Устройство для программного регулирования Советский патент 1983 года по МПК G05B19/39 

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано, в частности/ для регулирования температурного режима печей сопротивления.

Электрическая печь сопротивления как объект регулирования характеризуется обычно большой тепловой инерцией. Дополнительная тепловая инерция определяется местом расположения датчика температуры, а также наличием тепловых экранов между нагревателем и датчиком. В результате сигнал обратной связи по температуре поступает на вход регулятора с запаздыванием. Это приводит к тому, что в моменты включений (первоначальное вклю чение, повторное включение после случайных отключений электрической энергии) неизбежны броски электрической мощности на нагревателе, сокращающие срок службы последнего. При программ ном регулировании нарушается воспроизведение заданной программы даже если предусмотрено восстановление хода выполнения программы после случайных

отключений.:

В устройстве для устранения влияния временного запаздывания используется второй датчик температуры, установленный на нагревателе. Однако введение второго датчика для измерения температуры нагревателя часто невозможно из-за конструктивных особенностей нагревателя и его температурного режима (в высокотемпературных печах температура нагревателя достигает 2500-3000с) . Кроме того, усложняется установка задания температуры, так как корректирукхций сигнал используется в течение всего процесса регулирования и его величина зависит от диапазона регулируемых температур. Поэтому подобный прием не применим для программного регулирования.

Б известном устройстве 1.в качестве сигнала, фиксирующий вхождение объекта в нормальный режим, используется величина крутизны изменения тока нагревателя. Подобное построение устройства позволяет вводить корректирующий сигнал только на время запаздывания, на броски электрической мощности на нагревателе при этом не устраняются.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство, содержащее исполнительный орган, блок управления, объект регулирования и последовательно соединенные генератор импульсов, первый делитель частоты, блок восстановления, цифро-аналоговый преобразователь, суммирующий усилитель и триггер, второй вход суммирующего усилителя соединен с выходом датчика температуры. Устройство имеет воэмож.ность при повторном включении (иапример, после случайного отключения

электрической энергии) быстро довести программу до состояния, где был остановлен рабочий процесс, с плавной подачей электрической мощности, подводимой к HarpeBaTejno 2.

Однако при регулировании температуры инерционных объектов известное устройство не учитывает наличие временного запаздывания сигнала обратной связи, что также приводит к броскам электрической мощности нагрева в моменты включений и нарушению воспроизведения заданной программы.

Цель изобретения - повышение точности и надежности устройства.

Указанная цель достигается тем, что в известное устройство для программного регулирования, содержащее исполнительньой орган, блок управления, объект регулирования и последовательно соединенные генератор импульсов , первый делитель частоты, блок восстановления, реверсивный счетчик, цифро-аналоговый преобразователь, суммирующий усилитель и триггер, введены последовательно соединенные ключевой элемент, второй делитель частоты, счетчик импульсов, второй цифро-аналоговый преобразователь и управляемый ограничитель, выхсдом соединенный с входом исполнительного органа, причем выход триггера подключен к вторым входам ключевого элемен та и блока восстановления, третий вход последнего соединен с выходом блока управления, второй выход которого подключен к второму входу первого делителя частоты а вход - к второму выходу реверсивного счетчика.

На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - схема блока восстановления .

Устройство содержит блок 1 управления, первый делитель 2 частоты, генератор 3 импульсов, блок 4 восстановления, реверсивный счеучкк 5, первый цифро-аналоговый преобразователь 6, суммирующий усилитель 7, упрг1вляемый ограничитель 8, исполиительный орган 9, объект 10 регулирования, датчик 11, триггер 12, ключевой элемент 13, второй делитель 14 частоты, счетчик 15 импульсов и второй цифроаналоговый преобразователь 16. Блок 4 восстановления содержит элементы ИгНЕ 17, 18 и ключевой элемент 19.

