Устройство для многокомпонентного дозирования Советский патент 1983 года по МПК G05D11/13 

Изобретение относится к дозированию различных материалов и может применяться в химической, металлургической, строительной и других отраслях промышленности. Известно устройство для дозирования, содержащее преобразователь, генератор и множитель сигналов, сна женный дифёренциатором, связанным с реле времени, подключенным к входам усилителей, выходы которых соединен с электромагнитами питания С11. Недостатком известного устройств является низкая точность дозирования многокомпонентных смесей. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для дозирования, содержа щее п дозаторов, вход каждого из ко торых, начиная с второго, соединен с выходами п-1 блоков умножения, а вход каждого блока умножения, кроме первого, через сумматор связан с блоком выбора минимума и блоком выбора максимума С . Однако в этом устройстве уставка каждого последующего дозатора корректируется по среднему значению максимальной и минимальной ошибок дозирования. Кроме того, устройство характеризуется невысокой точностью дозирования многокомпонентных смесей, так как алгоритм коррекции оши бок дозирования, реализованный в этом устройстве, является не оптимальным, особенно при дозировании компонентов, имеющих различные зако ны распределения погрешностей дозирования. Цель изобретения - повышение точ ности многокомпонентного дозирования. Поставленная цель достигается тем, что устройство для многокомпонентного дозирования, содержащее п-2 основных блоков умножения, п-3 первых сумматоров, п дозаторов, вход каждого из которых, кроме первого и п-го,.соединен с выходом соответствующего основного блока умножения выходы первых сумматоров подключены к входам соответствующих основных блоков умножения, кроме первого, а также дополнительные блоки умноже ния, задатчики, дополнительный сумматор и блок выбора минимума, содер жит последовательно соединенные, эле мент ИЛИ, одновибратор исчетчик им пульсов, а также генератор импульсов, второй сумматор, п-2 ключей, п-2 третьих сумматоров и п-1 цепочк из последовательно соединенных.четвертых сумматоров,элементов сравнения .и аналого-цифровых преобразователей выходы которых подключены к соответствующим входам второго сумматор выходом связанного с первым входом блока выбора, минимума, второй вход которого соединен с выходом генератора импульсов и с входами дополнительных блоков умножения, первые входы четвертых сумматоров подключены к выходам соответствующих дозаторов , а вторые - к выходам соответствующих дополнительных блоков умножения, вход генератора импульсов связан-с выходом одновибратора, выходы счетчика импульсов соединены с первыми входами соответствующих ключей, вторые входы которых подключены к выходу блока выбора минимума, а выходы - к первым входам соответствующих первых сумматоров и первому входу дополнительного сумматора, вторыми входами связан- ных с выходами соответствующих третьих сумматоров,- выходы дозаторов, кроме первого и п-го, соединены с соответствующими входами элемента ИЛИ и с первыми входами соответствующих третьих сумматоров, вход п-го дозатора подключен к выходу дополнительного сумматора, выход первого дозатора соединен с входом первого основного блока умножения и с вторым входом одного из третьих сумматоров, другие из которых подключены вторыми входами к выходам предыдущих третьих сумматоров, причем выходы задатчиков связаны с вторыми входами соответствующих элементов сравнения. На фиг. 1 представлена структурная схема устройства для многокомпонентного дозирования ; на фиг.2 структурная схема блока выбора минимума. Устройство содержит дозаторы , основные блоки 2 -2 „умножения, элемент ИЛИ 3, одновибратор 4; счетчик 5 импульсов, генератор 6 импульсов, дополнительные блоки 7 - 7„.умножения, первые сумматоры 8,- 8г,-3 третьи сумматоры 9 - кльэчи 10-,- / четвертые сумматоры llfv-) задатчики 12 - 12„,элементы 13-, - 13„.cpaвнeния анало- , го-цифровые преобразователи 14j- 14ji-i, . блок 15 выбора минимума, второй сумматор 16 и дополнительный сумматор 17. Блок выбора минимума содержит регистры 182 входа, генератор 19 тактовых импульсов, регистр 20 сдвига, аналого-цифровой преобразователь 2, блок 22 сравнения, элемент ИЛИ 23 и регистр 24 выхода. Устройство для многокомпонентного дозирования работает следующим образом. Дозаторы 1 - 1 в соответствии с сигналами на их управляющих входах производят дозирование компонентов смеси в установленной последовательности во времени. Смесь состоит из п компонентов Х-, Х2, ..., Х„, долевое содержание которых в смеси устанавливается по технологическим нормам и равно Г .....