Устройство для регулирования расхода

А 1 09) 01) С 05 Р 7/06 Я Т АВТОРСКОМ ТЕЛЬСТВ РЕГУЛИРОВАНИЯ тво ССС1978.о СССР1981.о СССР1984. СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК ОСУДАРСТ 8 ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ИСАНИЕ ИЗО 21) 4122945/24-2422) 23098646) 29.02.88. Ввл.Р 872) В.М.Ноянов и В.А.Ас53) 62.50(088.8)56) Авторское свидетель769500, кл. С 05 Л 7/ОАвторское свидетельст999025, кл. С 05 Р 7/ОАвторское свидетельст117759, кл. С 05 В 7/О ИВ:О"-В М Я4д(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯРАСХОДА57) Изобретение относитствам для регулированиякущей среды и может бытьвано в различных отрасляности в качестве технолооборудования для управлежидких и газонасьпценныхизобретения - повьппениерегулирования расхода. ся к устрой- расхода те- использох промышленгического ния расходом сред. Цель точностиДля этого уст1377832 25 ройство для регулирования расходасодержит расходомер 1, исполнительный орган 2, трубопровод 3, привод4 с датчиком 5 угла поворота дросселирующих элементов исполнительногооргана 2, Аормирователь 6 импульсов;реверсивный счетчик 7, задатчик 8расхода, задатчик 11 временных интервалов, триггер 12, элементы И 13,14,15, регистры 16 17,18, блок 19сравнения кодов, элемент ИЛИ 20, Изобретение относится к устройствам для регулирования расхода текущей среды и может быть использовано в различных отраслях промышленности в качестве технологического оборудования для управления расходом жидких и газонасыщенных сред.Цель изобретения - повышение точности регулирования расхода. 10На Аиг.1 показана функциональная схема устройства; на Аиг.2 - функциональная схема задатчика временных интервалов; на Аиг. 3 - Аункциональная схема Аормирователя управляющих 15 команд.Устройство содержит расходомер 1 (например, турбинный преобразователь расхода (ТПР), исполнительный орган (дроссель) 2, трубопровод 3, по кото рому транспортируется текущая среда, привод 4 с датчиком 5 угла поворота дросселирующих элементов исполнительного органа 2, Аормирователь 6 импульсов, реверсивный счетчик 7, задатчик 8 расхода, включающий, например, шиАраторы 9-1, 9-2,9-к и коммутирующие элементы 10-1, 10-2,10-к, задатчик 11 временных интервалов, триггер 12, элементы И 30 13,14,15, регистры 16,17 и 18, блок 19 сравнения кодов, элемент ИЛИ 20, вычитатель 21, сумматор 22, цифроаналоговый преобразователь 23 (ЦАП), формирователь 24 управляющих команд, элементы 25 и 26 задержки, коммутатор 27 и Формирователь 28 окончания цикла в составе блока 29 сравнения кодов, триггера 30 и элемента И 31. вычитатель 21, сумматор 22, цифроаналоговый преобразователь 23, формирователь 24 управляющих команд, элементы 25 и 26 задержки, коммутатор27 и формирователь 28 окончания цикла, состоящий из блока 29 сравнениякодов, триггера 30 и элемента И 31Задатчик 11 содержит реверсивныйсчетчик, генератор тактовых импульсоврегистр, Э-триггеры, инвертор и элементы И. 1 з.п. Ф-лы, 3 ил. Задатчик 11 временных интервалов может иметь несколько вариантов построения схемы. Например, он может быть выполнен на базе суммирующего кольцевого счетчика, по заполнению которого формируются команды окончания и через некоторый интервал времени - начала измерительных циклов. Но наилучшие результаты могут быть получены, если задатчик выполнен по схеме, показанной на Аиг,2. Этот вариант исключает сбои реверсивного счетчика 7 при изменении режимов его работы. Задатчик 11 содержит реверсивный счетчик 32, генератор 33 тактовых импульсов, регистр 34, Э-триггеры 3539, инвертор 40 и элементы И 41 и 42.Состав Аормирователя 24 зависит от типа привода 4, используемого для управления дросселем 2. Применительно к электромеханическому приводу он содержит (Аиг.3) элемент 43 сравнения, два компаратора 44, 45 и ключи 46,47.Для управления дросселем 2 может быть использован гидравлический привод с аналоговым или циАровым входами. В первом случае Аормирователь 24 должен включать элемент сравнения и усилитель, а во втором - только согласующие усилители по числу разрядов командного слова.Устройство работает следующим образом.