4 с целью выполнения условия их автоматической синхронизации.При коммутации 1-го датчика 21 и задатцика 22 (адрес Я) к регулятору разностный сигнал с вычитателя 17 подается на компаратор 16, где сравни 45, вается с кодом счетчика 4 (развертывающим напряжением И). Моменты совпадения кодов этих сигналов фиксируются компаратором 16, однако импульс на элемент 9 выдается только при совпа 50 дении адресов А; (разрядных кодов счетчика 3 и счетчика 5), поскольку скорости адресации элемента 7 и коммутатора 20 различаются в М й раз,появлением импульса на третьем входе элемент 9 блокируется, при этом55 на его разрядных выходах устанавливается код нулевого сигнала и 1-е слово запоминающего элемента 7 обнуля 1 -ся. При коммутации датчиков 21 и задатчиков 22 других каналов код 1-гослова запоминающего элемента,7 в момент его обнуления периодически сперИодом Т повторяет фазу управляющего сигнала в данном канале,В момент обнуления счетчика 4 всетриггеры 13 по второму входу устанавливаются в "1", включая исполнительные элементы 14 (например, тиристорные контакторы). В момент обнуления1-слова запоминающего элемента 7, который фиксируется элементом 10, черезэлемент И 11 и коммутатор 12 -й триггер 13 стробирующим импульсом дешифратора 6 устанавливается в 0, отключая 1-й исполнительный элемент 14,Аналогично работают все остальные каналы, обеспечивая непрерывное широтно-импульсное управление каналами спериодической коррекцией фазы управляющего сигнала,Таким образом, предлагаемые варианты построения регулятора обеспечивают управляющие функции для многихобъектов при значительно меньшем количестве канальных элементов за счетсовершенствования общей части регулятора, что позволяет снизить затраты на его реализацию и упростить монтаж, При реализации такого регулятораиспользованы микросхемы повышеннойстепени интеграции - оперативные ЗУ.формула изобретения1, Многоканальный широтно-импульсный регулятор температуры, содержащий соединенные последовательно генератор импульсов и первый счетчик импульсов, а также усилитель, коммутатор-демультиплексер, по числу каналов датчик и задатчик температуры и соединенные последовательно и подключенные к соответствующим выходам коммутатора-демультиплексера триггер и исполнительный элемент, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения надежности и упрощения регулятора, он содержит соединенные последовательно аналого-цифровой преобразователь, выцитатель и компаратор, а также в 1 орой счетчик импульсов и коммутатормультиплексер, информационные входы которого связаны с датчиками и задат-. чиками температуры соответствующих каналов, вход синхронизации - с входом синхронизации коммутатора-лемуль9 9628типлексера и с вторым выходом первого счетчика, первый выход через усилитель - с входом аналого-цифровогопреобразователя, а второй выход - свторым входом вычитателя, второй вход 5компаратора подключен через второйсчетчик импульсов к выходу первогосчетчика импульсов, третий вход компаратора подключен к выходу генератора импульсов, а выходы компаратора 10связаны с информационными входами коммутатора-демультиплексера,2. Регулятор, содержащий соединенные последовательно генератор импульсов и первый счетчик импульсов, а также усилитель, коммутатор демультиплексер, по числу каналов - датчик и задатчик температуры и соединенные последовательно и подключенные к соответствующим выходам коммутатора-де - 20мультиплексера триггер и исполнительный элемент, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повышения надежности и упрощения регулятора, он содержит соединенные последовательно второй, третий и четвертый счетчиКи импульсов, а также дешифратор, буферный элемент, сумматор, одновибраторэлемент И,элемент фиксации обнуления,запоминающий элемент и соединенные З 0последовательно и подключенные черезусилитель к одному из выходов коммутатора-мультиплексера аналого-цифро-вой преобразователь, вычитатель икомпдратор 1 к Второму входу которого З 5подключен выход четвертого счетчикаимпульсов и счетный вход коммутатора-мультиплексера, информационными 1 Овходами связанного с датчиками и задатчиками температуры соответствующих каналов, а вторым выходом подключенного к второму входу вычитателя, третий вход компаратора связан с вторым выходом третьего счетчика импульсов, первый выход которого через одновибратор соединен с вторыми входами триггеров, четвертый вход компаратора подключен к выходу второго счетчика импульсов, к первому входу коммутатора демультиплексера и к первому вхо. ду запоминающего элемента, вторым входом связанного с первым выходом дешифратора, третьим входом - с выходом сумматора, а выходом через соединенные последовательно элемент фиксации обнуления и элемент И - с вторым входом коммутатора-демультиплексера, и через буферный элемент с одним из входов сумматора, выход компаратора подключен к второму входу буфферного элемента, третий вход которого соединен с вторым выходом дешифратора, причем выход генератора импульсов связан с входом второго счетчика импульсов через первый счетчик импульсов, второй выход которого через дешифратор подключен к второму входу элемента И. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Авторское свидетельство СССРй 614429, кл. О 05 О 23/19, 1978.2. Авторское свидетельство СССРУ 847268, кл. 6 05 О 23/19, 1979внии 962883 Заказ 7510/66 Тираж 914 Подписно лиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4