Устройство для контроля температуры

 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в автоматических системах контроля и измерения температуры, а также других параметров сложных объектов. Целью изобретения является повышение надежности устройства путем цифровой компенсации температурного и временного дрейфа. Устройство содержит датчики объекта 1, аналоговый коммутатор 2, аналого-цифровой преобразователь 4, первый блок синхронизации 3, первый блок памяти 10, первую схему сравнения 11, образцовые эквиваленты датчиков 5, передатчик 6, приемник 7, второй блок синхронизации 8, мультиплексор 9, второй блок памяти 12, вторую схему сравнения 13, блок управления и задания уставок 14. 7 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ.

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Риг. 1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4358836/24-24 (22) 05.01.88 (46) 15.10.89.Бюл. Ф 38 (71) Таганрогский радиотехнический институт им. В,Д.Калмыкова (72) П.Г.Борисов,В.И.Жупиков и С.А,Ыляхтин (53) 681.325(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

tt- 1190364, кл. Г 05 В 23/02, 1985.

Авторское свидетельство ССГР

Р 746559, кл. G 06 F 15/46, 1980. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ТГМПЕРАТУРЫ (57) Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и моÄÄSUÄÄ 3515176 А1 (51)4 С 06 F 15/46 С 05 В 23/02 жет быть использовано в автоматических системах контроля и измерения температуры, а также других параметров сложных объектов ° Целью изобретения является повышение надежности устройства путем цифровой компенсации температурного и временного дрейфа.

Устройство содержит датчики объекта 1, аналоговьп коммутатор 2, аналого-цифровой преобразователь 4, первый блок синхронизации 3, первьп блок памяти 10, первую схему сравнения 11, образцовые эквиваленты датчиков 5, передатчик 6, приемник 7, второй блок синхронизации 8, мультиплексор 9, второй блок памяти 12, вторую схему сравнения 13, блок управления и зада- @ ния уставок 14, 7 ил.

3 15151

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в автоматических системах контроля и измерения температуры, а также других параметров

5 сложных объектов.

Цель изобретения — повьппение надежности устройства.

На фиг.1 приведена структурная 1р схема предлагаемого устройства; на фиг.2 — функциональная схема первого блока синхронизации; на фиг.3 — функциональная схема передатчика; на фиг.4 — функциональная схема второго блока синхронизации; на фиг,5 функциональная схема приемника; на фиг.6 — функциональная схема первой

6 схемы сравнения; на фиг.7 — функциональная схема блока управления и зада-20 ния устанок.

Устройство содержит датчики объекта 1, аналоговый коммутатор 2, первый блок 3 синхронизации, аналогоцифровой преобразователь 4, образ- 25 цовые эквиваленты датчиков 5, передатчик 6, приемник 7, второй блок 8 синхронизации, мультиплексор 9, первый блок 10 памяти, первую схему 11 сравнения, второй блок 12 памяти, 30

I вторую схему 13 сравнения, блок 14 управления и задания устанок, входы и выходы 15-59. Кроме того, устройство содержит генератор 60 тактовых импульсов, счетчик-делитель 61, двоичный счетчик 6?, входной регистр 63, элементы ИЛИ 64.1и 64.2,преобразователь 65 импульсов в парафазный код, генератор 66 пачек импульсов, счетчик 67, элемент 68 задержки, фор- 1р миронатель 69 импульсов, элемент

2И-ИЛИ 70„ регистр 7 1 сдвига, элемент 72 задержки, элемент И 73, компаратор 74, первый элемент И 75, элемент ИЛИ 76, второй элемент И 77.

Блок управления (фиг.7) содержит дешифратор 78, первый 79 и второй 80 регистры, вычитатель 81, делитель 82, умножитель 83, сумматор 84, узел 85 памяти, счетчик 86, триггер 87, первый элемент ИЛИ 88, мультиплексор 89, элемент 90 совпадения, второй элемент ИЛИ 91, первый 92, второй 93 и третий 94 элементы И.

Устройство работает следующим образом.