Весь диапазон регулирования расхода текущей среды, определяемый углом поворота дросселирующих элементов 2, 377832разбивают на некоторое число дискретов, например, И , по которому устанавливают разрядность (емкость) регистра 18. КоэФФициент передачи преобразователя 23 выбирают таким5 образом, чтобы электрический сигнал, Формируемый на его выходе при полном заполнении регистра 18, был равен сигналу, снимаемому с датчика 5 10 в крайнем положении дросселирующих элементов 2, соответствующему максимальному расходу текущей среды, равному, например, СПредварительно осуществляют на" 15 стройку блока 8 на заданные режимы регулирования расхода текущей среды.Для этого по проливочной характеристике Ц = Г(О) ТПР 1 определяют число импульсов, соответствующее Ц 20 считываемых с его выхода при максимально возможном расходе текущей среды.С,за интервалы времени, равные 1 с. Это число импульсов соответствует максимальной частоте их сле дования У. Тогда коэФФициент К передачи по частоте может быть определен как отнонение1 щахг30УвахДля приведения в соответствие величины сигнала рассогласования и угла перестройки дросселирующих элементов 2 выбирают длительность Г цикларегулирования задатчика 11, численно равной коэФФициенту К, т.е.1о:гиах40По проливочной характеристике ТПР определяют частоты У Р У следования измерительных импульсов на заданных режимах работы устройства, соответствующих расходам текущей среды С С , С и т.д.По следующей Формуле для каждого из этих режимов находят значения кодов, которые должны быть сФормированы для поворота дросселирующих50 элементов 2 на углы, обеспечивающиерасходы текущей среды С О , С и т.д.ф фасРк55Полученные значения кодов записыс вают в ниФраторы 9-1 9-2,..,9-к задатчика 8. Кроме того, в регистр 34 задатчика 11 записывают код временной уставкМ, определяющей длительность цикла регулирования ГДля пуска устройства в работу в задатчике в задатчике 8 замыкают коммутирующий элемент 10-1, вследствие чего на инФормационные входы счетчика 7 с ниФратора 9-1 поступает управляющий код И, . В регистр 18 записывают ту же величину кода И, и за счет контура обратной связи, включающего элементы Формирователя 24 и датчик 5 дроссель 2 поворачивается на угол, соответствующий коду ИЗатем включают подачу текущей среды к потребителям и в трубопроводе 3 устанавливается ретнм расхода, равный С при котором на выходе ТПР Формируется последовательность импульсов с частотой Р,;Схема устройства .работает циклически. Длительность цикла постоянна и определяется кодовой уставкой регистра 34. В начале каждого цикла задатчик 11 Формирует импульсный сигнал НАЧАПО ЦИКЛА, который поступает на вход предуставки счетчика 7 и на первый вход триггера 12. По этой команде в счетчик 7 записывается код И сФормированный на выходе задатчика 8, а триггер 12 устанавливается в единичное состояние, открывая элемент И 14. Импульсы напряжения с выхода расходомера ТПР 1 через Формирователь 6 начинают поступать на вход вычитания реверсивного счетчика 7, .последовательно уменьная его содержимое. При несоответствии секундного расхода текущей среды заданному значению С, счетчик 7 Формирует сигнал онибки в виде некоторого кодового числа ьп;. Например, по каким-либо причинам расход текущей среды уменьнается на величину ЬО, . Частота следования импульсов с выхода расходомера ТПР 1 также уменьшается и содержимое счетчика 7 за интервал временине будет досчитано до нуЛя.По окончании цикла регулирования задатчик 11 Формирует импульсный сигнал КОНЕЦ ЦИКЛА, по которому остаток содержимого счетчика 7 и состояние триггера 12 переписываются в регистр 16. Импульс КОНЕЦ ЦИКЛА возбуждаетсязадатчиком 11 таким образом, чтобы в момент его появления переходной процесс в счетчике 7 от действия очередного импульса измери 1377832тельной частоты закончился. Сразу жепосле снятия импульса КОНЕЦ ЦИКЛА,задатчик 11 Формирует сигнал НАЧАЛОЦИКЛА и цикл регулирования повторя 5ется.В задатчике 11 начало каждого цикла сопровождается записью в счетчике32 кода регистра 34. Счетчик работает в режиме вычитания импульсов 10генератора 33. При считывании содержимого этого счетчика до нуля наего выходе переноса появляется сигналлог. 1. С помощью триггеров 35 и 36он синхронизируется с передним Фрон-.