х° где 1 .1, 2, X значение дозы i-r Зсщанное задаваемое уставками и компонента. на задатчйках дозаторов. Каждый i-й компонент, дозируется соответствующим дозатором 1 . Предположим, что компоненты до, зируются в последовательности ... Х|. Тогда после дозирования пер вого компонента его фактическая мас са равна. Х (1Ц) лХ , где , Х° , ошибка дозирования. Перед началом дозирования второго (в принятой последовательности дозирования компонентов ) компонента предварительно определяется значение результирующей массы смеси Vp , при которой погрешность дозирования первого компонента по отношению к этой массе была бы равна нулю. Это значение массы равно Х. (U ) /JT величине Vp определяется усзадатчика второго дозатора 1, равная 1)2 Х ( ) -yj f/у. Операция: вычисления Vp и О функционально реализована в основном блоке 2 -, умножения. Для этого сигнал с вь:ход дозатора 1 (информация об отдозированной массе первого кбмпонента X;, (. и поступает на вход первого основного блока 2 умножения, в котором умножается на величину На выходе первого основного блока умножения после умножения ве.личины Х(и) аа if2flli ° сигнал (ус тавка 1/2) который является заданием для дозатора 12 на дозирование второго компонента, и дозато 1- начинает дозировать второй компонент дозой U2. После дозирования второго компо нента его фактическая масса из-за погрешности дозирования равна X2(U. U2 +ЛУ.21 где ЛХ2- ошибка дозирования второго компонента, поэтом перед началом дозирования следующе tтретьего ) компонента необходимо определить такое значение результи рунадей массы смеси Vp, при котором погрешности дозирования первого и второго компонентов имели бы минимальные значения. Для этого необхо димо в качестве информации о погре ностях дозирования использовать не абсолютные погрешности лх., а приведение дЧ,- , которые являются качественным показателем процесса приготовления (дозирования) много компонентных смесей и после дозирования всех п компонентов имеют ви ди. х- (u) --j-i 1,2 8 f-де Vp--i::x.(.u-) - результирующая масса смеси после дозирования п компонентов. Поиск результирующей массы смеси VP производится следующим образом. С поступлением сигнала с информационного выхода дозатора 12 на первый вход элемента ИЛИ 3 последний срабатывает и на его выходе появится сигнал, по которому одновибрат тор 4 выработает импульс, используе1Фай для запуска генератора б импупьсов, и который является также счетным импульсом для счетчика .5 импульсов. Счетчик 5 импульсов сосчитает этот импульс, и на его первом выходе появится сигнал, который откроет ключ 10. Генератор 6 импульсов, построенный по принципу генератора лин,ейно изменяющегося напряжения, сформирует сигнал (единичный импульс), который поступит на входы дополнительных блоков 7 - 7 умножения и на второй вход блока 15 выбора минимума. Максимальное знач.ение амплитуды импульса, сформированного генератором б импульсов, равно (в переводе с аналога напряжения на массу Vp) m«xVp V° - AU ; .2....n. где ) - заданная результи. Р рующая масса смеси; ди - допустимое отклонение дозируемой массы компонента от заданной, задаваемое задатчиками 12, 7 В дополнительных блоках -1 n-t умножения этот сигнал будет умножаться на коэффициенты у , у., ..., Г соответственно. Таким образом, после умножения на вторые входы четвертых сумматоров 11 и llj будут поданы аналоговые сигналы с выходов дополнительных бло ков 7 и 7, 1 2 умножения соответственна первых входах четверя-ых сумно. маторов 11 и llj присутствуют сигналы Х (и )и K,U2) с выходов дозаторов 1 и 1- соответственно. На протяжении длительности импульса, сформированного генератором б импульсов, в четвертых сумматорах. И. и 112 будут воспроизводиться приведенные погрешности дозирования дЦи uU2 соответственно, равные и.1 X(U,h y,V и uU2 X2(U2) г Л 1 .i / где V - аналоговое значение (в воль де V т тах ) результирующей массы, линейно возрастающее во время формирования единичного импульса генератором 6 импульсов в пределах от О до max Vp. Одновременно с началом воспроизведения приведенных погрешностей ди и л U2 в элементах 13 и 132 сравнения эти погрешности будут сра ниваться с заданными в задатчиках 12 и 122 погрешностями н ли соответственно. Аналоговые сигналы выходов элементов 13 и 132 Р нения поступают на входы аналогоцифровых преобразователей 14 и 14 соответственно, которые преобразуют аналоговый сигнал результата сравнения в бинарный по следующему условию: если (ли-|- ,ли 4 О, то на выходе аналого-цифрового преобразо|Вателя формируется 1, если - , - О. Сигналы с выходов аналого-цифровых преобразователей 14 и 14j, пос. тупают на первый и второй входы вто рого сумматора 16, на остальных вхо дах которого пристутствуют сигналы, равные нулю. Второй сумматор 16 суммирует бинарные сигналы, и после окончания воспроизведения погрешнос тей ли и ли2блок 15 выбора минимума определит то значение V , при котором была минимальная сумма бинарных сигналов. Алгоритм функционирования блока 15 выбора минимума следующий (фиг. 2 ). С началом формирования генератор б импульсов единичного импульса в блоке 15 выбора минимума запускаетс генератор 19 тактовых импульсов, им пульсы с выхода которого поочередно появляются на выходах регистра 20 сдвига. С появлением импульса на первом выходе регистра 20 сдвига про исходит запись первой суммы бинарных сигналов с выхода сумматора 