Управляемый ограничитель 8 выполнен, например, на диффереициальиых усилителях и величина его выходного сигнала, поступающего на вход исполнительного органа 9, зависит от величины выходного напряжения преобразователя 16, задающего уровень ограничения выходного сигнгша суммирующего усилителя 7. Ключевой элемент 13 (выполненный, например, на основе «кросхем И-НБ 155А&6) срабатываеттолько в том случае, когда на его уп р влякщих входах присутствует сигнал логической единицы. Устройство работает следующим образом. Ручным набором задается прогрс1мма работы. устройства,- скорость нагрева или охлаждения устанавливается коэффициентом деления делителя 2 частоты величина температуры в режиме Выдержка устанавливается коэффициентом заполнения реверсивного счетчика 5, команда Нагрев или Охлаж задается сигналом логической на вход блока 4. В момент включения ключ 13 находится в закрытом состоянии, так как на выходе триггера 12 присутствует сигнал логический О, ас управляющего выхода счетчика 15 на ключ 13 поступает сигнал логическая 1 Поэтому счетчик остаётся в нулевом состоянии и на выходе преобразователя 16 - нулевой уровень напряжения, который и подается на вход управляемого ограничителя 8. В это же время импульсы с генератора 3 через блок 4 минуя делитель 2, поступают на ревер сивный счетчик 5, который начинает работать в ускоренном режиме ( с час тотой генератора 3), и выходное напряжение преобразователя 6 быстро нарастает. Ключи блока 4 в зависимости от состояния триггера 12 пропускают импульсы на вход реверсивного счетчика 5 или непосредственно с генера1тора 3 импульсов (ускоренный режим в момент первоначального или повторного включения), или с делителя 2 частоты. Вьиодное напряжение преобразовате ля б быстро нарастает и, как только его величина превысит напряжение дат чика 11 этот момент определяется на чальной температурой объекта 10 и частотой генератора 3), на выходе суммирующего усилителя 7 появляется сигнал, вызывающий срабатывания триг гера 12, который переводит ключ 13 в открытое состояние и переключает блок 4 восстановления, последний раз решает прохождение импульсов генератора 3 через делитель 2 частоты на вход реверсивного счетчика 5. После срабатывания триггера 12 6тк1ялваётся ключ 13, и счетчик 15 на чинает суммировать импульсы, поступающие с делителя 14. EtococTb счетчи ка 15 выбирается тгисой, чтобы .напряжение на выходе преобразователя 16 достигло величины напряжения насьщения суммирующего усилителя 7. Время заполнения счетчика 15 задаётся де-. лителем 14 и зависит от величины вре мени запаздывания, определяемого заранее .при настройке устройства. В момент заполнения счетчика 15 на его управляющем выходе появляется сигнал логический , и ключ 13 закрывается, фиксируя таким обраэрм выходное напряжение преобразователя 16. Аналогично устройство отрабатывает и повторное включение (после случайного отключения электрической энергии), счетчик 15 возвращается в нулевое (рабочее) состояние при выключении и повторном включении питания. Таким образом, устройство под,готовлено для выполнения (продолжения) заданной программы регулирования. В начале нагрева (или при продолжении программы после случайного отключения) из-за запаздьшання сигнала датчика 11 суммирующий усилитель 7 усиливает большой сигнал рассогласования (разность сигналов преобразователя 6 и датчика 11). Суммирующий усилитель 7 стремится к насыщению и сигнал на его выходе достигает максимальной величины. Однако этот сигнал не поступает на вход исполнительного органа 9, так как управляемый ограничитель 8 не пропускает сигнал, превышающи1 уровень ограничения, задаваемый преобразователем 16, который преобразует код счетчика 15. Емкость C4eT4iiKa 15 выбирается такой, чтобы напряжение на выходе преобразователя 16 достигало величины напряжения насьвдения суммирующего усилителя 7. Выходной сигнал о1раничителя 8, который управляет исполнительным органом э, нарастает пропорционально из.менению выходногс напряжения преобразователя 16. В результате электрическая мощность, подаваемая на нагреватель объекта 10 управления, нарастает плавно., С появлением сигнала с датчика 11 и по мере его нарастания сигнал рассогласования постепенно уменьша:ется и, когда входной сигнал ограничителя 8 становится меньше уровня ограничения, мощность на нагревателе начинает изменяться в соответствии с сигналом рассогласования. К времени счетчик 15 заполняется (коэффициент делителя 14, следовательно, и время заполнения счетчика 15, выбирается в зависимости от величины времени запаздиЕания) сигналами обратной связи термопары (датчика) 11, с его второго выхода на управляющий вход ключа 13 поступает сигнал логического О , ключ закрывается и выходное напряжение преобразователя 16 (рашное напряжению насыцення суммирующего усилителя 7) фикисруется и не влияет на дальнейшую работу устройства. Введение перечисленных элементов устраняет влияние временного запаздывания сигнала обратной связи в моменты вкгаочений и, таким образом, повышает точность и надежность всего устройства.

Применение изобретения улучшает технологические процессы в результате увеличения точности программы при

повторных включениях после отключе|НИЯ электроэнергии или первом включении, а также увеличивает надежность устройства в целом при его работе совместно с объектом.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОГРАММНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ, содержащее исполнительный .орган, блок управления, объект регулирования и последовательно соединенные генератор импульсов, первый делитель частоты, блок восстановления, реверсивный счетчик, цифро-аналоговый преобразователь, су1 а«шру1С1ций усилитель и триггер, второй вход суммирукадбцо усилителя соединен с выходом датчика температуры, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и надежности, в него введены последовательно соединенные ключевой элемент, второй делитель частоты, счетчик импульсов, второй цифро-аналоговый преобразователь и управляемый ограничитель, выходом соединенный с входом исполнительного органа, причем выход триггера подключен к входам ключевого элемента и блока восстановления, третий вход последнего соединен с выходом блока управления, второй выход кото-рого подключен к второму входу первого делителя частоты, а вход - к второму выходу реверсивного счетчика.