Программная следящая система

(19) (И) зй С 05 В 19/405 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И. ОТНРЫТИЙОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) 1. Авторское свидетельство СССР В 507872, кл. С 06 С 7/186, 1973. 2. Авторское свидетельство СССРУ 453672,кл. С 05 В 19/405, 1974(54)(57) ПРОГРАММНАЯ СЛЕДЯЩАЯ СИСТЕМА, содержащая. последовательносоединенные блок сравнения, усилитель, исполнительный орган и датчикобратной связи, подключенный выходом к первому входу блока сравнения и к первому информационному входу первого переключателя, второйинформационный вход которого соединен с задающим входом системы, управляющий вход - с входом генератораимпульсов и через пороговый блокс выходом усилителя, а выход - спервым входом нуль-органа, вторым .входом подключенного к выходу цифроаналогового. преобразователя, авыходами - .к управляющим входамблока управления реверсом и счетом,соединенного тактовым входом с выходом генератора импульсов, а информационным и управляющими выходами - со счетными управляющими входами . реверсивного счетчика, выход которого подключен к входу цифроаналогового преобразователя, причем шйны питания первого переключателя, нуль- органа, реверсивного счетчика, циф роаналогового преобразователя и по- . рогового блока соединены с общим блоком питания, о т л и ч а ю щ ая с я тем, что, с целью повышения надежности и снижения энергопотреб- ления системы, в нее введены блок контроля, элемент ИЛИ, второй переключатель и блок совпадения, первый вход которого соединен с первым информационным входом второго переключателя и с задающим входом системы, второй вход - с первым входом блока контроля и с выходом датчика об-. ратной связи, а выход - с. входом блокировки блока питания и с управляющим входом второго переключате. ля, выходом подсоединенного к второму входу блока сравнения, а вторым. информационным входом - к выходу . .цифроаналогового преобразователя и к второму входу блока контроля, шина питания которого соединена с блоком питания, а выход - с первымом элемента ИЛИ, второй входкоторого подключен к выходу.порогового блока, а выход - к входу блокировки исполнительного органа.Изобретение относится к автоматическому управлению перемещением и скоростью различных исполнительных механизмов и может применяться, например, для автоматического регулирования технологических процессов.Известны программные следящие. системы, содержащие непосре; .твенно следящую систему с исполнительным органом и датчиком положения и ана лого-цифровой интегратор с реверсивным счетчиком импульсов, цифроаналоговым преобразователем и генератором импульсов, который через нуль- орган и логическую схему подключен 5 к счетчик. импульсов, триггер управления которого в зависимости от знака сигнала на входе нуль-органа настраивает счетчик на сложение или вычитание импульсов 1",. 20Недостатком таких систем является то, что при восстановлении информации в счетчике после е о сбоев они требуют специальных аналоговых запоминающих устройств. Это усложняет 25 схему системы в целом и снижает ее надежность. Наиболее близкой к изобретению по технической сущности является программная следящая система, в ко 30 торой восстановление информации в счетчике достигается без специаль" ного элемента аналоговой памяти. В этой системе роль запоминающего элемента играет исполнительный орган, а в качестве управляющего сигнала для перехода в режим восстановления информации используется выходное напряжение усилителя рассогласования следящей системы. Данная систе ма содержит последовательно соединенные нуль-орган, логическую схему, подключенную к генератору импульсов реверсивный счетчик импульсов, цифроаналоговый преобразователь и элемент сравнения с усилителем рассогласования, подключенным к исполнительному органу следящей системы. Контур восстановления информации образован пороговым эле ментом, подключенным к выходу усилителя рассогласования следящей системы, и переключателем, входы которого соединены с задатчиком и датчиком положения, а выход подключен 55 к нуль-органу. При сбоях счетчика напряжение на выходе усилителя рассогласования превышает уставку порогового элемента, что приводит к его срабатыванию. В результате программное устройство системы переходит в режим слежения за выходным сигналом датчика голожения. В режиме слежения генератор импульсов работает на высокой частоте, благодаря чему процесс восстановления информации протекает сравнительно быстро 21.