СПОСОБ ЭЛЕКТРО-ПНЕВМО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ
ELECTRIC-TO-AIR CONVERSION

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к области автоматизации производственных процессов с использованием средств пневмоавтоматики и может быть использовано в различных отраслях промышленности и энергетики.
Уровень техники
Известен способ электропневматического дискретного преобразования, реализуемый предложенным устройством. Способ предусматривает дискретное управление питанием воздуха, сбросом воздуха в атмосферу и расходом на форсировку, сравнение выходного давления с номинальным, дифференцирование входного сигнала, включение подачи питания и отключение форсировки при несовпадении выходного давления с номинальным, включение сброса для приведения при необходимости выходного давления к атмосферному (Патент СССР 706582, 31.12.1979, F15C 3/00, G05B 11/44).
Данный способ используется для преобразования дискретных сигналов и не может работать с аналоговыми сигналами. Кроме того, схема построения преобразования не обеспечивает высокое быстродействие.
Известен также способ электропневматического преобразования, реализуемый устройством, содержащим электромагнит, мембранную головку, лежащую на мембране и имеющую соединенное с атмосферой верхнее выпускное седло клапана, закрывающее камеру выходного давления, и нижнее впускное седло клапана, закрывающее камеру давления питания. Способ предусматривает управление питанием воздуха в выходную линию и сбросом воздуха в атмосферу, сравнение выходного давления с требуемым при помощи мембраны с пружиной, осуществление механопневматического преобразования, учет температуры обмотки электромагнита (Патент РФ 2352974, 20.04.2009, G05D 16/00) (прототип).
Используемый в известном способе принцип преобразования предполагает непрерывный сброс воздуха, что приводит к значительному его расходу, а механопневматическое преобразование не обеспечивает достаточно высокое быстродействие.
Раскрытие изобретения
Цель изобретения - повышение быстродействия и снижение расхода воздуха. Указанная цель достигается тем, что, в отличие от известного технического решения, в предлагаемом способе преобразование реализуют в виде циклических действий при нормально закрытых подпитке воздуха в выходную линию и сбросе воздуха из этой линии в атмосферу, в конце каждого цикла измеряют с помощью АЦП фактическое давление в выходной линии и определяют значение ошибки преобразования и ее знак, в начале каждого цикла определяют ширину импульса управляющего сигнала пропорционально найденному в конце предыдущего цикла значению ошибки, после чего осуществляют выдачу одиночного широтно-импульсного управляющего сигнала на кратковременное открытие подпитки при положительном знаке ошибки или кратковременное открытие сброса при отрицательном знаке ошибки, причем коэффициенты пропорциональности в расчете ширины импульса корректируют в конце текущего цикла в зависимости от соотношения ошибки и разности фактических значений давления в текущем и предыдущем циклах.
Описание чертежей
Реализация и особенности предлагаемого способа иллюстрируются рисунками.
Фиг. 1. Структурная схема электро-пневмо преобразователя
Фиг. 2. Циклограмма работы электро-пневмо преобразователя
Осуществление изобретения
Применение пневматических технических средств, в частности различных исполнительных механизмов, широко распространено в промышленности. Структурная схема электро-пневмо преобразователя, реализующая предлагаемый способ, представлена на фиг. 1. Преобразователь содержит тактовый генератор 1, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 2, датчик 3 давления в выходной линии, блок сравнения 4, вычислительный блок 5, клапан 6 подпитки воздуха в выходную линию, клапан 7 сброса воздуха в атмосферу, формирователь импульсов 8 и блок коррекции 9.
Циклограмма работы преобразователя показана на фиг. 2.
Преобразователь, реализующий предлагаемый способ, работает следующим образом.
Тактовый генератор 1 формирует последовательность циклов работы преобразователя с задаваемым периодом T. В зависимости от конструкции преобразователя период может быть постоянным или корректируемым и составлять ориентировочно от десятых долей секунды до нескольких секунд.
В конце каждого цикла (i - номер цикла):
i
i
- определяется значение входного электрического сигнала U и с помощью АЦП 2 измеряется фактическое значение давления P в выходной линии по сигналу от датчика 3;
- с помощью блока 4 определяется ошибка преобразования:
В начале каждого цикла выполняются следующие действия:
огр
- с помощью блока 5 определяется длительность импульса управляющего сигнала в зависимости от значения ошибки в предыдущем цикле, с учетом ограничений по чувствительности δ:
i-1
огр
а) если δ>δ, то
i
i-1
0
где M=(1+mP)M;
i-1
огр
б) если δ< - δ, то
i
i-1
0
где N=[1+n(100-P)]N;
огр
i-1
огр
в) если - δ≤δ≤δ, то выдача сигнала на клапаны в i-м цикле не производится;
- с помощью блока 8 импульс управляющего сигнала выдается на соответствующий клапан.
0
0
Коэффициенты m, M, n, N выбираются в зависимости от проходного сечения и быстродействия клапанов 6 и 7, конструкции пневматических каналов преобразователя, других требований к преобразователю.
i
i
i
В конце каждого цикла, после определения значения δ, с помощью блока 9 производится корректировка коэффициента R (если в этом цикле включался клапан 6) или S (если включался клапан 7):
- Для коэффициента:
i
в) если условия (4) и (5) не выполняются, коррекция коэффициента R, в данном цикле не производится.
i
- Аналогично производится корректировка коэффициента S.
Проведенные испытания предлагаемого способа показали его работоспособность и эффективность. В связи со значительной инерционностью пневматической техники дискретная реализация способа обеспечивает аналоговое преобразование при наличии на выходе небольшого сглаживающего объема, который обычно присутствует в виде пневмотрассы, входной полости клапана или пнемопозиционера, и т.п.

Используемый принцип реализации способа проявляется в повышении быстродействия, особенно при больших амплитудах изменения входного сигнала. Способ предполагает нулевой расход воздуха в установившемся состоянии, что обеспечивает очень низкий суммарный расход воздуха. Внедрение предлагаемого способа в серийно выпускаемых ЗАО «Экоресурс» контроллерах серии БАЗИС намечено на 2014-2015 годы.