SU1305404A1

SU1305404A1 - Электронный регул тор расхода воздуха стенда дл поверки и настройки шахтных сигнализаторов метана

Info

Publication number: SU1305404A1
Application number: SU853982394A
Authority: SU
Inventors: Юлий Николаевич Камынин; Марк Бениаминович Львовский
Priority date: 1985-11-28
Filing date: 1985-11-28
Publication date: 1987-04-23

Description

пороговый элемент (ПЭ) 26. К выходам ДН 24 и ПЭ 26 подключены входы элемента 28 совпадени , Его выход соединен с управл ющим входом ключевого элемента 21, по сигналу с которого через параллельно подключенную к нему емкость 20 включаетс или отключаетс интегратор 19. Вход ПЭ 26 подключен к выходу С 23 и входу усилител 27 мощности. На вход С 23 регул тора 14 через усилитель 25 подключен выход блока 15 сравнени текущей и заданной концентрахдай метаИзобретение относитс к технике безопасности на угольных шахтах, а именно к автоматическим системам и . средствам газовой защиты, их метрологическому обеспечению, и может быть использовано при поверке и настройке всех видов шахтных сигнализаторов метана.

Целью изобретени вл етс повышение быстродействи поверки и настройки шахтных сигнализаторов метана путем ускорени процесса приготовлени . метановоздушной смеси заданной кон- центра)ции.

На фиг.1 изображена блок-схема электронного регул тора в составе стенда; на фиг.2 - временные диаграммы работы электронного регул тора.

В состав стенда вход т б;1ллон 1 с поверочно-газовой смесью, который через газовый кран 2, газовый смеситель 3 соединен с входом проточной реакционной чейки 4, представл ющей собой камеру малого объема, в которой расположен термокаталитический датчик 5 образцового метанометра 6, вьтолненного в виде милливольтметра. Выход чейки соединен через расходомер 7 с присоединительной насадкой 8 дп подключени повер емого сигнализатора 9.

Дл повышени быстродействи стенда объем смесител 3, проточной чейки 4, расходомера 7, присоединительной насадки 8 и подвод щих трубок, .образующих газовьй тракт стенда, должен быть малым. Датчик 5 с этой

на. Сигналом ошибки с блока 15 через дифферендиатор 22, ДН 24 и элемент 28 включаетс ключ, а через ПЭ 26 и эле-мент 28 он отключаетс . Порог срабатывани ПЭ 26 меньше, чем напр жение на выходе С 23 в установившемс режиме.До срабатывани ПЭ 26 и включени интегратора 19 регул тор 14 работает с ПД - законом регулировани в начале переходного процесса. В установившемс режиме регул тор 14 работает с ПИД - законом регулировани . 2 ил.

O

5

же целью выбираетс с малой посто нной времени. Емкость 10 с метаном присоединена к камере 11 дл метановоздушной смеси, котора через побудитель 12 расхода метановоздушной смеси (вибрационный микрокомпрессор) соединена с газовым краном 2 и через него св зана с газовым смесителем 3, выход которого подключен к проточной реакционной чейке 4 и через нее соединен с расходомером 7 и присоединительной насадкой 8. Побудитель 13 расхода атмосферного воздуха (аналогичен побудителю 12) соединен с выходом электронного регул тора 14 расхода воздуха и подключен к газовому смесителю 3„ Выход образцового метанометра 6 подключен к первому входу блока 15 сравнени , к второму входу которого подсоединен задатчик 16 концентрации метана. Выход блока 15 сравнени подключен к входу электронного регул тора 14 расхода воз духс1. Блок 17 обработки информации СБОИМ первым входом подсоединен к выходу образцового метанометра 6, а к его второму входу подключен датчик 18 включени сигнализации повер емого шахтного сигнализатора 9. В состав электронного регул тора Т4 расхода воздуха входит интегратор 19, к интегрирующей емкости 20 которого парсшлельно подключен ключевой элемент 21. Дифференциатор 22 своим вы5 ходом подключен к одному из трех вхо- дов сумматора 23 и к входу детектора 24 нул . К двум другим входам сумма0

0

313

тора 23 подключены выход интегратора 19 и выход блока 15 сравнени через усилитель 25, к выходу блока 15 подсоединены также входы интегратора 19 и дифференциатора 22. К выходу сумматора 23 подключены входы порогового элемента 26 и усилител 27 мощности . Выход усилител 27 мощности подсоединен к побудителю 13 расхода ат

мосферного воздуха, выходы детектора 10 чено перепрограммируемое запоминающее 24 нул и порогового элемента 26 под- устройство (ППЗУ) микроЗВМ. К выходу ключены к входам элемента 28 совпадени , выход которой подключен к управл ющему входу ключевого элемента 21..

