Многоканальный широтно-импульсный регулятор температуры (его варианты)

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик и 978111(22) Заявлено 02. 06. 81 (21) 3290419/18-24 131 М. Кл. 05 О 23/19 с присоединением заявки Нов(23) Приоритет -Государственный коиитет СССР по делаи изобретений и открытий(088. 8) Дата опубликования описания 30,11,82(72) Авторы изобретения Р,Х.Гафиятуллин, Г.А.Губайдуллин и Г.Д Го дарств инстит ый(54) МНОГОКАНАЛЬНЫЙ ШИРОТНО-ИМПУЛЬСНЫЙ РЕГУЛЯТОР ТЕМПЕРАТУРЫ (ЕГО ВАРИАНТЫ) 2 анинуюо 2арасширение .о Цель изоласти приме етенияния. Изобретение относится к автоматическому регулированию температуры иможет быть использовано для поддержания температуры в нескольких объектах. 5Известно устройство для регулирования температуры, содержащее датчики и задатчики температуры, регулятори элементы управления в каждом канале 1 1.10ДаннОе устройство сложно в исполнении и имеет ограниченную областьприменения,Наиболее близким по техническойсущности к предлагаемому являетсямногоканальный широтно-импульсный регулятор температуры, который содержит датчики и задатчики температуры,задающий генератор, через счетчикимпульсов управляющий коммутатором,к которому по числу каналов подключены триггеры с выходами которых связаны исполнительные органы 2),Этот регулятор также имеет огрченную область применения, вызваннеобходимостью применения большог 5количества элементов в каждом канле Поставленная цель 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 задатчнки температуры и соединенные последовательно и подключенные к соответствующим выходам коммутатора-демультиплексера триггер и исполнительный элемент, введены коммутатор-мультиплексер, соединенные последовательно и подключенные к выходу первого счетчика импульсов второй и третий счетчики импульсов, первый компаратор, буферный элемент, сумматор и запоминающий элемент подключенные к первому выходу коммутатора-мультиплексера через усилитель и соединен-, ные последовательно, аналого-цифровой преобразователь, вычитатель и второй компаратор, а также включенные последовательно между первым входом коммутатора-демультиплексера и вторым выходом первого счетчика-дешифратора, элемент фиксации обнуления, вторым входом подключенный к второму входу второго компаратора, второму входуКроме того, 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 выходам коммутатора-демультиплексера триггеры и исполнительные элементы, введены коммутатор-мульт.плексер, соединенные последовательно и подключенные к первому выходу первого счетчика импульсов второй, третий и четвертый счетчики импульсов, второй компаратор, первый буферный элемент, первый сумматор, первый запоминающий элемент, первый элемент Фиксации обнуления и соединенные З 5 последовательно аналого-цифровой преобразователь и вычитатель; а также соединенные последовательно и подклю- ченные к второму выходу второго счетчика импульсов второй запоминающий 40 элемент, второй элемент фиксации обнуления, дешифратор, первый компара. тор и соединенные последовательно с ним второй буферный элемент и второй сумматор, выходом подключенный к 45 второму входу второго запоминающего элемента третьим входом связанного с вторым входом первого запоминающего элемента и с первым выходом дешифратора, второй выход которого подключен 50 к вторым .входампервого и второго буферных элементов, третий и четвертый выходы - к вторым входам первого и,второго элементов фиксации обнулен я соответственно, выходы которых с ответственно подключены к первому и второму входам коммутатора-демультиплексера, третий вход которого соединен с вторым выходом второго счетчика, с третьим входом первого запоминающего элемента, с вторым входом второго компаратора и с первым входом. первого компаратора, вторым входом подключенного к второму выходу третьего счетчика импульсов, третий вход . второгокомпаратора подключен к вы буферного элемента и выходу запоминающего элемента, вторым входом сое диненного с вторым выходом дешифратора, а третьим входом - с вторымвыходом второго счетчика импульсов,с вторым входомпервого компаратора 5и счетными входами коммутаторов мультиплексера и демультиплексера, ктретьему входу которого через второйкомпаратор подключен третий выход дешифратора, четвертый выход которого 10соединен с третьим входом буферного,элемента, причем датчики и задатчики,температуры через коммутатор-мультиплексер подключены к второму входувычитателя. 