16 в регистр 18 входа. Этим же импульсом аналого-цифровой, преобразователь 4 формирует из аналога напряжения цифровой код (значение Vр в данный момент времени ), который поступает на вход регистра 24 выхода. С появление тактового импульса на втором выходе регистра 20 сдвига происходит запись второй суммы бинарных сигналов в регистр 182. С появлением тактового импульса на третьем выходе регистра 20 сдвига в блоке 22 сравнения произойдет сравнение сумм бинарных сигналов, записанных в первом и во втором регистрах входа. Если первая, сумма бинарных сигналов меньше или равна второй сумме, то на первом выходе блока 22 сравнения появится высокий уровень (логическая единица,по которому через элемент ИЛИ 23 в регистр 24 выхода произой-дет запись цифрового кода, имеющегося на его входе-. Этим же уровнем будет дано разрешение на запись еледующей суммы бинарных сигналов в регистр Ib2 входа. Если-окажется, чт первая сумма бинарных сигналов больше второй, то высокий уровень появит C5J на второй выходце блока 22 сравнения, и в регистр 24 выхода будет записана та же самая информация, но следующая сумма бинарных сигналов будет записана в регистр la входа. Если в последующих циклах определения минимума v|, (один цикл равен трем тактовым импульсам ) блок 22 сравнения не изменит состояние своих выходов, то в регистре 24 выхода сохранится информация, записанная в первом цикле, т.е. величина vl будет соответствовать минимуму бинарных сигналов, и после окончания формирования единичного импульса (по заднему фронту ) генератором 6 импульсов это значение появится на выходе блока 15 выбора минимума. 1 Если в процессе поиска минимума ivр блок 22 сравнения изменит состояние сових выходов, то по перепаду уровней на его выходах в регистр 24 выхода будет записано соответствующее значение V, первый цикл алгоритма работы блока 1Ь выбора минимума отличается от последующих тем что в первом цикле в регистр входа 18 записывается первая сумма бинарных сигналов, а в регистр 182 - вторая сумма бинарных сигналов, в то время как в последующих циклах в эти регистры входа записывается сумма бинарных сигналов в зависимости от состояния выходов блока 22 сравнения. Таким образом, после определения минимума V с выхода блока 15 выбора минимума это значение через открытый ключ 10 поступит на первый вход первого сумматора 8, на второй вход которого с выхода третьего сумматора 9 поступит сигнал, равный первом сумматоре , 8 произойдет суммирование этих сигналов и результат с выхода сумматора 8 поступит на вход основного блока 2 о умножения, где умножится на постоянную величину /Г.от-- Тэ1 о-у КИМ образом, на выходе основного блока 22 умножения сформируется сигнал (уставка, УЗ )/ который является заданием для дозатора 1 на дозирование третьего компонента. Аналогичным образом формируются управляющие сигналы уставок для остальных дозаторов, кроме п-го, и в общем случае имеют следующий вид: ), П 1- J,4,...,ii. Перед началом дозирования п-го компонента предварительно будет определено то значение результирующей массы смеси Ур, при котором приве- денные погрешности дозированиями AU2, А1}„ имеют минимальные значения. Это значение Vp через открытый ключ 10f,.2 поступит на пер вый вход дополнительного сумматора 17, на второй вход которого поступи сигнал с выхода третьего сумматора . п-1 9„ о , равный d X.,(и.,). После сумми , рования этих сигналов результат с выхода дополнителвного сумматора I являющийся величиной уставки и„ , поступит на управляющий вход дозатора 1„ и дозатор (, начнет дозировать п-й компонент. Анализируя формирование ошибки Л Itj при описанном выше способе ко рекции доз компонентов и сравнивая его со способом коррекции, описанным в прототипе, можно сделать вывод, что введением ограничения пог решности дозирования 4 выборо ;оптимального значения V j обеспечивается выполнение условия минимизации приведенных погрешностей дозирования, которые имеют вид u.x.(u.)..iu.)-,i.2 На ЭВМ ЕС-1022 проводят сравнительное имитационное моделирование двух способов коррекции доз компонентов: по минимаксу, описанному ,прототипе, и по способу, описанному в изобретении. Берут четырёхкомпонентную бетонную смесь состава, кг: Щебень1135 Песок775 Цемент300 Вода180 на 1 м. Проводят 1000 циклов дозирования, после чего вычисляют дисперсии D О : Ошибок ли , которые при способе коррекции в прототипе составляют, кг: Щзбень41,6 П€:СОК52,5 i Цемент6,35 . Вода5,3 а при способе коррекции по изобретению составляют, кг;: Щебень30,2 Песок 26,4 Цемент. 3,73 Вода4,23 Из приведенных данных моделирования следует, что способ коррекции доз компонентов, на основе которого построено предлагаемое устройство для многокомпонентного дозирования, позволяет повысить точность дозирования многокомпонентных смесей. Использование устройства для дозирования различных многокомпонентных смесей позволяет снизить погрешность дозирования компонентов, что обеспечивает экономию материала и улучшение качественных показателей изготовляемых изделий.

