Многоканальное регулирующее устройство

 

Многоканальное регулирующее устройство относится к области систем управления и регулирования. Цель изобретения состоит в повышении ремонтопригодности устройства за счет автоматического выявления неисправности канала. Устройство содержит каналы, содержащие датчик и задатчик параметра, блок изодромной обратной связи, релейный регулирующий узел, ключ, элементы ИЛИ, четыре элемента И, два сумматора, пороговый блок, триггер, сигнальную лампу. Устройство также содержит мажоритарные блоки, блок управления, исполнительный механизм, регулирующий орган, элемент сброса и блоки выбора минимального и максимального значений сигналов. Неисправность канала типа ложный единичный сигнал выявляется одним из элементов И, а неиспавность канала типа ложный нулевой сигнал выявляется пороговым блоком. Устройство позволяет производить замену неисправного канала на исправный с последующей проверкой и ремонтом. 6 ил.

Изобретение относится к области систем управления и регулирования и может быть использовано при построении высоконадежных ремонтируемых систем управления. Цель изобретения - повышение ремонтопригодности устройства за счет автоматического выявления неисправности канала. На фиг. 1 показана блок-схема многоканального регулирующего устройства; на фиг. 2 - схема релейного блока; на фиг. 3 - схема блока изодромной обратной связи; на фиг. 4 - блок-схема порогового блока; на фиг. 5 и 6 - блок-схемы мажоритарных блоков. Многоканальное регулирующее устройство (фиг. 1) содержит каналы 1₁ - 1_n с выходами 2_1.1-2_n.1 ("Больше"), 2_1.2-2_n.2 ("Меньше"), контрольными выходами 3_1.1, 3_1.2-3_n.1, 3_n.2, управляющими входами 4_1.1-4_n.1 и 4_1.2-4_n.2, установочными входами 5₁-5_n, контрольными входами 6_1.1-6_n.1 и 6_1.2-6_n.2, содержащие каждый датчик 7 и задатчик 8 параметра, релейный регулирующий узел 9 с выходами - сигнальным 10, "Больше" 11, "Меньше" 11₂ и входами 12₁-12₃, с сумматором 13 с выходом 14 и входами 15₁, 15₂ и релейным блоком 16 с выходами - сигнальным 17₁, "Больше" 17₂ и "Меньше" 17₃ и входами 18₁, 18₂, ключ 19, первый элемент ИЛИ 20, первый 21, второй 22, третий 23 и четвертый 24 элементы И, блок 25 изодромной обратной связи, второй блок 26 выбора максимального значения сигналов, диод 27 развязки, сигнальную лампу 28, первый сумматор 29 с выходом 30 и входами 31₁, 31₂, второй сумматор 32 с выходом 33 и входами 34₁, 34₂, пороговый блок 35, второй элемент ИЛИ 36, триггер 37 с входами 38₁, 38₂ и выходами 39₁, 39₂, а также первый блок 40 выбора максимального значения сигналов, первый 41₁ и второй 41₂ мажоритарные блоки, блок 42 выбора минимального значения сигналов, блока 43 управления, исполнительный механизм 44, регулирующий орган 45, источник 46 напряжения, элемент 47 сброса, например, в виде кнопочного выключателя с замыкающим контактом, выходную контрольную шину 48. Релейный блок 16 (фиг. 2) содержит сумматор 49 с выходом 50 и входами 51₁, 51₂, содержащий дифференциальный усилитель 52 с прямым входом 53 и инвертирующим входом 53₂, резисторы 54-57, первый компаратор 58 с выходом 59 и входами 60₁, 60₂, содержащий дифференциальный усилитель 61 с прямым входом 62₁ и инвертирующим входом 62₂, резисторы 63-67, второй компаратор 68 с выходом 69 и входами 70₁, 70₂, содержащий дифференциальный усилитель 71 с прямым входом 72₁, и инвертирующим входом 72₂, резисторы 73-77, первый 78 и второй 79 делители напряжения, источники 80, 81 напряжения (положительного и отрицательного), ключи 82, 83, резисторы 84, 85. Блок 25 изодромной обратной связи (фиг. 3) содержит дифференциальный усилитель 86 с прямым входом 87₁ и инвертирующим входом 87₂, конденсатор 88, резисторы 89 и 90. Пороговый блок 35 (фиг. 4) содержит дифференциальный усилитель 91 с прямым входом 92₁ и инвертирующим входом 92₂, резисторы 93-95, делитель 96 напряжения, источник 97 напряжения (положительного). Трехходовый мажоритарный блок (фиг. 5), реализующий логику "2 из 3", содержит элементы И 98-100 и