Однако программное устройство известной системы, представляющее собой наиболее сложную часть системы, постоянно находится в работе. При внезапных отказах программного устройства его выходное напряжение может скачком принимать произвольное значение, которое отрабатывается следящей системой с большой скоростью, существенно превышающей скорость программы. В результате могут возникать аварийные ситуации и объект управления выводится из действия на длительное время. Непрерывное нахождение программного устройства под питанием приводит также к увеличению энергопотребления системы и вызывает дополнительные тепловые потери, что ведет к нагреву аппаратуры и соответственно снижает ее надежность и ресурс. Цель изобретения - повышение на"дежности и снижение энергопотребления системы,Поставленная цель достигаетсятем, что в систему введены блокконтроля, элемент ИЛИ, второй переключатель и блок совпадения, первый вход которого соединен с первым информационным входом второгопереключателя и с задающим входомсистемы, второй вход - с первымвходом блока контроля и с выходомдатчика обратной связи, а выход - свхоДом блокировки блока питания ис управляющим входом второго переключателя, выходом подсоединенного к второму входу блока сравнения,а вторым информационным входом -к выходу цифроаналогового преобразователя и к второму входу блокаконтроля, шина питания которого соединена с блоком питания, а выход -с первым входом элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к выходу порогового блока, а выход - квходу блокировки исполнительногооргана.В систему дополнительно введены блок 17 контроля, второй переключатель 18, логический элемент ИЛИ 19 и блок 20 совпадения. Блок 17 контроля включает в себя двухвходовую схему 21 сравнения и цепь 22 временной задержки. На фиг. 2 показана одна из возможных схемных реализаций блока 1.7 контроля, в котором функции двухвходовой схемы 2 1 сравнения и цепи 22 временной задержки выполняет операционный усилитель 23 с входными резисторами 24 и 25, цепью отрицательной обратной связи на конденсаторе 26 и диодном мосте 27, сйабженном резисторами смещения 28, 29, и нагрузочным электромагнитным реле 30, один из контактов которого формирует выходной сигнал блока контроля Ж), а другой используется в цепи сигнализации неисправности программного устройства (лампа 31). Входы блока 405055. 1108394На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемой системы; на фиг. 2 - одна из возможных реализаций блока контроля, на фиг. 3 - временные диаграммы работы системы. 5В состав системы входят реверсивный счетчик 1, блок 2 управления реверсом и счетом, циФроаналоговый преобразователь 3, генератор 4 импульсов, нуль-орган 5, блок 6 сравнения, усилитель 7, исполнительный орган 8, датчик 9 обратной связи, пороговый блок 10, первый переключатель 11.Блок 2 управления реверсом и счетом включает в себя двухвходовые логические элементы И 12, 13 и логический элемент ИЛИ 14. Первые вхо" ды логических элементов И 12, 13, являющиеся тактовыми входами блока 2, соединены с выходом генератора 4 импульсов, а их вторые входы, являющиеся управляющими входами блока 2, подключен к нуль-органу 5. Выходы элементов И 12, 13 соединены с входами "+" и "-" управления реверсом счетчика и через элемент ИЛИ 14 с его счетным входом. Реверсивный счетчик 1 с блоком 2 управления, цифроаналоговый преобразова- ЗО тель 3, генератор 4, нуль-орган 5, пороговый блок 10 и переключатель 11, образующие программное устройство 15, запитываются от управляемого блока 16 питания. 35 контроля подключены к выходам цифроаналогового преобразователя 3 (У) и датчика 9 обратной связи Йс,Принцип действия системы заключается в следующем.В исходном состоянии (момент времени со на фиг. 3) сигналы задатчика У, программного устройства У, и датчика обратной связи У равны нулю (0 = П = Ус = О) и блок 20 совпадения находится в положении, при котором блок 16 питания не подает напряжение питания на функцио" нальные узлы программного устройства 15 и блока 17 контроля. Поскольку при этом пороговый блок 10 и операционный усилитель 23, а следовательно, и реле 30 в блоке 17 контроля находятся в выключенных состояниях, то входные сигналы элемента ИЛИ 19 имеют нулевые значения и сигнал на его выходе равен нулю, что соответствует отсутствию блокировки исполнительного органа 8 . Под действием нулевого сигнала с выхода блока 20 совпадения переключатель 18 устанавливается в положение, при котором к входу блока 6 сравнения подключен сигнал задатчика П и за счет действия обратной связи (сигнал 0 ) исполнительный орган 8 удерживается усилителем 7 в нулевое положение Ж) = Уз = О).При изменении сигнала У (поступлении от оператора заявки на программное изменение положения исполнительного органа, момент времени 1, на фиг. 3) происходит срабатывание блока 20 совпадения, благодаря чему с блока 16 подается питание на программное устройство 15 и блок 17 контроля. Одновременно переключатель 18 подключает выходной сигнал программного устройства 15 0 к входу блока 6 сравнения, Так как при подаче питания на устройство 15 входящий в него счетчик 1 может установиться в любое состояние, то в первый момент времени после подачи питания на выходе цифроаналогового преобразователя 3 возникает напряжение У Ф П =.