том импульса измерительной частоты,для чего С-вход триггера 36 соединенс выходом Формирователя 6. Посколькусчетчик 7 производит считывание импульсов измерительной частоты по их 20 задним Фронтам, а его быстродействие достаточно высоко, то в момент пере, ключения триггера 36 переходной про-. цесс в счетчике 7 закончится и остаток его содержимого можно переписы вать в регистр 16. Это осуществляется с помощьв схемы синхронизации, собранной на триггерах 37 - 39 и логических элементах 40,42, которые включаются о переднему Фронту им- . 30 пульса на выходе триггера 36, формируя сигнал КОНЕЦ ЦИКЛА, равный по длительности паузе между импульсами образцовой частоты. Со сдвигом на период частоты генератора 33 относительно этого сигнала на выходе элемента И 41 формируется одиночный импульс НАЧАЛО ЦИКЛА, действие которого было рассмотрено выщее. Далеецикл работы схемы повторяется. 40При увеличении секундного расхода текущей среды относительно заданного значения О частота измерительных импульсов, ормируемьи на выходе ТПР, также увеличивается и за период времени Т содержимое счетчика 7 успе" вает уменьиитвся до нуля. При этом на его выходе Формируется сигнал переноса в виде лог.1. Он подается на вход В принудительной установки в "0" счетчика 7 и на вход обнуления триггера 12. В результате изменяется состояние элементов И 13,14 и выход Формирователя 6 подключается к суммирующему входу счетчика 7. Последний накапливает число измерительных импульсов до прихода сигнала КОНЕЦ ЦИКЛА, по которому полученный код дп; рассогласования и его знак (нулевой сигнал с прямого выхода триггера 12) переписываются в регистр 16.Таким образом, каждый измерительный цикл заканчивается выделением иноформации о величине и знаке сигнала рассогласования, которая Аиксируется в регистре 16 и затем обрабатывается в следующей последовательности:- блок 19 сравнивает сигнал рассогласования дп; с кодом Бщ, определяющему зону нечувствительности устройства (обычно Мсоставляет 1-2 дискрета) и при дп;И, Формирует на своем выходе напряжение, которое открывает элемент И 15;- через некоторый интервал времени после окончания измерительного цикла на первом выходе задатчика 11 формируется сигнал, который через открытый элемент И 15 и элемент ИЛИ 20 поступает на управляющий вход вычитателя 211- по этой команде вычитатель 21 определяет разность кодов б , равную дп; - дп;, , где Ьп;, - кодовый сигнал рассогласования, выделенный счетчиком 7 на предыдущем цикле и хранящийся в регистре 17 (в данном случае дп;, = О), а также знак этой разности в виде лог. сигналов "О" или 131 и- знаковые сигналы управляют коммутатором 27, если с ) О, то информационный вход коммутатора подключается к его другому выходу, и через интервал времени, равный настройке элемента 26 задержки и достаточный для выполнения всех операций вычитателем 21, командный импульс напряжения с выхода элемента ИЛИ 20 поступает на управляющий вход сумматора 22;- последний в зависимости от знака сигнала рассогласования дп; увеличивает или уменьшает содержимое регистра 18 на величину Е;- через интервал времени, соответствувщий уставке элемента 25 задержки, результат вычисления переписывается в выходной регистр 18;- напряжение на выходе преобразователя 23 увеличивается или уменьшается, вследствие чего срабатывает один из компараторов 44 и 45 дюрмирователя 24, замыкается его ключ 46 или 47 и привод 4 приоткрывает или закрывает дроссель на угол, соответствующий числу дискретов кода Ьп;- расход текущей, среды в трубопроводе 3 изменяется и становитсяравным заданому значению С,- перед окончанием измерительного5цикла на третьем выходе задатчика 11возбуждается командный импульс напряжения, по которому содержимое регистра 16 переписывается в регистр 17.