элемент ИЛИ 101. Этот блок используется при числе каналов устройства, равном трем. Мажоритарный блок (фиг. 6), реализующий логику m из n (n=2, 3, 4 ..., m= 1, 2, 3 ..., m<n), содержит первый дифференциальный усилитель 102 с прямым входом 103 и инвертирующим входом 104, резисторы 105, 106, 107₁-107_n, диоды 108₁-108_n, второй дифференциальный усилитель 109 с прямым входом 110₁ и инвертирующим входом 110₂, резисторы 111-113, делитель 114 напряжения, источник 115 напряжения (отрицательного). Уровень напряжения на делителе 114 напряжения выставляется при растройке таким, чтобы срабатывание компаратора на дифференциальном усилителе 109 происходило при входном сигнале (на входе резистора 113), равном ·U, где U - уровень напряжения единичного сигнала. Задатчик 7 может быть выполнен в виде делителя напряжения, вход которого соединен с выходом источника напряжения. Выход делителя напряжения является выходом задатчика. Блоки 40 и 26 выбора максимального значения сигналов могут быть выполнены в виде диодных сборок с диодами, включенными в прямом направлении между входами и выходом соответствующего блока. Блок 42 выбора минимального значения сигналов может быть выполнен в виде диодной сборки с диодами, включенными в обратном направлении между входами и выходом блока. Ключи 19, 82, 83 замыкаются единичным сигналом на управляющем входе. Выходной сигнал с шины 48 может поступать в схему сигнализации на пульте оператора. Сумматоры 13, 29,32 выполняются аналогично сумматору 49. Сумматоры осуществляют вычитание входных сигналов и усиление. Работа устройства рассмотрена применительно к m=2 и n=3. Устройство работает следующим образом. При отключении параметра, измеряемого датчиком 7, от сигнала заданного значения на выходе задатчика 8 на величину, превышающую зону нечуствительности релейного регулирующего узла 9 (и, соответственно, релейного блока 16), срабатывает релейный блок 16 и на его выходе 17₂ ("Больше") или 17₃ ("Меньше") и соответственно на выходе 11₁ или 11₂ релейного регулирующего узла 9 в зависимости от знака сигнала ошибки на выходе сумматора 49 появляется единичный управляющий сигнал, который поступает на вход соответствующего мажоритарного блока 41₁ или 41₂ и на входы элементов И 21, 23 или 22, 24. Однако на выходе мажоритарного блока 41₁ (41₂) не возникает единичный сигнал, пока не сработает в ту же сторону релейный регулирующий узел 9 еще одного канала. Срабатывание двух каналов в одну сторону приводит к появлению управляющего сигнала на выходе соответствующего мажоритарного блока 41₁ или 41₂. Этот сигнал поступает на вход блока 43 управления, вызывая соответствующее перемещение исполнительного механизма 44 и регулирующего органа 45. Сигнал с выхода мажоритарного блока 41₁ (41₂) поступает также на управляющие входы 4_1.1-4_n.1 (4_1.2-4_n.2) каналов 1₁-1_n и далее на вторые входы элементов И 21, 24 (22, 23). В каналах 1₁-1_n, сработавших в ту же сторону, что и мажоритарный блок (например, в сторону "Больше"), обеспечивается увеличение (по абсолютной величине) сигнала обратной связи на выходе блока 25 в результате срабатывания соответствующего элемента И 21 (22) и замыкания ключа 19, что обеспечивает прохождение сигнала с сигнального выхода 10 узла 9 на вход блока 25 (в необходимой полярности, обеспечиваемой замыканием соответствующего ключа 82 или 83). Увеличение сигнала на выходе блока 25 изодромной обратной связи 25 приводит к снятию сигнала на выходе релейного блока 16 после того, как сигнал на выходе сумматора 49 станет меньше уровня отпускания соответствующего компаратора 58 или 68. При числе сработавших в одну сторону каналов 1₁-1_n меньшем двух единичный управляющий сигнал на выходе соответствующего мажоритарного блока 41₁ (41₂) снимается и перемещение регулирующего органа 45 прекращается. При снятии выходного сигнала мажоритарного блока 41₁ (41₂) выходное напряжение блока 25 изодромной обратной связи в каждом канале уменьшается (по абсолютной величине), что при сохранении сигнала