ПРОГРАММНО-УПРАВЛЯЕМАЯ СИСТЕМА ЗАДАНИЯ АБСОЛЮТНОГО ДАВЛЕНИЯ

Полезная модель относится к измерительной технике, а именно к области систем автоматизированного контроля качества датчиков давления газа.
I
I
I
I
I
II
г
г
г
Известно устройство для регулирования давления (Патент РФ на изобретение №2072548, 27.01.1997 г., МПК G05D 16/20, Ноянов В.М.). Сущность изобретения состоит в том, что датчик обратной связи, по которому осуществляется регулирование давления, установлен на входе потребителей жидкого продукта, а раздаточная емкость соединена с ними через турбинный преобразователь расхода (ТПР) и клапаны, ТПР совместно с преобразователем частота-код измеряют секундный расход жидкости, по которому вычислитель значений параметров и настройки регулятора расхода определяет составляющую G  расхода газа, подаваемого в емкость из баллона, идущую на восполнение ее освобождаемого объема. Вторая составляющая G  , предназначенная для компенсации возникающих сигналов рассогласования, определяется по соотношению, которым описывается закон ПИД-регулирования, причем значения входящих в него постоянных времени интегрирования и дифференцирования, а также коэффициента передачи по давлению корректируются по мере опорожнения емкости и увеличения объема ее газовой среды. Для этого емкость снабжена датчиком уровня, подключенным к вычислителю через преобразователь дискретных сигналов в код. Измерительная информация с датчиков давления и угла поворота дросселя вводится в вычислитель через преобразователи напряжения, коммутатор и преобразователь аналог-код. Температура газовой среды, учитываемая при вычислении G , измеряется датчиком и вводится в вычислитель через специальный блок. Вычислитель настраивает регулятор по сумме составляющих расхода газа G и G, используя его расходную характеристику. Управляющие команды в регулятор поступают через ключи формирователя.
Основным недостатком устройства для регулирования давления является то, что предложенные в устройстве технические решения предназначены, прежде всего, для систем задания давления жидкой среды.
Известно устройство для задания и регулирования давления (Патент РФ на изобретение №2060535, 20.05.1996 г., МПК G05D 16/20, Сударев A.M.). Сущность изобретения заключается в том, что в устройство для задания и регулирования давления, содержащее электрический задатчик давления, соединенный со схемой сравнения, один из входов которой соединен с датчиком давления, электроклапаны, к которым подключены выходы схемы сравнения, дополнительный ресивер, соединенный с источниками различных давлений трубопроводами, включающими в себя электроклапаны, дополнительно введен пневмоповторитель-усилитель мощности, вход которого соединен с дополнительным ресивером, выход - с управляемым ресивером, вход датчика давления соединен с дополнительным ресивером или расположен в нем.
Основным недостатком устройства для задания и регулирования давления является то, что в данном устройстве не учитывается разность весовых секундных расходов газа при наполнении и опустошении ресивера.
Известно устройство для задания и автоматической стабилизации давления (Авторское свидетельство СССР №1615687, 23.12.1990 г., МПК G05D 16/20, Иванов Ю.Д., Спиридонов Э.И., Туровский В.А.). Данное устройство выбрано в качестве ближайшего аналога. Устройство для задания и автоматической стабилизации давления содержит блок задания давления, подключенный к первому входу узла сравнения, ресивер, полость которого соединена с управляемыми пневмодросселями высокого и низкого давлений, а также с датчиком абсолютного давления воздуха, связанным со вторым входом узла сравнения, соединенного своим выходом через блок электро-механических преобразователей с управляемыми пневмодросселями высокого и низкого давлений. Узел регулирования выполнен в виде управляемых пневмодросселей высокого и низкого давлений, соединенных с пневморегуляторами постоянного перепада высокого и низкого давлений.
Основным недостатком ближайшего аналога является то, что пневморегуляторы постоянного перепада высокого и низкого давлений во всем диапазоне задаваемых давлений не могут обеспечить идентичность расходных характеристик при наполнении и опустошении ресивера, что затрудняет повышение точности задаваемого давления.
Перед заявляемой полезной моделью поставлена задача повысить точность задания давления.
Поставленная задача решена тем, что программно-управляемая система задания абсолютного давления содержит блок электромеханических преобразователей, пневморегулятор постоянного перепада высокого давления, пневморегулятор постоянного перепада низкого давления, управляемый пневмодроссель высокого давления, управляемый пневмодроссель низкого давления, ресивер, датчик абсолютного давления газа, перепрограммируемое счетно-решающее устройство, связанное с датчиком абсолютного давления газа и блоком электро-механических преобразователей, который связан с управляемыми пневмодросселями высокого и низкого давлений, входы которых соединены с пневморегуляторами постоянного перепада высокого и низкого давлений соответственно, а выходы управляемых пневмодросселей высокого и низкого давлений соединены с ресивером..
На фиг.1 представлена обобщенная структура программно-управляемой системы задания абсолютного давления.
'
'
11
12
На фиг.2 приведены расходные характеристики управляемых пневмодросселей высокого (G ) и низкого (G ) давлений при отсутствии в конструкции пневморегуляторов постоянного перепада высокого и низкого давлений.
