ПРОГРАММНОЕ ВРЕМЕННОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 1994 года по МПК G05B19/00 G05B19/23 

Изобретение предназначено для программного управления тепловыми процессами, в частности для программного изменения температуры в сушильных шкафах.

Известно прораммное временное устройство, содержащее генератор импульсов, управляемый делитель, три счетчика, три запоминающих блока, программный блок, два элемента задержки, одновибратор, блок запуска, программный блок питания, блок аварийной защиты и сигнализации с соответствующими связями.

Однако это устройство не позволяет программно управлять температурой сушки в сушильной камере, где требуется поддержание температуры в соответствии с фиг. 1: температура в камере, равная температуре окружающей среды Т_о, должна повышаться до заданной температуры сушки Т_с. Температура Т_с должна быть выдержана в течение времени Δ t_с, после чего нагрев не осуществляется. При температуре выше Т_б дверь сушильной камеры должна быть заблокирована (не должна открываться в течение времени с t₂ до t₃). В промежутке времени t_o-t₃должна осуществляться сигнализация "сушка", с t₃ до t₄ - "остывание", с t₄ - "разгрузка". В случае превышения температуры в сушильной камере выше Т_а должна осуществляться аварийная сигнализация.

В предлагаемое устройство, содержащее генератор, счетчик, блок аварийной сигнализации, второй, четвертый и пятый триггеры, сушильную камеру с расположенными в ней нагревателем и датчиком температуры, введены блок регулирования температуры, первый, второй, третий, четвертый блоки сравнения, элемент И, первый, третий триггеры, шина "Пуск", блок задания температуры сушки, блок задания предельной температуры, блок задания температуры блокировки, блок блокировки двери, индикации "остывание", блок индикации "разгрузка", блок задания времени сушки, блок индикации "сушка", сумматор с соответствующими связями.

На фиг. 2 представлена функциональная структурная схема устройства. Устройство содержит сушильную камеру 1, в которой расположены нагреватель 2 и датчик 3 температуры, блоки 4,5 и 6 сравнения, блок 7 регулирования температуры, сумматор 8, блок 9 задания температуры сушки, блок 10 задания предельной температуры, триггер 11, блок 12 аварийной сигнализации, блок 13 задания температуры блокировки, триггер 14, блок 15 блокировки двери, элемент И 16, элемент 17 индикации "остывание", триггеры 18, 19 и триггер 20, элемент 21 индикации "разгрузка", блок 22 сравнения, блок 23 задания времени сушки и счетчик 24 импульсов, входы которого соединены с генератором 25 импульсов. Второй вход триггера 19 соединен с шиной 26 "Пуск", выход - c элементами 27 индикации "сушка" и третьим входом блока 7 регулирования температуры, соединенного с нагревателем 2.

Блок 7 регулирования температуры (фиг. 3) включает в себя блок 28 суммирования, генератор 29, сумматор 30, элемент 31 сравнения, счетчик 32, тиристорный блок 33, генератор 34, блок 35 вычитания, умножитель 36, задатчик 37 коэффициентов, умножитель 38, задатчик 39 коэффициентов.

Программное временное устройство работает следующим образом.

При включении источника питания устройство переходит в исходное состояние: триггеры 11, 14, 18, 19, 20 и счетчик 24 сбрасываются в нулевое состояние.

При подаче сигнала по шине 26 "Пуск" триггер 19 устанавливается в состояние "лог. 1", разрешая работу элемента 27 индикации "сушка" и блока 7 регулирования температуры по уставке, заданной в блоке 9 задания температуры сушки.

Регулирование температуры осуществляется следующим образом.

При подаче питания или подаче сигнала по шине 26 "Пуск" обнуляется сумматор 28 и запускается генератор 29 импульсов. Через каждый период τ (эпюра 1, на фиг. 4), определяемый генератором 29 импульсов, с датчика 3 вводится значение текущей температуры Т_n в камере, и производится расчет управляющего воздействия по формуле
τ_n= k₁/k₂(T_c-T_n)+k₃/k₄ (T_c-T_n), (1) где τ _n - длителььность нагрева в n-й момент;
К₁. . . К₄ - коэффициенты;
Т_с - заданная температура сушки;
Т_n - температура в камере в n-й момент;
T_i- температура в камере в i-й момент;
i= о, n - последовательность моментов управления.

Значение τ_n из сумматора 30 подается на вход элемента 31 сравнения, на второй вход которого включен выход счетчика 32 импульсов, который обнуляется импульсами генератора 29 импульсов (эпюра 2, на фиг. 4). При этом на выходе элемента 31 сравнения появляется уровень логической "1" (эпюра 2, фиг. 4), которым тиристорный блок 33 подает питание на нагреватель 2 сушильной камеры, счетчик 32 импулььсов начинает заполняться импульсами с генератора 34. По достижении счетчиком 32 состояния, равного τ_n, на выходе элемента 31 сравнения устанавливается уровень логического "0", и тиристорный блок 33 отключает питание с нагревателя 2 сушильной камеры. Расчет τ_n производится следующим образом.

В блоке 35 вычитания определяется разность Т_с-Т_n. Сумматор 28 арифметически складывает полученную интегралььную составляющую в текущем моменте управления с суммой интегральных составляющих в предыдущих моментах управления. Таким образом, на сумматоре 28 реализуется интегральное звено закона регулирования.

Умножитель 36 умножает полученную интегральную сумму на коэффициент из задатчика 37 коэффициентов К₃/К₄ выражения (1), в сумматоре 30 вычисляется сумма путем суммирования интегральной составляющей из умножителя 36 и пропорциональной составляющей, полученной в умножителе 38 перемножением коэффицента задатчика коэффициентов К₁/К₂ выражения (1) и разности Т_с-Т_n с блока 35 вычитания, на котором реализуется пропорциональное звено закона регулирования.