ошибки на выходе сумматора 13 приводит к повторному включению релейного регулирующего узла 9 в ту же сторону и к возникновению пульсирующего режима работы отдельных узлов 9 и всего устройства в целом. Уменьшение (по абсолютной величине) выходного сигнала блока 25 изодромной обратной связи в соответствующем канале происходит также в случае снятия сигнала с выхода релейного регулирующего узла 9 этого канала, что также приводит к последующему повторному включению этого релейного регулирующего узла 9 в ту же сторону при сохранении сигнала ошибки. Процесс регулирования заканчивается после возвращения регулируемого параметра к заданному значению с точностью до зоны нечувствительности релейного регулирующего узла. В устройстве обеспечивается автоматический контроль исправности каналов 1₁-1_n в процессе отработки возмущений. При этом производится обнаружение как неисправности типа появления ложного единичного сигнала на одном из выходов канала (ложное срабатывание), так и неисправности типа ложный "0" (несрабатывание). Первый тип неисправности выявляется с помощью элементов И 23 и 24. На выходе одного из этих элементов появляется единичный сигнал при срабатывании канала в другую сторону, чем мажоритарный блок, т.е. в другую сторону, чем большинство других каналов. Выходной единичный сигнал элемента И 23 (24) поступает через элемент ИЛИ 36 на вход 38₁ триггера 37, переводя его в состояние с единичным сигналом на выходе 39₁. Это приводит к появлению единичного сигнала на шине 48 устройства и к загоранию сигнальной лампы 28 соответствующего канала. Второй тип неисправности выявляется путем контроля напряжения на выходе блока 25 изодромной обратной связи. В сработавших каналах (при срабатывании также и соответствующего мажоритарного блока) на выходе блока изодромной обратной связи появляется напряжение соответствующей (положительной или отрицательной) полярности, в то время как в несработавшем канале оно не формируется, так как соответствующий элемент И 21 (22) не срабатывает. При сигналах положительной полярности на выходах блоков 25 изодромной обратной связи, на контрольных входах 6_1.1-6_n.1 каналов 1₁-1_n появляется максимальный сигнал положительной полярности, который поступает на вход 34₁ второго сумматора 32. На вход 34₂ этого блока поступает сигнал с выхода блока изодромной обратной связи. В случае несрабатывания релейного блока 16 одного из каналов при срабатывании большинства других блоков 16 в сторону, обеспечивающую появление сигнала положительной полярности на выходе блока 25 изодромной обратной связи, на выходе 33 сумматора 32 рассматриваемого канала формируется сигнал положительной полярности, пропускаемый блоком 26 выбора максимального значения сигналов на вход порогового блока 35. При сигналах отрицательной полярности на выходах блоков 25 изодромной обратной связи, на входах 6_1.2-6_n.2 каналов 1₁-1_n появляется максимальный (по абсолютной величине) сигнал отрицательной полярности, который поступает на второй вход 31₂ первого сумматора 29. На первый вход 31₁ этого сумматора поступает сигнал с выхода блока 25 изодромной обратной связи. В случае несрабатывания релейного блока 16 одного из каналов при срабатывании большинства других блоков 16 в сторону, обеспечивающую появление сигнала отрицательной полярности на выходе блока изодромной обратной связи, на выходе 30 сумматора 29 рассматриваемого канала формируется сигнал положительной полярности, пропускаемый блоком выбора максимального значения сигналов на вход порогового блока 35. Благодаря наличию сигнала положительной полярности от источника 97 напряжения в исходном состоянии на выходе порогового блока 35 имеется отрицательное напряжение. Напряжение источника 97 напряжения, положение движка делителя 96 напряжения и резисторы 93-95 выбираются такими, чтобы пороговый блок 35 переходил в состояние с положительным выходным сигналом, когда напряжение (положительное) на его входе превышает заданную величину, выбираемую, например, в диапазоне 1,5-2,5 U, где U - максимальное напряжение на выходе блока 25 изодромной обратной связи при минимальном сигнале ошибки, вызывающем срабатывание релейного регулирующего узла 9. Указанный выбор порога срабатывания порогового блока 35 исключает возможности появления ложных сигналов неисправности, связанных с неидентичностью настройки каналов, например, разной зоной нечувствительности, разной уставкой задатчиков и т.