Ц

t

УСТРОЙСТВО -ДЛЯ МНОГОКОМПОНЕНТНОГО ДОЗИРОВАНИЯ, содержащее п-2 основных блоков умножения, п-3 первых сумматоров, п дозаторов, вход каждого из которых, кроме первого и п-го, соединен с выходом соответствующего основного блока умножения, выходы первых сумматоров подключены к входам соответствукядих основных блойов умножения, кроме первого, а также дополнительные блоки умножения, задатчики, дополнительный сумматор и блок выбора минимума, отличающееся тем, что, с целью повышения точности/ оно содержит последовательно соединенные элемент ИЛИ, одновибратор и счетчик импульсов, а также генератор импульсов, второй сумматор, п-2 ключей, п-2 третьих сумматоров и п-1 цепочку из последовстельно соединенных четвертых сумматоров, элементов сравнения и аналого-цифровых преобразователей, выходы которых подключены к соответствующим входам второго сумматора, выходом связанного с первым входом блока выбора минимума, второй вход которого соединен с выходом генератора импульсов и с входами дополнительных блоков умножения, первые входы четвертых сумматоров подключены к выходам соответствующих дозаторов, а вторые - к выходам соответствующих дополнительных блоков умножения, вход генератора импульсов связан с выходом одновибраторй, выходы счетчика импульсов соединены с.первыми входами соответствующих ключей, вторые входы которых подключены к выходу блока выбора минимума, а выходы - к первым входам соответствую(цих первых сумматоров и первому входу дополнительного сулвдатора, вторыми входами связанных с выходами соответствующих третьих сукматоров, выходы дозаторов, кроме первого и п-го, соединены с соответствующими входами элемента ИЛИ и с первыми входами соответствующих третьих сумматоров, вход п-го дозатора подключен к выходу дополСП нительного сумматора, выход первого дозатора соединен с входом первого СО 4 jосновного блока умножения и с вторым входом одного из третьих сумма00 торов, другие из которых подключены вторыми входами к выходам предыдущих третьих сумматоров, причем выходы задатчиков связаны с вторыми входами соответствующих элементов сравнения.

Г

ь

20

19

22

V V

-.J

че,г