Дпя изменения уровня регулируемого расхода в работу включаетсядругой шифратор задатчика 8. Например, переключаются коммутирующие элементы 10-1, 10-2, на информационныхвходах счетчика 7 устанавливаетсякод И и схема устройства начинаетперестраиваться на режим расхода,равный величине Г. По истечении измерительного цикла, на который пришлась смена управляющей информации,на выходах счетчика,7 выделяетсясигнал рассогласования 6 п равныйразности кодов И - И. Этот сигналпоступает на первые информационныевходы сумматора 22 и суммируется с 25кодом выходного регистра 18. В результате его содержимое увеличивается,а преобразователь 23 вносит соответствующую коррекцию в настройку Формирователя 24, Исполнительный орган 2занимает другое положение, соответ 1ствующее меньшему перепаду давленияна его дросселирующих элементах, чтоявляется достаточным условием дляувеличения секундного расхода текущей среды. Причем регулируемаявеличина изменяется не скачкообразно,а по некоторой кривой, отражающей реакцию системы на управляющее воздействие.В общем случае одной перестройкидросселя 2 может оказаться недостаточно для полной компенсации возникшего сигнала рассогласования. Тогдасхема устройства без лишних потерьвремени включается на повторную коррекцию расхода текущей среды. Этазадача решается с помощью Формирователя 28. Он включается в работукаждый раз когда вычитатель 21 вы 50являет положительную разность б сиг,налов рассогласования и дает команду наперестройку дросселя 2. Одновременно эта команда поступает натретий вход Формирователя 28 и устанавливает в единичное состояние триггер 30, подготавливая к открытиюэлемент И 31. На участке переходногопроцесса разность Е кодов, определяемая вычитателем 21, отрицательна (ьп; ьп;),и к информационному входу коммутатора 27 остается подключенным его первый выход. Поэтому импульсные сигналы с выхода элемента 26 задержки транслируются на второй вход Формирователя 28 и далее на один из входов элемента И 31Переходный процесс можно считать закончившимся, если абсолютное значение разности Я кодов уменьшается до нескольких дискретов обычно до 2-4 единиц)Это пороговое значение переходной характеристики в виде кодовой уставки И введено в блок 29 через одну группу его входов, а через.его другую группу входов поступает разность 1:,кодов с выходов вычитателя 21. Блок 29 сравнивает эти коды и когда И станет равным или превысит число 6 Формирует на своем выходе единичный сигнал, открывающий элемент И 31Очередной импульс напряжения, поступающий в Формирователь 28, проходит на его выход и поступает далее на вход обнуления регистра 17 и на вход элемента ИЛИ 20. Регистр 17 приводится в исходное состояние, а вычитатель 21 выделяет на своих выходах Фактический сигнал ошибки Я, равный, например, Ьп со знаком плюс. Этот сигнал, аналогично описанному, поступает на первые входы сумматора 22 и суммируется с кодом регистра 18Угол поворота дросселирующих элементов 2 увеличивается на число дискре . тов кода Ьп и расход текущей среды становится равным О.В общем случае возмущающее воздействие в рассматриваемом контуре регу; лирования может носить произвольный характер. Каждый раз производится перестройка дросселя 2, причем глубина этих коррекций пропорциональна разности сигналов рассогласования, выделяемых в конце текущего и пре дыдущего измерительных циклах, т.е. скорости изменения регулируемого параметра. Окончание переходного режима и необходимость повторной коррекции расхода текущей среды для устранения имевшего место возмущения уста" навливается с помощью формирователя 28, аналогично описанному.формулаизобретения1Устройство для регулирования расхода, содержащее расходомер, установленный на трубопроводе и подклю-.ченный выходом к входу формирователяимпульсов, исполнительный орган сприводом, реверсивный счетчик, разрядные выходы которого соединены сразрядными входами первого регистра,задатчик расхода, первый и второйэлементы И, соединенные выходамисоответственно с суммирующим и вычитавщим входами реверсивного счетчика,задатчик временных интервалов, цифроаналоговый преобразователь, первыйэлемент задержки, два блока сравнения кодов, последовательно соединенные 15третий элемент И и элемент ИЛИ, атакже коммутатор и четвертый элементИ, о т л и ч а в щ е е с я тем,что,с целью повыщения точности, в устройство введены два триггера, второй 2 Оэлемент задержки, второй и третийрегистры, датчик угла поворота,формирователь управляющих команд,сумматор и вычитатель кодов, причемвыходы задатчика расхода соединены 25с информационными входами реверсивного счетчика, выход переноса которого соединен с