Интегратор 19, дифференциатор 22, сумматор 23, .усилитель 25 представл ют собой известные элементы,собранные на операционных усилител х (ОУ).СумАЛУ подключен блок цифропечати микро- ЭВМ.

Стенд работает следующим образом.

Образцовьм метанометр 6 калибруетс с помощью поверочно-газовой смеси , котора поступает на термокаталитический датчик 5 из баллона 1 через

матор 23 и усилитель 25 вл ютс ин- 20 зовый кран 2, газовый смеситель 3,

проточную чейку 4, где расположен датчик 5, и расходомер 7. Затем, подава метан из емкости 10 в камеру 115 приготавливают метановоздушную смесь. Полученна метановоздушна смесь подаетс из камеры 11 с помощью побудител 12 расхода газа через газовый кран 2, газовый смеситель 3 к проточной чейке 4 и поступает к датчику 5 образиового метан;:1-.;етра 6, при этом его показани начинают возрастать во времени до величины концентрации метана С( в этой смеси. На выходе метанометра 6 есть значение

вертирующими. Усилитель 27 мощности собран на транзисторе и также вл етс известным элементом. Усилитель 25 введен как вспомогательный элемен дл усилени напр жени на входе сумматора 23.

Ключевой элемент 21 выполнен на полевом транзисторе, сток и исток которого подключены к интегрирующей емкости 20, а затвор подключен к вы- ходу схемы 28 совпадени .

Детектор 24 нул представл ет собой нуль-орган, выполненный на ОУ.

проточную чейку 4, где расположен датчик 5, и расходомер 7. Затем, подава метан из емкости 10 в камеру 115 приготавливают метановоздушную смесь. Полученна метановоздушна смесь подаетс из камеры 11 с помощь побудител 12 расхода газа через газовый кран 2, газовый смеситель 3 к проточной чейке 4 и поступает к датчику 5 образиового метан;:1-.;етра 6, при этом его показани начинают возрастать во времени до величины концентрации метана С( в этой смеси. На выходе метанометра 6 есть значение

Пороговый элемент 26 вл етс триггером Шмитта.35 зпРЯ к U, , пропорциональное кон

Элемент 28 совпадени вл етс логическим элементом 2И. Блок 15 сравцентрации метана на датчике 5, т.е. С|. Это напр жение поступает на первый вход блока 15 сравнени . При работе стенда в режиме стабилизации со держани метана на второй вход блока 15 сравнени с выхода задатчика 16 концентрации метана поступает посто нное напр жение U,, , пропорциональнени вл етс известным дифференциальным усилителем, собранным на ОУ.

Задатчик 16 концентрации метана вл етс аналоговым функциональным генератором и содержит потенциометр, задающий уставку по концентрации ме

тана в режиме стабилизации и генера- 5 -г. меньше С. Коэффициент пропорциотор линейно измен ющегос напр жени , собранного на ОУ, вьфабатывающе- го линейно нарастающее напр жение в режиме программного регулировани ,

нальности метанометра 6 и задатчика 16 выбран равным 1 В/% об. . На выходе блока 15 сравнени формируетс напр жение ошибки, равное разности

который используетс дл автоматиче- rg напр жений с выхода метанометра 6 и

задатчика 16. Оно имеет положительну пол рность, поскольку Up больше Uj; и возрастает в начале переходного процесса. Напр жение ошибки поступает с выхода блока сравнени на вход электронного регул тора 14, который формирует управл ющее воздействие (закон регулировани ),,поступающее на побудитель 13рассода воздух

ского определени сигнальной концентрации шахтного сигнализатора.

Блок 17 обработки информации имеет микроэвм и цепь формировани сигнала записи, подключенную к выходу датчика 18 включени сигнализации (микрофон), котора состоит из по- следовательно соединенных усилител амплитудного детектора и триггера

Имитта, выход которого подключен к одному из входов оперативно1 о - апоми- нающего стройства (ОЗУ) микрсЭВМ. К второму входу ОЗУ подключен АЦП, который подключен к выходу образцового метанометра 6. Выход ОЗУ подключен к одному из входов арифметико- ло1 ического устройства (АЛУ) микро- ЭВМ, к второму входу которого подключено перепрограммируемое запоминающее устройство (ППЗУ) микроЗВМ. К выходу

АЛУ подключен блок цифропечати микро- ЭВМ.

Стенд работает следующим образом.