О. Выявленное блоком 6 сравнения и усиленное усилителем 7 рассогласование между сигналами 0.1 и П приводит к срабатыванию порогового блока 10 и система переходит в режим записи начальных ус 11083945 10 15 20 25 ЗО 35 40 45 50 55 ловий в программное устройство 15.При этом под действием сигнала порогового блока 10 происходит перестройка генератора 4 на высокуючастоту и переключение переключателя 11, через который на вход нульоргана 5 поступает сигнал П, Навходах нуль-органа 5 происходитсравнение сигналов П и О . ПриУ Ф У на одном из выходов логических элементов И 12, 13 (в зависимости от знака рассогласованиямелщу сигналами 0,1 и Б) появляется единичный сигнал, по которомуимпульсы генератора 4 пропускаютсяна входы "+" или "-" управления реверсои счетчика 1, на счетный входкоторого при этом поступают импульсы с выхода логического элементаИЛИ 14. В результате код в счетчике 1 и, следовательно, напряжениеБд на выходе преобразователя 3 изменяются в сторону уменьшения рассогласования между сигналами Оп и П,Во время записи начальных условий (промежуток временина фиг. 3) сигнал П сохраняет нулевое значение, так как под действием единичного сигнала на выходепорогового блока 10 логический элемент ИЛИ 19 вырабатывает сигнал,поступающий на блокирующий вход исполнительного органа 8 (например,отключает обмотку возбуждения в слу.чае применения двигателя в исполнительном органе). После выполненияусловия О = Ю= О, что соответствует записи в программное устройство 15 начальных условий (в данномслучае нулевых), пороговый блок 10изменяет свое состояние, в результате чего переключатель 11 подключает на вход нуль-органа 5 сигналзадания Б, генератор 4 перестраи"вается на низкую частоту, а элементИЛИ 19 .снимает блокирующий сигналс исполнительного органа 8, и система переходит в режим программногоуправления,В режиме программного управленияблок 20 совпадения под действиемразности сигналов задания Б и датчика обратной связи П находится вположении, при котором переключатель18 подключает выход цифроаналогового преобразователя 3 к входу блока6 сравнения. При отсутствии сбоевсчетчика 1 переключатель 11 подает сигнал задания П на вход нуль-органа 5, на другой вход которого поступает напряжение Б с выхода цифроаналогового преобразователя 3. Взависимости от знака рассогласования между сигналами Уи П , выявляемого нуль-органом 5, блок 2 настраивает счетчик 1 на режим сложенияили вычитания импульсов, вырабатываемых генератором 4, период повторения которого определяет скоростьвременной развертки сигнала П 5. Приэтом код в счетчике 1, а следовательно, и выходной сигнал цифроаналогового преобразователя 3 изменяетсяв сторону уменьшения рассогласования сигналов 0 и П . Скорость изменения программного сигнала Бменьше скорости отработки следящейсистемы, поэтому в любой моментвремени сигнал обратной связи Ппрактически равен Б и напряжениена выходе усилителя 7 лежит в зоненечувствительности порогового блока 10. При выполнении условия Бс = П (момент времени с на фиг, 3) происходит отпускание блока 20 совпадения, в результате чего снимаются напряжения питания с устройства 15 и блока 17 контроля, а переключатель 18 подключает на вход блока 6 сравнения сигнал задания Б, и исполнительный орган 8 удерживается в положении, соответствующем задан- номУ. Аналогичным образом система работает и при уменьшении сигнала Б (момент времени С на фиг. 3). При этом вновь срабатывает блок 20 совпадения и подается питание на устройство 15 и блок 17 контроля. В первый момент времени после подачи питания в программном устройстве 15 за счет установки счетчика 1 в произвольное состояние П Ф Ц и система переходит в режим записи начальных условий (промежуток временина фиг, 3), благодаря которому выходной сигнал устройства 15 за относительно малое время принимает значение, соответствующее действительному положению исполнительного органа 8 Й = Б ), который при этом не изменяет своего положения за счет блокировки его по сигналу логического элемента ИЛИ 19.30 Рассмотрим функционирование блока 17 контроля в различных режимах работы системы. Пусть после подачи питания на устройство 15 и блок 17 Если в процессе формированияпрограммы происходит сбой счетчика,1 вследствие влияния помех или кратковременных перерывов питания (момент времени сб на фиг, 3), то абсолютная велнчина разности сигналовП и П , выявляемая блоком 6 сравнения, превышает уровень срабатывания порогового блока 10, что приводит к изменению состояния переклю Очателя 11. В результате на входнуль-органа 5 вместо сигнала задания Бз .