По достижении температуры в камере значения T_б в момент времени t₁ блок 5 сравнения вырабатывает сигнал, устанавливающий триггер 14 в состояние " лог. 1", которая подается на блок 15 блокировки двери, и дверь в сушильную камеру блокируется.

По достижении температуры в сушильной камере значения температуры сушки Т_с импульсом от блока 4 сравнения срабатывает сумматор 8, на выходе которого устанавливается код, равный сумме кодов текущего времени t₂ и задания времени сушки Δ t_с:
t₃ = t₂ + Δ t_с.

Текущее время определяется состоянием счетчика 24 импульсов, на вход которого подаются импульсы образцовой частоты от генератора 25 импульсов. По достижении счетчиком 24 состояния, равного коду времени t₃, срабатывает блок 22 сравнения, и триггер 18 устанавливается в единичное состояние. Сигнал с выхода триггера 18 включает элемент 17 индикации "остывание", сбрасывает триггер 19, который запрещает сообщение "сушка" и работу блока 7 регулирования температуры, а также разрешает работу элемента И 16.

При уменьшении температуры в камере до Т_б в момент времени t₄сигналом с второго выхода блока 5 сравнения через элемент И 16 сбрасывается триггер 14, сигнал с которого снимает блокировку двери, а также устанавливается триггер 20, сигнал которого вызывает индикацию "разгрузка" в элементе 21 индикации "разгрузка", сбрасывает индикацию "остывание" через триггер 18 и элемент 17 индикации "остывание". На этом цикл сушки заканчивается. (56) Авторское свидетельство СССР N 1446601, кл. G 05 B 19/18, 1986.

Изобретение предназначено для программного управления тепловыми процессами, в частности для программного изменения температуры в сушильных шкафах. Цель изобретения - расширение области применения программного временного устройства - достигается тем, что в устройство, содержащее генератор, счетчик, блок аварийной сигнализации, второй, четвертый и пятый триггеры, сушильную камеру с расположенными в ней нагревателем и датчиком температуры, введены блок регулирования температуры, первый, второй, третий, четвертый блоки сравнения, элемент И, первый, третий триггеры, шина "Пуск", блок задания температуры блокировки, блок блокировки двери, элемент индикации "остывание", элемент индикации "разгрузка", блок задания времени сушки, элемент индикации "сушка", сумматор с соответствующими связями. 1 з. п. ф-лы, 4 ил.

1. ПРОГРАММНОЕ ВРЕМЕННОЕ УСТРОЙСТВО, содержащее первый счетчик импульсов, счетный вход которого соединен с выходом первого генератора импульсов, блок аварийной сигнализации, три триггера, датчик температуры и нагреватель сушильной камеры, отличающееся тем, что дополнительно введены блок регулирования температуры, четыре блока сравнения, блок задания температуры сушки, блок задания предельной температуры, четвертый триггер, сумматор, блок задания температуры блокировки, блок блокировки двери сушильной камеры, три элемента индикации и элемент И, первый вход которого соединен с выходом первого блока сравнения, второй вход - с выходом первого триггера, входом первого элемента индикации и с первым входом второго триггера, второй вход которого подключен к входу "Пуск" программного временного устройства, выход элемента И соединен со счетным входом третьего и четвертого триггеров, установочный вход четвертого триггера соединен с выходом первого блока сравнения, а выход - с входом блока блокировки двери сушильной камеры, выход третьего триггера подключен к входу второго элемента индикации и к первому входу первого триггера, второй вход которого соединен с выходом второго блока сравнения, первая группа входов которого подключена к группе разрядных выходов первого счетчика импульсов и к первой группе входов сумматора, вторая группа входов второго блока сравнения соединена с группой выходов сумматора, вторая группа входов которого подключена к группе выходов блока задания времени сушки, управляющий вход - к выходу третьего блока сравнения, первая группа входов которого соединена с группой выходов блока задания температуры и с первой группой входов блока регулирования температуры, вторая группа входов третьего блока сравнения подключена к группе выходов датчика температуры, к второй группе входов первого блока сравнения и к второй группе входов блока регулирования температуры, выход которого соединен с нагревателем сушильной камеры, а управляющий вход - с выходом второго триггера и с входом третьего элемента индикации, первая группа входов четвертого блока сравнения соединена с группой выходов блока задания предельной температуры сушки, вторая группа входов - с группой выходов датчика температуры, а выход - с входом пятого триггера, выходом соединенного с входом блока аварийной сигнализации. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок регулирования температуры содержит тиристорный блок, два генератора импульсов, сумматор, два умножителя, счетчик импульсов, два задатчика коэффициентов, элемент сравнения, блок суммирования и блок вычитания, первая и вторая группы входов которых соединены соответственно с первой и второй группами входов блока регулирования температуры, а группа выходов - с первой группой входов первого умножителя, вторая группа входов - с группой выходов первого задатчика коэффициентов, а группа выходов - с группой входов блока суммирования и первой группой входов сумматора, вторая группа входов которого подключена к группе выходов второго умножителя, первая группа входов которого соединена с группой выходов второго задатчика коэффициентов, вторая группа входов - с группой выходов блока суммирования, группа выходов сумматора соединена с первой группой входов элемента сравнения, вторая группа входов которого подключена к группе разрядных выходов счетчика импульсов, счетный вход которого соединен с выходом первого генератора импульсов, а установочный вход - с выходом второго генератора импульсов, выход элемента сравнения через тиристорный блок подключен к выходу блока регулирования температуры, установочные входы блока суммирования и второго генератора импульсов подключены к управляющему входу блока регулирования температуры.