''
''
11
12
На фиг.3 приведены расходные характеристики управляемых пневмодросселей высокого (G ) и низкого (G ) давлений при наличии в конструкции пневморегуляторов постоянного перепада высокого и низкого давлений.
На фиг, 4 представлена математическая модель программно-управляемой системы задания абсолютного давления.
1
2
Программно-управляемая система задания абсолютного давления содержит перепрограммируемое счетно-решающее устройство 1 (см. фиг.1), порты вывода данных которого соединены с блоком электромеханических преобразователей 2. Источник высокого давления p соединен с входом пневморегулятора постоянного перепада высокого давления 3; источник низкого давления p соединен с входом пневморегулятора постоянного перепада низкого давления 4. Выход пневморегулятора постоянного перепада высокого давления 3 соединен с управляемым пневмодросселем высокого давления 5; выход пневморегулятора постоянного перепада низкого давления 4 соединен с управляемым пневмодросселем низкого давления б. Сигнал управления на управляемые пневмодроссели высокого 5 и низкого 6 давлений поступает с блока электро-механических преобразователей 2. Полость ресивера 7 соединена с управляемыми пневмодросселями высокого 5 и низкого 6 • давлений и датчиком абсолютного давления газа 8. Сигнал с датчика абсолютного давления газа 8 поступает на порт ввода данных перепрограммируемого счетно-решающего устройства 1.
x
2
x
1
1
2
упр.
1
1
x
2
x
2
1
2
х
1
2
1
2
Задача регулирования (задание и стабилизация) давления рх в замкнутом объеме V, решается с помощью управляемых пневмодросселей 5 и 6, которые накачивают или стравливают газ из ресивера 7 в зависимости от сигнала, поступающего от блока электро-механических преобразователей 2, управляемых перепрограммируемым счетно-решающим устройством 1. При достаточно большом диапазоне изменения давления р<р<р (р - давление питания, р - давление сброса, U - сигнал управления) процесс регулирования затрудняется, т.к. разницы перепадов давления d=p-p и d=p-p на управляемых пневмодросселях 5 и 6 на краях диапазона становятся слишком большими (см. фиг.2). Применение в конструкции пневморегуляторов постоянного перепада высокого 3 и низкого 4 давлений, обеспечивающих постоянные перепады давлений d и d на управляемых пневмодросселях 5 и 6 относительно задаваемого в ресивере 7 давления р независимо от ее величины, улучшает процесс регулирования давления (см. фиг.3). При равных перепадах давления (d=d=d) весовой секундный расход при наполнении несколько отличается от расхода при опустошении рабочего объема. Обеспечение с помощью пневморегуляторов постоянных величин перепадов давления (d и d) на дросселирующих участках позволяет достичь практически идентичности расходных характеристик при регулировании давления, это повышает точность и расширяет диапазон задаваемых давлений. Главной трудностью, препятствующей дальнейшему повышению точности, является то, что разность весовых секундных расходов через управляемые пневмодроссели высокого 5 и низкого 6 давлений в режиме динамического (значения задаваемого давления меняются во всем диапазоне по заранее неизвестному закону) воспроизведения давления газа в ресивере достигает значительной величины (см. фиг.3). Поэтому программно-управляемая система задания абсолютного давления содержит перепрограммируемое счетно-решающее устройство 1, с помощью которого алгоритмическим методом устраняется неидентичность расходных характеристик.
Настройка параметров перепрограммируемого счетно-решающего устройства осуществляется таким образом, чтобы электрический сигнал на выходе перепрограммируемого счетно-решающего устройства, поступающий на блок электро-механических преобразователей, описывался следующим разностным уравнением:
тек.
- заданное текущее значение давления, р - текущее значение давления, определяемое с помощью датчика абсолютного давления газа 8, u(k) - сигнал управления.
0
1
2
2
1
12
11
0
1
2
Первоначальные параметры q, q и q рассчитываются с использованием алгоритмов параметрической настройки, что позволяет получить параметры регулятора близкие к оптимальным. В процессе динамического задания давления газа в диапазоне от р=0 до р=8d модуль разности G"-G" нелинейно меняется от 0,5d до 2,6d. Для того, чтобы исключить влияние неидентичности расходных характеристик на точность задания давления в перепрограммируемом счетно-решающем устройстве 1 в режиме реального времени с помощью математической модели (см. фиг.4), построенной на основе известных законов газовой динамики и формул Менделеева-Клайперона, происходит корректировка параметров q, q и q Рассчитанный в перепрограммируемом счетно-решающем устройстве 1 сигнал управления u(k), учитывающий неидентичность расходных характеристик, поступает на блок электро-механических преобразователей 2, которые воздействуют на управляемые пневмодроссели высокого 5 и низкого 6 давлений.
Таким образом, программно-управляемая система задания абсолютного давления позволяет повысить точность задаваемого давления за счет синхронного использования пневморегуляторов постоянных перепадов высокого 3 и низкого 4 давлений и перепрограммируемого счетно-решающего устройства 1.