Информация от датчиков объекта 1 поступает на информационные входы 15 аналогового коммутатора 2, который н зависимости от кода адреса, поступающего на управляющий вход 16 аналогового коммутатора 2 с выхода 17 блока 3, подключает к входу аналогоцифрового преобразователя 4 выход соответствующего датчика 1. Первый блок 3 синхронизации формирует две непрерывные последовательности импульсов, поступающие на выход 18 блока 3, с выхода генератора 60 тактовых импульсов блока 3 (фиг,2) и с выхода счетчика-делителя 61, формирующего импульс с частотой в К =

N + M + 1 раз меньше частоты генератора 60 и длительностью, равной периоду следования генератора 60.

На выходе 17 блока 3 двоичным счетчиком 62 формируется двоичный N-разрядный код адреса датчика, переключаемый по спаду импульса на выходе счетчика-делителя 61.

На выходе аналого-цифрового преобразователя 4 вырабатывается M-разрядный код температуры соответствующего датчика, который вместе с кодом адреса заносится но входной регистр 63 передатчика 6 (фиг.3) по спаду импульса на выходе счетчика-делителя 61 блока 3, а затем под управлением импульсов генератора 60 блока 3 передаются по двухпроводной линии связи двухполярными импульсами (единичная информация передается положительным импульсом на первой линии связи и отрицательным — на второй, нулевая информация — отрицательным на первой линии связи и положительным на второй

После передачи кодов температуры и номера датчика передается расширенный сигнал окончания передачи, 3а время передачи информации о температуре одного датчика производится преобразование температуры следующего из датчиков 1 н цифровой код цепочкой: датчик 1 — коммутатор 2 — аналого-цифровой преобразователь 4. Приемник 7 преобразует входной последовательный код в параллельньп, выдавая информацию о температуре датчика на выходе 25 и его номере на выходе 24. После приема информации при поступлении на вход приемника 7 расширенного импульса, приемник 7 вырабатывает сигнал конца приема на выходе 23. Сигнал конца приема запускает работу второго блока 8 синхронизации, который вырабатывает четыре импульса считывания на выходе 28, четыре импульса записи на выхо5 15151 де ?7, задержанных относительно импульсов считывания, и двухразрядный двоичный код на выходе 26, определяющий тип считываемой устанки. По каждому импульсу считывания, по адресу, код

5 которого формируется из кода номера датчика и кода типа уставки, поступающего на адресные нходы 41 и 42 блока 12 памяти и через информационные 10 входы 29 и 30 мультиплексора 9, при отсутствии импульса записи, на адресный вход 33 блока 10 памяти, считывается информация из блоков 10 и 12 памяти. Память блока 10 хранит для каж- 15 дого датчика четыре уставки, определяющих рабочий диапазон и предельные значения температуры контролируемой точки объекта (предупредительная верхняя и нюкняя и аварийная верхняя 20 и нижняя). Запись значений уставок в блок 10 памяти без учета погрешностей осуществляется при начальной установке и с учетом возникающих в системе погрешностей при каждом измене- 25 нии величины погрешности по импульсам, формируемым на выходе 55 блока 14 управления и задания уставок. При этом информация с выхода 53 блока 14 заносится в блок 10 памяти. Формиро- 30 на,пте импульсов на выходе 55 блока 14 и управление мультиплексором 9 осуществляется по импульсам записи,формируемым на выходе 27 блока 8 управления. Реж ьл начальной установки устрой35 стна задается подачей импульса на вход устройства, по которому блок 14 осуществляет запись кодов уставок в блок 10 памяти, Первая схема 11 сравнения н зависимости от типа уставки, 40 определяемого кодом на выходе 26 блока 3 синхронизации, выявляет преньш.ение верхних предупредительных и аварийных уставок либо понижение значения температуры нижних предупредительных и аварийных уставок. Выявленная первой схемой 11 сравнения метка отклонения от рабочего (предельного) диапазона температуры поступает на нход 45 кторой схемы 13 сравнения, на вход 46 которой поступает с выхода блока 12 памяти метка отклонения,зафиксированная н предыдущем цикле опроса датчиков первой схемой 11 сравнения. При равенстве указанных меток изменений на вьгходе второй схемы 13 сравнения появляе-.ся сигнал, поступающий на вход 50 блока 14 и на выход 59 устройства. Запись информации но вто76 6 рой блок 12 памяти осуществляется по каждому импульсу записи на входе 44 второго блока 12 памяти, при этом значение метки изменения с выхода схемы 11 сравнения заносится во второй блок 12 памяти. Такая органиэация контроля границ уставок позволяет исключить выдачу устройством ложной информации, вызванной случайными возмущениями в системе. Информация на выходе 58 устройства считается верной при единичном значении сигнала на выходе 59 устройстна, т.е. при повторе метки отклонения какого-либо датчика в двух соседних циклах опроса.