д. Таким образом, в случае несрабатывания неисправного канала при срабатывании большинства каналов во время отработки устройством возмущения, приведшего к возникновению достаточного сигнала ошибки (превышающего по величине в 1,5-2,5 раза уровень срабатывания релейного регулирующего узла 9), происходит срабатывание порогового блока 35 с появлением единичного сигнала на его выходе, который проходит через элемент ИЛИ 36 на вход триггера 37 и вызывает его срабатывание. Возврат триггера 37 в исходное состояние производится с помощью элемента 47 сброса. Блочное конструктивное выполнение устройства позволяет произвести замену неисправного канала на исправный с последующей проверкой и ремонтом неисправного канала соответствующей ремонтной службой. Использование изобретения повышает ремонтопригодность многоканального регулирующего устройства за счет автоматического выявления неисправности канала.

Формула изобретения

МНОГОКАНАЛЬНОЕ РЕГУЛИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО, содержащее два мажоритарных блока, блок управления, исполнительный механизм, регулирующий орган, а в каждом канале ключ, элемент ИЛИ, первый и второй элементы И, блок изодромной обратной связи релейный регулирующий узел и датчик и задатчик параметра, выходы которых и выход блока изодромной обратной связи подключены к соответствующим входам релейного регулирующего узла, сигнальный выход которого подключен к информационному входу первого ключа, соединенного выходом с входом блока изодромной обратной связи, а управляющим входом с выходом первого элемента ИЛИ, входы которого соединены с выходами первого и второго элементов И, первые входы которых соединены с выходами соответственно "Больше" и "Меньше" релейного регулирующего узла и входами первого и второго мажоритарных блоков, выходы которых подключены к вторым входам соответственно первого и второго элементов И и входам блока управления, выход которого через исполнительный механизм подключен к регулирующему органу, отличающееся тем, что, с целью повышения ремонтопригодности устройства за счет автоматического выявления неисправности канала, в него введены первый блок выбора максимального и блок выбора минимального значений сигналов и элемент сброса, а в каждый канал - первый и второй сумматоры, триггер, второй элемент ИЛИ, третий и четвертый элементы И, второй блок выбора максимального значения сигналов и пороговый блок, выход элемента сброса соединен с входом установки в ноль триггера каждого канала, входы блока выбора минимального и первого блока выбора максимального значений сигналов подключены к выходам блоков изодромной обратной связи всех каналов, а выходы - соответственно к второму входу первого и первому входу второго сумматоров всех каналов, причем в каждом канале первый вход первого и второй вход второго сумматоров соединены с выходом блока изодромной обратной связи данного канала, а выходы - с входами второго блока выбора максимального значения сигналов, подключенного выходом через пороговый блок к одному входу второго элемента ИЛИ, другие входы которого соединены с выходами третьего и четвертого элементов И, подключенных первыми входами к выходам соответственно "Больше" и "Меньше" релейного регулирующего узла, а вторыми входами к выходам второго и первого мажоритарных блоков соответственно, выход второго элемента ИЛИ подсоединен к входу установки в единицу триггера, прямой выход которого связан с контролируемым выходом данного канала и с контрольной выходной шиной устройства.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6