зовый кран 2, газовый смеситель 3,

зпРЯ к U, , пропорциональное кон

центрации метана на датчике 5, т.е. С|. Это напр жение поступает на первый вход блока 15 сравнени . При работе стенда в режиме стабилизации содержани метана на второй вход блока 15 сравнени с выхода задатчика 16 концентрации метана поступает посто нное напр жение U,, , пропорциональL2

ное концентрации метана С, причем

-г. меньше С. Коэффициент пропорциональности метанометра 6 и задатчика 16 выбран равным 1 В/% об. . На выходе блока 15 сравнени формируетс напр жение ошибки, равное разности

напр жений с выхода метанометра 6 и

задатчика 16. Оно имеет положительную пол рность, поскольку Up больше Uj; и возрастает в начале переходного процесса. Напр жение ошибки поступает с выхода блока сравнени на вход электронного регул тора 14, который формирует управл ющее воздействие (закон регулировани ),,поступающее на побудитель 13рассода воздуха

Закон регулировани определ етс предложенной структурой электронного регул тора и формируетс следующим образом.

Напр жение ошибки в момент подачи смеси на датчик 5 положительно. Оно поступает на вход дифференциатора 22 с выхода блока 15 сравнени , и напр жение на выходе дифференциатора 22 имеет отрицательную пол рность (дифференциатор инвертирует сигнал) до тех пор, пока напр жение ошибки не помен ет знак с плюса на минус,т.е. прекратит свой рост. В момент максимального значени напр жени ошибки ее производна равна нулю, и напр жение на выходе дифференциатора 22 также равно нулю. Все врем , пока напр жение ошибки положительно, а напр жение на выходе дифференциатора отрицательно, на выходе детектора 24 нул , подключенного к выходу дифференциатора 22, имеетс положительное напр жение, которое поступает на вход элемента 28 совпадени , На другой вход схемы совпадени с выхода порогового элемента 26 поступает также положительное напр жение, поскольку его уставка срабатывани выбрана меньше, чем напр жение задат- чика Uj и напр жение на выходе сумматора в первый момент времени мейь- ше, чем указанное напр жение уставки. срабатывани порогового элемента. Поэтому в первый момент времени нарастани напр жени ошибки на оба входа элемента 28 совпадени поступают положительные напр жени с выходов порогового элемента 26 и детектора 24 нул и на выходе элемента 28 совпадени имеетс положительное напр жение логической единицы,, которое поступает на управл ющий вход ключевого элемента 21 и вызьгаает его срабатывание . При этом емкость 20 интегратора 19 закорачиваетс и разр жаетс через открытый ключевой элемент 21. Шунтирование интегрируюд(ей емкости 20 интегратора 19 отключает интегратор и уменьшает врем переходного процесса в электронном регул торе 14, тем самым ускор етс процесс установлени показани метанометра 6, а следовательно, ускор етс процесс приготовлени метановоздушной смеси на выходе стенда и повышаетс быстродействие поверки и настройки шатньпс сигнализаторов. Одновременно уменьша

5

0

5

0

5

0

5

етс величина перерегулировани регул тора 14. После того, как напр жение на выходе сумматора 23 превысит порог срабатывани порогового элемента 26, напр жение на его выходе мен ет знак с положительного на отрицательный и блокирует через элемент 28 совпадени работу корректирующей цепи дифференциатор 22 - детектор 24 нул ,предотвраща ее дальнейшее воздействие через ключевой элемент 21 на интегратор 19, повыша надежность работы корректирующей цепи в целом, поскольку в установившемс режиме отключение интегратора ухудшает точность работЪ стенда. После установлени показани действие корректиру- юп;ей цепи, ускор ющей переходной процесс , прекращаетс . Дл этого порог срабатывани порогового элемента 26 выбирают немного меньше, чем напр жение на выходе сумматора 23 в установившемс режиме.