подается сигнал П с датчика 9 обратной связи. Одновременнопроисходит переключение частоты 15генератора 4 импульсов и системапереходит в режим слежения за сигналом П с датчика 9 аналогичнотому, как это имеет место в режимезаписи начальных условий. Под действием единичного сигнала на выходепорогового блока 10 логическийэлемент ИЛИ 19 вырабатывает сигнал,поступающий на блокирующий вход исполнительного органа 8, который 25сохраняет свое положение. Вследствие этого сигнал обратной связи с датчика 9 остается неизменным и счетчик 1 возвращается в состояние, вкотором он находился до сбоя (момент временина фиг3).После восстановления информациисистема продолжает работать в режиме программного управления. Этотрежим заканчивается, когда сигнал программы Б и соответственно сигнал датчика обратной связи П достигают уровня задания Б (моментвремени в на фиг. 3). При условии П - Бз блок 20 совпадения перехо" 40Чдит в положение, при котором переключатель 18 подключает к входу блока 6 сравнения сигнал задания Бзвместо сигнала программы Б . Одновременно блок 20 совпадения снима ет питание с программного устройства 15 и блока 17 контроля. В результате исполнительный орган 8 удерживается в положении, соответствующем заданному. 50Таким образом, при каждом вводе программного устройства в работу блок контроля обеспечивает проверку его исправности. контроля выполняется условие П .10. Тогда при равенстве сопротивлений резисторов 24 и 25 разность токов через эти резисторы равна нулю и в диодном мосте 27 протекает ток, определяемый напряжениями питания Е+ и Е и сопротивлениями резисторов 28, 29 смещения, вследствие чего выходное напряжение операционно" го усилителя 23 близко к нулю и кон" такты реле 30 разомкнуты.Если после подачи питания на блок 17 контроля (например, в моменты времени ,на фиг. 3) рассогласование П и У таково, что разность входных токов через резисторы 24 и 25 превышает ток смещения диодного моста 27, то обратная связь усилителя 23 через диодный мост 27 разрывается, конденсатор 26 начинает заряжаться и выходное напряжение усилителя 23 изменяется от нуля в сторону положительного или отрицатель" ного насыщения (в зависимости от знака рассогласования между сигналами Б и У). В случае исправной работы программного устройства 15 возникшее в первый момент времени рассогласование между сигналами П и У устраняется при залиси начальных условий в программное устройство эа относительно малое время (интервалы времени - с, С- й на фиг. 3), за которое выходное напряжение усилителя 23 не успевает достичь порога срабатывания реле 30 (уровни У, У ). При выполнении условия Б = Б (моменты времени с ,на фиг. 3) разность токов через резисторы 24, 25 становится меньше тока смещения диодного моста 27, диодный мост открывается, обеспечивая разряд конденсатора 26,и выходное напряжение усилителя 23 становится близким к нулю.При возникновении неисправности в программном устройстве 15 оно не обеспечивает быстрого изменения сигнала П до уровня Бэ в режиме записи начальных условий или восстановления информации. Так, например, в случае отказа порогового блока 10 при подаче питания на устройство 15 (момент времени с на фиг. 3) не происходит переключения переключателя 11 и перестройки генератора 4 на высокую частоту, в результате чего после установления в счетчи 1108394 10ке 1 произвольного кода и соответствующего ему сигнала 0 (О ) происходит медленное изменение этогосигнала, а следовательно, и положения исполнительного органа 8, ирассогласование между сигналами 0и У сохраняется относительно длительное время. При этом :-. блоке 17контроля под воздействием разностивходных токов, превышающей ток смещения диодного моста 27, происходит заряд конденсатора 26 и выходное напряжение усилителя 23 черезвремя задержки Т достигает порогасрабатывания реле 30. Это реле выдает опер.дтору сигйал о неисправности программного устройства (путем засветки сигнальной лампы 31),и сигнал 0 через логический элемент ИЛИ 19 блокирует исполнительный орган, предотвращая его дальнейшее перемещение и, следовательно, исключая воэможность возникновения аварийной ситуации. Таким образом, введение в программную следящую систему дополнительных элементов с соответствующимисвязями обеспечивает возможность 5 отключения программного устройствав промежутках времени, когда не требуется изменять режим работы объекта управления. Благодаря этому повышается надежность и ресурс работысистеме, а также снижается ее энергопотребление. Важным фактором, способствующим повышению надежностиуправления объектом, является также введение в систему автоматичес кого контроля исправности программного устройства, который осуществляется при каждом вводе в работупрограммного устройства. При этомнеисправное программное устройство 20 не изменяет положения исполнительного органа, что имеет исключительное значение для повышения безопасности работы объекта управления.