Контроль погрешности системы и ее компенсацию осуществляют следующим образом.

К входу аналогового коммутатора 2 подключены два образцовых эквивалента датчиков 5 с выходными сигналами,равными ныходным сигналам. датчиков при нулевой температуре и при максимальной (Т,„ „ ). Код, вырабатываемый на выходе аналогс-цифрового преобразователя 4 при подключении к нему аналоговым коммутатором 2 образцового эквивалента датчика нулевой температуры (И ), характеризует постоянное смещение кода (аддетивная составляющая погрешности). Код, получаемый на выходе аналого-цифрового преобразователя при подключении к нему аналоговым коммутатором 2 образцового эквивалента максимальной температуры (М„„„,), содержит погрешности, характеризующиеся постоянным смещением и изменением коэффициентов преобразования аналоговых элементов системы (аддетивная и мультипликативная составляющие погрешности). При начальной установке устройства в блок 10 памяти по адресам, соответствующим номерам датчиков, вместо которых включены образцовые эквиваленты датчикон 5 записаны вместо кодов уставок соответственно коды нулевой и максимальной температуры.

При приеме информации от образцового эквивалента датчиков и при отсутствии погрешности в системе на выходе первой схемы 11 сравнения отсутствует метка изменения. При отличии принимаемого кода от кода, записанного н блоке 12 памяти, при приеме информации от образцового эквивалента датчикпк на выходе первой схемы 11 сравнения появляется метка изменения, указыкающая на наличие погрешности в с«стсме.

1515176 При наличии метки изменения в следующем цикле опроса в процессе приема информации от этого же образцового эквивалента датчиков, на выходе вто5 рой схемы 13 сравнения появляется сигнал, указывающий на систематический характер погрешности. При совпад<Дщи сигналов на входах 49 и 50 блока 14, поступающих с выходов первой 11 и второй 13 схем сравнения в процессе приема информаций от образцового эквивалента датчиков 5, осуществляется запуск блока 14. При этом блок 14 ос сществляет запоминание кодов от образцовых эквивалентов датчиков 5 н вычисление новых значений уставок с учетом появившейся погрешности по формуле

Импекс- Мо

18 + 1t эст макс

Вычисленные значения уставок записываются в первый блок 10 памяти.По адресам, соответствующим номерам дат- 25 чиков, вместо которых включены образцовые эквиваленты датчиков, записываются принятые от этих эквивалентов коды. Таким образом, после осуществления коррекции уставок при приеме 30 информации от образцовых эквивалентов датчиков на выходе схемы 11 сравнения будет отсутствовать метка изменения до появления дополнительных погрешностей в устройстве, при этом, работа устройства в процессе компенсации погрешности аналогична описанной ранее °

Функциональная схема вычислительного блока 14 приведена на фиг.7. Де- 40 шифратор 78 осуществляет расшифровку номера принимаемого датчика, Сигналы на выходах 1 и К соответствуют номерам образцовых эквивалентов датчиков 5 максимальной и нулевой тем- 45 пературы. Регистры 78 и 80 запоминают коды от образцовых эквивалентов датчиков 5 соответственно максимальной и нулевой температуры. Вычитатель делитель умножитель и сум1 У