5 ходу второго запоминающего элемента,четвертый вход - с третьим входом второго буферного элемента и выходом второго запоминающего элемента, а выход - с вторым входом первого буферного элемента, третьим входом связанного с выходом первого запоминающего элемента, .входы коммутатора-демультиплексера соединены с соответствующими датчиками и задатчиками температуры, счетный вход - с выходом четвертого счетчика импульсов, а выходы: первый - через усилитель со входом аналого-цифрового преобразователя и второй - через вычитатель с третьим входом второго компаратора.На фиг .1 дана структурная схема регулятора, первый вариант; на фиг.2- то же, второй вариант.Устройство содержит генератор 1, счетчики 2-4 и первый 5 компаратор, дешифратор б, первый 7 запоминающий элемент, первый 8 сумматор, буферный элемент 9, первый элемент 10 фиксации обнуления, второй 11 компаратор, вычитатель 12, аналого-цифровой преобразователь 13, усилитель 14, коммутатор-демультиплексер 15, коммутатормультиплексер 16, триггеры 17, исполнительные элементы 18, датчики 19 и задатчики 20 температуры, счетчик 21, второй запоминающий элемент 22, второй сумматор 23, второй буферный элемент 24, второй элемент 25 фиксации обнуления.В первом варианте регулятора генератор 1, счетчики 2-4, соединены последовательно. Выходы счетчиков связаны: второй выход счетчика 2 с входом дешифратора б, у второго счетчика 3 второй выход - с счетными входами коммутаторов 15 и 16, третьим входом элемента 7 и вторым входом компаратора 5, первый вход которого связан с выходом третьего счетчика 4, выходы 1-4 дешифратора б подключены соответственйо к третьему входу элемента 9, второму входу элемента 7, первому входу элемента 10 и третьему входу компаратора 11. Выход запоминающего элемента 7 связан с вторыми входами элемента Фиксации обнуления 10, компаратора 11 и элемента 9, выход которого через сумматор 8 соединен с первым входом запоминающего элемента 7, а первый вход - с выходом компаратора 5. Датчики 19 и задатчики 20 через коммутатор 16 подключены соот.ветственно к усилителю 14 и вычитателю 12, вход которого соединен через аналого-цифровой преобразователь 13 с выходом усилителя 14, а выход - с первым входом компаратора 11. Триггеры 17 через коммутатор 15 подключены к выходам элемента 10 фиксации обнуления и компаратора 11.В отличие от первого варианта регулятора во втором варианте счетчик4 соединен с счетчиком 21, выход которого связан с счетным входом коммутатора 16 и первым входом компаратора11, второй вход последнего подключенк выходу счетчика 3. Четвертый выходдешифратора 6 связан с вторым входомэлемента.25 фиксации обнуления, ныходкоторого подключен к первому входукомпаратора 15Контур, образованныйзапоминающим элементом 22, сумматором23 и элементом 24 имеет те же связи, 10что и первый контур, состоящий из,блоков 7-9.Регулятор по первому варианту работает следующим образом,Сигнал генератора Г поступает на 15последовательно соединенные счетчики2-4, которые делят частоту Гг соответственно на 5, на й и на К=Ий,где й - число каналов, К - объемпамяти развертывающег сигнала О. Нафиг.З периодический код этого сигналаусловно изображен в виде линейного,пилообразного напряжения. Пусть период сигнала на выходе счетчика Ь равен Т 1, тогда Т 2=Т 1 фй, Т 3 =Т 2 .И,Т 4==Т 2 К. Разрядные выходы счетчика 3формируют адресныйсигнал (определяющий номер коммутируемого канала регулирования) для запоминающего элемента7, коммутаторов 15 и 16, Последниеразряды счетчика 4, соотнетствующие З 0объему й, и выходы счетчика 3 поступают на компаратор 5, который в мо,менты совпадения выходных кодовсчетчиков формируют сигналы на .блокировку элемента 9, обнуляю- Ззщие его выход, а, следовательно, ислово запоминающего элемента 7 поданному адресу. Период обнуления,составляющий ТЗ, делит период Т 4 развертывающего сигнала на число адресов й. Дешифратор 6 формирует периодические с периодом Т 1 импульсныепоследовательности (фиг.4), сдвигающие импульс от первого выхода к четвертому. Его выходные импульсы служат 45для стробирования, обеспечивающегоустойчийую работу регулятора в каждомэлементарном цикле Т 1. Контур, состоящий из запоминающего элемента 7,сумматора 8 и элемента 9, образуетмногоканальный счетчик с объемом памяти каждого канала, равным К, который н течение каждого периода Т 2 повсем адресам суммирует код 1 к прежнему значению информационных слов.