Таким образом, ключевой элемент 21 включаетс цепочкой дифференциатор 22 детектор 24 нул через элемент 28 совпадени , а отключаетс при помощи порогового элемента 26 также через элемент 28 совпадени . После срабатывани порогового элемента 26, как только прекращаетс рост напр жени ошибки, на выходе блока 15 сравнени напр жение на выходе дифференциатора 22 мен ет знак с отрицательной пол рности на положительную,вследствие чего мен етс знак напр жени на выходе детектора 24 нул с положительной пол рности на отрицательную , на выходе элемента 28 совпадени имеетс напр жение логического нул . Это также вызывает отключение ключевого элемента 21, но он еще раньше отключен после срабатывани порого- . вого элемента 26, с целью повышени надежности работы корректирующей це- . пи в установившемс режиме и при переходе с одной уставки по концентрации на другую, большую по величине, когда уже не требуетс отключать интегратор . Отключение интегратора и ускорение процесса приготовлени смеси требуетс при запуске стенда и выведении его с нулевых показаний на установившеес заданное значение, а также при автоматическом определении сигнальной концентрации сигнализатора , когда йа выходе стенда (в присоединительной насадке 8) генерируетс линейно нарастающий закон изменени концентрации метана, и электронный регул тор 14 работает посто нно в переходном режиме, До срабатывани порогового элемента 26 и вклю- чени интегратора 19 регул тор 14 работает с ПД-законом регулировани в начале переходного процесса, а в установившемс режиме регул тор 14 работает с ПИД-законом регулировани По мере роста напр жени ошибки,эта величина поступает на сумматор 23 с выхода блока 15 сравнени через усилитель 25 и суммируетс с напр жени ми с выходов дифференциатора 22 и ни-

тегратора 19. Интегратор в этот момент закорочен и своим напр жением н увеличивает напр жени ошибки в переходном процессе,а дифференциатор,.наоборот , ускор ет переходной процесс, уменьша ошибку в переходном процессе .

Усилитель 25 вл етс инвертирующим , сумматора 23 также инвертирующий , поэтому в результате напр же- ние на выходе сумматора увеличиваетс в начале переходного процесса,также увеличиваетс и напр жение на побудителе 13 расхода возуха, который подключен через усилитель 27 к выхо- ду сумматора, количество воздуха, по даваембе на смеситель 3, увеличиваетс , что приводит к уменьшению концентрации метана в смеси, поступающей в чейку 4 к датчику 5 метанометра 6. Поэтому напр жение на выходе метанометра 6 начинает уменьшатьс , следовательно начинает уменьшатьс напр жение ошибки на выходе блока 15 сравнени . Переходный процесс в автома- тическом регул торе заканчиваетс установлением показани метанометра 6, равным уставке на выходе задатчи- ка 16, а напр жение ошибки становитс близким к нулю.

Временные диаграммы (фиг.2) по сн ют описанные переходные процессы в регул торе 14. На диаграммах обозначены: напр жение Uj, на выходе метанометра 6; напр жение uU сшиб- ки на выходе блока 15 сравнени ; напр жение ид„-, на выходе дифференциатора 22; напр жение Идет.о «а выходе детектора 24 нул ; напр жение

U(, на выходе сумматора 23; установившеес напр жение и,,,., „. сумматора; уставка срабатывани порогового элемента 26; напр жение на выходе порогового элемента 26; напр жение U (, на выходе элемента 28 совпадени ; напр жение И на выходе интегратора 19.

Работа электронного регул тора 14 и корректирующей цепи, управл ющей законом регулировани ПД-Ш-Щ, в режиме программного регулировани не отличаетс от работы в описанном режиме стабилизации концентрации метана ..

Claims

Формула изобретени

Электронньй регул тор расхода воздуха стенда дл поверки и настройки шахтных сигнализаторов метана, содержащий интегратор, дифференциатор,сумматор и усилитель мощности, причем вход интегратора соединен с входом дифференциатора и одним из входов сумматора и вл етс входом электрон ного регул тора, выход сумматора со- .единен с входом усилител мощности, ;выход которого вл етс вьп Юдом электронного регул тора, отличающийс тем, что, с целью повыше - ни быстродействи поверки и настройки шахтных сигнализаторов метана путем ускорени процесса приготовлени метановоздушной смеси заданной концентрации , в электронный,регул тор расхода воздуха стенда введены ключевой элемент, детектор нул , элемент со впадени и пороговый элемент,причем входы детектора нул и порогового элемента подключены соответственно к выходам дифференциатора и сумматора электронного регул тора расхода воздуха стенда, входы элемента совпадени подсоединены к выходам детектора нул и порогового элемента соответственно, выход элемента совпадени соединен с управл кнцим входом ключевого элемента, который подключен параллельно емкости интегратора электронного регул тора расхода воздуха стенда, а вход порогового элемента подключен к выходу сумматора и входу уснпител мощности.

Uc

2

-. ™J,. .™

ЩУ dem.g

,j

Uct/K

tjCfjn

Urfso

Г

L I

Редактор Л.Лангазо

Составитель Г.Нунупаров

Техттед ЛоОлейник Корректор А.Зимокосов

Заказ 1420/33Тираж 430Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035., Москва5 Ж-35, Раушска наб, д,4/5

Производственно-полиграфическое предпри тие, г.Ужгород, ул,Проектна ,4