входами установок в"О" реверсивного счетчика и первоготриггера, подключенного инверсным ипрямым выходами к первым входамсоответственно первого и второгоэлементов И, вторые входы которыхсоединены с выходом формирователяимпульсов и входом задатчика временных интервалов, подключенного первым35выходом к управляющему входу первогорегистра, вторым выходом - к управлявщему входу второго регистра, атретьим выходом - к первому входутретьего элемента И, к входу установки в п 1" первого триггера и входуначальной установки реверсивногосчетчика, датчик угла поворота соединен выходом с первым входом форми" 15рователя управляющих команд, подключенного первым и вторым выходами ссоответствующими входами привода исФполнительного органа, а вторым входом - с выходом цифроаналогового пре 50образователя, второй вход третьегоэлемента И соединен с выходом перво.го блока сравнения кодов, первыевходы которого подклвчены к соответствующим выходам задатчика зоны нечувствительности а вторые входы -55к соответствующим информационным входам второго регистра, первым входамвычитателя и выходам первого регистра, знаковый вход которого соединен с прямым выходом первого триггера, а знаковый выход - со знаковым входом сумматора, соединенного первыми входами с соответствующими выходами третьего регистра и входами цифроаналогового преобразователя, вторыми входами - с соответствующими выходами вычитателя и первыми входами второго блока сравнения кодов а выходами - с соответствующими информационными входами. третьего регистра, подключенного управляющим входом к выходу первого элемента задержки, выход элемента ИЛИ соединен с входом второго элемента задержки и управляющим входом вычитателя, вторые входы которого соединены с соответствующими выходами второго регистра, а знаковый выход вычитателя соединен с управляющим входом коммутатора, информационный вход которого соединен с выходом второго элемента задержки, первый вход четвертого элемента И соединен с выходом второго блока сравнения кодов, подключенного вторыми входами к соответствующим выходам задатчика порога, второй вход четвертого элемента И соединен с первым выходом коммутатора, подключенного вторым выходом к первому входу второго триггера, входу первого элемента задержки и управляющему входу сумматора, третий вход четвертого элемента И соединен с выходом второго триггера, а выход четвертого элемента И соединен с вторым входом второго триггера, вторым входом элемента ИЛИ и входом установки в "О" второго регистра.2. Устройство по п.1, о т л и . - ч а в щ е е с я тем, что задатчик временных интервалов содержит генератор тактовых импульсов, регистр, реверсивный счетчик, пять Л-триггеров, элемент НЕ и два элемента И, причем выходы регистра соединены с соответствующими информационными входами реверсивного счетчика, подключенного выходом к тактовому входу первого триггера, соединенного 1)-входом с выходом задатчика единичного сигнала, а выходом - к Э-входу второго триггера, у которого инверсный выход соединен с входом начальной установки реверсивного счетчика и входом установки в "О" первого триггера, а прямой выход соединен с тактовым входом12 608, 2 третьего триггера, подключенного выходом к 0-входу четвертого триггера, соединенного инверсным выходом с входом установки в "О" третьего5 триггера, а прямым выходом - с первым входом первого элемента И и Б-входом пятого триггера, подключенного выходом к первому входу второго элемента И, выход генератора тактовых импуль-. сов соединен с входом вычитания реверсивного счетчика, тактовыми входами четвертого и пятого триггеров ивходом эпемента НЕ, подключенноговыходом к вторым входам первого ивторого элементов И, при этом тактовый вход второго триггера являетсявходом блока, выход первого элементаИ является первым выходом задатчика,выход реверсивного счетчика - вторымвыходом эадатчика, а выход второгоэлемента И - третьим выходом задатчика.1377832 Составит Техред МПрям Редактор А,Доли Коррек ак снминине Заказ 873/4 Тираж 866 ВНИИПИ Государствен по делам изобрете 3035, Москва, Ж, Производственно-полиграфическое Подписноеого комитета СССРий и открытийаушская наб., д.4/5 риятие, г.ужгород, ул.Проектна