При этом код выбранного слова заносится в элемент 9 (по импульсу 1 выхода дешифратора 6), суммируется скодом "1" в сумматоре 8 и суммарноезначение перезаписывается вместо прежнего кода этого слова (по сигналу дешифратора 6), Обнуление слов осуществляется блокировкой элемента Я потретьему входу выходным сигналом компаратора 5, формирующимся по всем адресам один раз в течение периода Т 4 И с сдвигом по Фазе относительно соседних адресов, равным ТЗ, причем кодыслов, выбранных адресов представляютсобой периодические ступенчато-пилообразные сигналы Ц, сдвинутые по фазена время ТЗ,Элемент 10 Фиксации обнуления вмомент обнуления слова Формирует импульс (стробированный сигналом дешифратора 6), устанавливающий через коммутатор 15 в "1" триггер 17 (соответствующий коммутируемому каналу), который включает исполнительный элемент18. Сигнал датчика 19 усиливаетсяусилителем 14 и преобразуются в коданалого-цифровым преобразователем 13.Ъычитателем 12 определяется разностьсигналов задания и обратной связи,которая сравнивается с развертывающймсигналом (соответствующим данному адресу) и в момент их совпадения формируется импульс на сброс памяти триггера 17 и отключение исполнительногоэлемента 18, подключенного канала регулирования. Этот импульс стробировансигналом 4 входа дешифратора 6.Цикл установки в "1" и сбросатриггеров 17 в "0" осуществляется периодически с периодом Т 4 по каждомуадресу (каналу), реализуя тем самымширотно-импульсное регулирование параметра по отклонению в многоканальной системе, с фазовыми сдвигами между управляющими импульсами соседнихканалов,равными ТЗ. Коммутация цепей управления, измерения и заданияосуществляется с одинаково высокойскоростью и синхронизирована общимадресным сигналом. Такой регуляторреализуется достаточно просто, однако требует использования бесконтактной коммутации аналоговых сигналовтермодатчиков и применим для упранлвния инерционными объектами с большими постоянными времени. Укаэанноепостроение регулятора обеспечиваетравномерную загрузку силовой сетиза счет введения принудительногосдвига по фазе широтно-импульсно модулиронанных сигналов управленияобъектами термообработки с электронагревательными исполнительными элементами 18. Во втором варианте регулятора (фиг.2) для уменьшения скорости опроса датчиков 19 в К й раз (по сравнению с первым нариантом) введен дополнительный контур, реализующий многоканальный широтно-импульсный много- устойчивый элемент, выполненный на счетчике 21, запоминающем элементе 22, сумматоре 23, элементе 24 и элементе фиксации обнуления 25. Работает этот контур аналогично контуру, состоящему из блоков 7-10 периодиче ки (с йериодом Т 4) воспроизводя на выходе запоминающего элемента 22ступенчато-пилообразные последовательности О, ардесные фазы которых в момент обнуления кодов слов, повторяют фазу момента совпадения развертывающего сигнала О (на выходе запоминающего устройства 7) с разностным сигналом вычитателя 12. Коммутатор 16 управляется адресным сигналом А 2 счетчика 21, имеющего объем памяти й. Компаратор 11 в момент совпадения кодов адресов А 1 ( управ ляющего коммутатором 15 и запоминающими элементами 7 и 22 ) и А 2, и при совпадении разностного сигнала с развертывающим ( О ) формирует по этому адресу импульс на блокировку 15 элемента 24, а, следовательно, и на обнуление выбранного слова запоминающего элемента 22, которое в период коммутации датчиков 19 других адресов, по моменту обнуления слова вос- щ 0 производит фазу момента отключения исполнительного элемента 18 до очередной коммутации датчика этого канала.При этом импульс от элемента 25 фиксации обнуления (стробированный сигналом 4 выхода дешифратора б) через коммутатор 15 осуществляет сброс памяти триггера 17 и отключение ис-.полнительного элемента 18. 30Таким образом, предлагаемый регулятор обеспечивает равномерную загрузку питающей. сети и сниженную на несколько порядков скорость коммутации датчиков, что позволяет повысить надежность и помехоустойчивость управления, применить регулятор для.