50 матор 81-84 осуществляют вычисление по формуле, узел 85 памяти хранит начальные коды уставок, а также коды, соответствующие образцовым эквивалентам датчиков 5 без учета погрешностей устройства. Счетчик 86 осуществ55 ляет формирование последовательности адресов для узла 85 памяти, одновременно поступающих на выход 54 и использующихся при записи данных в первый блок 10 памяти. При начальной установке устройства на вход 52 блока 14 поступает импульс начальной установки, по которому взводится триггер 87 и устанавливается в нулевое состояние счетчик 86. Сигнал с выхода триггера 87 разрешает запись информации от образцовых эквивалентов датчиков в регистры 79 и 80 через элемент ИЛИ 88 и переключает мультиплексор 89 на передачу данных с выхода узла 85 памяти на выход 53 блока 14.

По каждому импульсу записи, поступающему на вход 51, осуществляется переключение счетчика 86 и прохождение импульса на выход 55 через элемент

90 совпадения. По окончании начальной установки устройства, сигналом переполнения с выхода счетчика 86 сбрасывается триггер 87 и запрещается прохождение импульсов через элемент 90 совпадения. Снятие сигнала с г, выхода триггера 87 вызывает подключение мультиплексором 89 данных с выхода сумматора 84 на выход 53 блока 14.

В процессе работы устройства при приеме информации от образцовых эквивалентов датчиков и при наличии сигналов на выходах первой 11 и второй 13 схем сравнения, поступающих на входы

49 и 50 блока 14, осуществляется запись информации в регистры 79 и 80.

При записи информации в один из регистров 79 илн 80, через элемент

ИЛИ 91 устанавливается в нулевое состояние счетчик 86, сжимая сигнал запрета с входа элемента 90 совпадения.

По каждому импульсу записи на входе 51 осуществляется считывание кодов уставок из узла 85 памяти, коррекция этого значения с учетом погрешности умножителем 83 и сумматором 84 и передача данных через мультиплексор 89 на выход 53 блока 14. По окончании считывания всех уставок из узла 85 памяти, сигналом переполнения с выхода счетчика 86 запрещается прохождение импульсов через элемент 90 совпа- дения.

Блок 14 может быть реализован на основе средств микропроцессорной техники с заданием алгоритма работы программным путем. При этом возможности устройства могут быть расширены.

В частности возможна установка образцовых эквивалентов датчиков с выходными сигналами вблизи шалей н верхней

151) l76 границ диапазона, не соответствующих точно границам диапазона, но и с извес тными с высокой точностью параметрами.

Изобретение позволяет повысить

5 достоверность контроля температуры путем введения цифровой компенсации температурного и временного дрейфа параметров аналоговых элементов устройств.Использование приемника и передатчика позволяет повысить достоверность передаваемой по линии связи информации при удалении датчиков, Использование информации о выходе значения температуры за установленные границы совпадающей в двух соседних циклах опроса позволяет повысить устойчивость устройства к случайным возмущениям, 20

Формула изобретения

1, Устройство для контроля температуры, содержащее аналоговый коммута- 25 тор, первый блок синхронизации, аналого-цифровой преобразователь, первую схему сравнения, первый блок памяти и датчики объекта, выходами соединенные с соответствующими информацион- 30 ными входами аналогового коммутатора. выход которого соединен с входом аналого-цифрового преобразователя, а управляющий вход — с адресным выходом первого блока синхронизации, выход