более быстропротекающих процессов при небольших материальных затратах и высокой точности регулирования.40Формула изобретения1. Многоканальный широтно-импульсный РегулятоР темпеРатуРы, содержащий 45 соединенные последовательно генератор импульсов и первый счетчик импульсов, а также усилитель, коммутатордемультиплексер и по числу каналов - датчики и задатчики температуры и соединенные последовательно и подключенные к соответствующим выходам коммутаторадемультиплексера триггер и исполнительный элемент, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью расширениябласти применения регулятора, ондержит коммутатор-мультиплексер, соединенные последовательно и подключенные к выходу первого счетчика импульсов второй и третий счетчики импульсов, первый компаратор, буфер- ф ный элемент, сумматор и запоминающий элемент, подключенные к первому выходу коммутатора-мультиплексера через усилитель и соединенные последовательно аналого-цифровой преобразо ватель, вычитатель и второй комлар: - тор, а также включенные последовательно между первым входом коммутатора-демультиплексера и вторым выходом первого счетчика-дешифратора и элемент фиксации обнуления, вторым входом подключенный к второму входу второго компаратора, второму входу буферного элемента и выходу запоминающего элемента, вторым входом соединенного с вторым выходом дешифратора, а третьим входом - с вторым выходом второго счетчика импульсов, с вторым входом первого компаратора и со счетными входами коммутаторов мультиплексера и демультиплексера, к третьему входу которого через второй компаратор подключен третий выход дешифратора, четвертый выход которого соединен с третьим входом буферного элемента, причем датчики и задатчики температуры через коммутатор-мультиплексер подключены к второму входу вычитателя.2. 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 выходам коммутаторадемультиплексера триггеры и исполнительные элементы, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения области применения регулятора, он содержит коммутатор-мультиплексер, соединенные последовательно и подключенные к первому выходу первого счетчика импульсов второй, третий и четвертый счетчики импульсов, второй компаратор, первый буферный элемент, первый сумматор, первый запоминающий элемент, первый элемент фиксации обнуления и соединенные последовательно аналого-цифровой преобразователь и вычитатель, а также соединенные последовательно и подключенные к второму выходу второго счетчика импульсов второй запоминающий элемент, второй элемент фиксации обнуления, дешифратор, первый компаратор и соединенные последовательно с ним второй буферный элемент и второй сумматор, выходом подключенный к второму входу второго запоминающего элемента, третьим входом связанного с вторым входом первого запоминающего элемента и с первым выходом дешифратора, второй выход которого подключен к вторым входам первого и второго буферных элементов, третий и четвертый выходы - к вторым входам первого и второго элементов фиксации обнуления соответственно, выходы которых соответ ственно подключены к первому и второму входам коммутатора"демультиплексера, третий вход которого соединенс вторым выходом второго счетчика,с третьим входом первого запоминающего элемента, с вторым входом второго компаратора и с первым входом первого компаратора, вторым входом подключенного к второму выходу третьегосчетчика импульсов, третий вход второго компаратора подключен к выходувторого запоминающего элемента, четвертый вход - с третьим входом второго буферного элемента и выходомвторого запоминающего элемента, а выход - с вторым входом первого буферного элемента, третьим входом связанного с выходом"первого запоминающего элемента, входы коммутатора-демультиплексера соединены с соответствующими датчиками и задатчикамитемпературы, счетный вход - с выходом четвертого счетчика импульсов, авыходы: первый через усилитель - свходом аналого-цифрового преобразователя, второй через вычитатель - стретьим входом Второго компаратора. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРР 614429, кл, 6 05 О 23/19, 1978.2. Авторское свидетельство СССРпо заявке Р 2828288, кл. О 05 О 23/19,1979 (прототип),97111 ов ставительхред Т.Мат ректорМ. Коста Редактор Ю.С П акаэ 921 ППП "Патент", г.ужгород, ул,Проектн 3 Тираж 914 одписноеИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий3035, Москва, З, Раушская наб., д.4/5