35 первого блока памяти соединен с первым информационным входом первой схемы сравнения, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности устройства, в него введены блок управления и задания уставок, второй блок синхронизации, мультиплексор,второй блок памяти, вторая схема сравнения, образцовые эквиваленты датчиков, передатчик и приемник, выходы образцо45 вых эквивалентов датчиков соединены с соответствующими информационными входами аналогового коммутатора, выход аналого-цифрового преобразователя соединен с информационншм входом передатчика, адресный вход которого соеди нен с адресным выходом первого блока синхронизации, синхровыходом соединенного с синхровходом передатчика, выход которого соединен с входом приемника, синхровыход которого соединен с управляющим входом второго блока синхронизации, адресный выход приемника соединен с первым информационным входом мультиплексора, первым адресным входом второго блока памяти, первым входом блока управления и задания уставок и является первым выходом устройства, информационный выход приемника соединен с вторым входом первой схемы сравнения и вторым входом блока управления и задания уставок, первый выход которого соединен с информационным входом первого блока памяти, адресным входом соединенного с выходом мультиплексора, второй информационный вход которого соединен с кодовым выходом второго блока синхронизации, вторым адресным входом второго блока памяти, управляющим входом первой схемы сравнения и является вторым выходом устройства, выход первой схемы сравнения соединен с первым входом второй схемы сравнения, третьим входом блока управления и задани>, уставок, информационным входом второго блока памяти и является третьим выходом устройства, выход второго блока памяти соединен с вторым входом второй схемы сравнения, выход которой является четвертым выходом устройства и подключен к четвертому входу блока управления и задания уставок, второй выход которого соединен с третьим информационным гходом мультиплексора, управляющий вход которого соединен с выходом записи второго блока синхронизации, входом записи

BTopnI блока памяти и пятым входом блока управления и задания уставок, шестой вход которого является входом устройства, выход считывания второго блока синхронизации соединен с входами считывания первого и второго блоков памяти, третий выход блока управления и задания уставок соединен с входом записи первого блока памяти.

2, Устройство по п.1, о т л и ч ающ е е с я тем, что блок управления и задания уставок содержит дешифратор, первый и второй регистры, вычитатель, делитель, умножитель, суьалатор, узел памяти, счетчик, триггер, мультиплексор, элемент совпадения, первый и второй элементы ИЛИ, с первого по третий элементы И, входы дешифратора являются первым входом блока, в:соды данных первого и второго регистров являются вторым входом блока, в<оды третьего элемента И являются Tp(тьим и четвертым входами блока соответственно, первый вход эл.мента сов12

Д

Рие 2

Риа 3

ll 15151 падения и вход управления узла памяти являются пятым входом блока, установочный вход триггера и первый вход сброса счетчика являются шестым

5 входом блока, выходы дешифратора соответственно соединеньг с первыми входами первого и второго элементов И, выход третьего элемента И соединен с первым входом первого элемента ИЛИ, 1р выходом подключенного к вторым входам первого и второго элементов И, выход первого элемента И соединен со стробирующим входом первого регистра и с .первым входом второго элемента И, вы- 15 ход второго элемента И соединен со стробирующим входом второго регистра и с вторым входом второго элемента И, выходом подключенного к второму входу сброса счетчика, выход триггера соеди-20 нен с входом управления мультиплексо, ра и с вторым входом первого элемента ИЛИ, выход элемента совпадения соединен со счетным входом счетчика и является третьим выходом блока, выходы 25 первого регистра подключены к входам уменьшаемого вычитателя, а выходы второго регистра — к входам вычитаемого вычитателя и входам первого слагаемого сумматора, входами второго слагаемого подключенного к выходам умножителя, а выходами †.к входам данных первой группы мультиплексора, входами данных второй группы подключенного к выходам узла памяти, которые соединены с входами первого сомножителя умножителя, выходы мультиплексора являются первым выходом блока, выходы счетчика соединены с адресными входами узла памяти и являются вторым выходом блока, выходы вычитателя подключены к входам делимого делителя, входы делителя которого подключены к шине уставки блока, а выходы делителя соединены с входами второго сомножителя умножителя, выход переполнения счетчика подключен к входу сброса триггера и второму входу элемента совпадения.

1 )I )176

1515176 ригб

Рае 7

Составитель И.Алексеев

Редактор N.Ñåðåäà Техред Л.Олийнык Корректор А.Обручар

Заказ 6278/47 Тираж 668 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101