Устройство для регулирования технологических параметров по заданной программе Советский патент 1985 года по МПК G05D23/19 

Изобретение относится к автоматическому управлению и предназначен для использования в системах програ много регулирования параметров техн логических процессов, например тем пературы, расхода, давления и др. Известен программный регулятор температуры, содержащий измерительн прибор, программный задатчик и опти чески связанный с ним фотоэлектриче кий датчик, пороговый элемент, блок управления, исполнительный орган СО Однако данный регулятор обеспечи вает только позиционно-пропорционал ное регулирование, что обуславливае его сравнительно низкую точность ре гулирования. Кроме того, при выводе температуры на задаваемый уровень и при больших возмущениях в объекте регулирования имеет место перерегулирование, возникающее из-за специфики работы позиционно-пропорционал ного регулятора. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство реализации способа регулирования и записи при помощи про.граммного управления, содержащее измерительный прибор, к подвижному узлу регистрации которого прикреплены два фотоэлемента, включенные в смежные плечи измерительного моста и оптически связанные с программным задатчиком, и ШЩ-блок регулирования . , . - . Однако для известного устройства характерна недостаточно высокая точность регулирования, обусловленная тем, что на выходной сигнал измерительного моста оказывают значительное влияние изменения характеристик источника снета программного задатчика и тймпературная зависимость фотоэлементов. Кроме того, недостатком устройства является наличие перерегулирования и затягивания переходного процесса при вьгаоде регулируемого, параметра на задавае14ый режи и при больших рассогласованиях между задаваемым параметром и его деист вительной величиной, которое может быть вызвано значительными возмущениями 8 объекте регулирования или при отработке резких изменений програм14 1. Эти перерегулирования связаны со спецификой ПИ, ПВД регуляторов в которых интегральная составляющая Необходима для устранения статической ошибки в устройствах для регулирования. Однако при больших разностях задаваемой и действительной величин регулируемого параметра интегральная составляющая изменяется выше 1Ш1И ниже требуемой величины и для ее (компенсации требуется изменение знака рассогласования, что приводит к перерегулированию. Цель изобретения - повышение точности устройства. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для регулирования технологических параметров по заданной программе, содержащее измерительный прибор, к подвижному узлу регистрации которого прикреплены два фотоэлемента, включенные в смежные плечи измерительного моста и оптически связанные с программным задатчиком, и ПВД-блок регулирования, включающий в себя каналы формирования пропорциональной, дифференциональной и интегральной составлягацих, подключенные к входам сумматора, введены пороговые элементы, релейньй трехпозиционный элемент, переключатели, регулируемый резистор, элемент ИЛИ, ключи, элемент задержки и задатчик напряжения, причем выходы измерительного моста соединены с первыми входами схэответствующих переключателей и входами соответствующих пороговых элементов, выходы которых подключены к входам релейного трехпозиционного элемента, выходы которого соединены с входами элемента ИЛИ и управляющими входами соответствующих переключателей, вторые входы которых соединены с соответствующими выходами задатчики напряжения, а выходы - с входами ПИД-блока регулирования, параллельно интегратору канала формирования интегральной составляющей которого через первый ключ, управляющий вход которого связан с выходом элемента задержки, подключен, регулируемый резистор, а канал формирования интегральной составляющей подключен к входу сумматора через второй ключ, управлякнций вход которого объединен с управляющим входом первого ключа, вход элемента задержки соединен с выходом элемента ИЖ. Кроме того, подвижный контакт реулируемого резистора кинематически вязан с узлом регистрации измериельного прибора. На фиг. 1 изображена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - пример конкретного вьтолнения устройства. Устройство содержит измерительный прибор 1, программный задатчик 2, выполненный в виде лентопротяжного механизма измерительного прибора 1, на диаграммной ленте которого нанесе на программа 3 в виде затемненной полосы определенной ширины. Перпенди кулярно перемещению диаграммной лент перемещаются фотоэлементы 4 и 5, при крепленные (жестко связанные) к под вижному узлу регистрации измерительного прибора .1 и оптически связанные с программным задатчиком 2. Фотоэлементы 4 и 5 включены в смежные плечи измерительного моста 6. Кроме того, устройство содержат переключатели 7 и 8, пороговые элементы 9 и 10, трехпозиционный релейный элемент 11, блок 12 управления, элемент ИЛИ 13, задатчик 14 напряжения, регулируемый резистор 15, элемент 16 задержки, ключ 17, ПИД-блок регулирования, исполнительный орган 19, объект 20 регулирования, дат чик 21, подключенный к входу измерительного прибора 1. Трехпозиционный релейный элемент состоит из триггеров 22 и 23, элемен тов И- НЕ 24 и 25, элементов И 26 и 27. Блок 12 управления состоит из кно пок 28 и 29 управления, а ПИД-блок 1 регулирования - из интегратора 30, выход которого через ключ 31 соедине с первым входом сумматора 32, с вторым и третьим входами которого соеди нены соответственно выходы усилителя 33 и дифференциатора 34. Задатчик 14 напряжения представля ет собой резисторный мост, одна диа наль которого подключена к источнику питания параллельно измерительному мосту 6, а вторая диагональ соединена с вторыми входами пере.ключателей и 8. Программа регулирования задается путем нанесения темной полосы 3 на диаграммную ленту лентопротяжного ме ханизма измерительного прибора 1. Ши рина затемненной полосы определяется расстояниями между центрами светочув ствительных слоев фотоэлементов 4 и Устройство работает следующим образом. Предварительно подготавливают программу, которую задают на диаграммной ленте. Диаграммная лента приводится в движение синхронным двигателем через редуктор, которые содержит измерительный прибор 1 (не показаны). Скорость движения диаграммной ленты при задании программы является координатой времени, а ее ширина - координатой величины резтулируемого параметра. При включении устройства для отработки заданной программы в зависимости от рассогласования между задаваемой и действительной величинами регулируемого параметра величина выходного сигнала измерительного моста зависит от разницы освещенностей/фотоэлементов 4 и 5, которые могут находиться над затемненной полосой 3, слева от нее или справа. При нахождении фотоэлементов над светлой частью диаграммной ленты выходной сигнал измерительного моста равен нулю, так как оба фотоэлемента одинаково освещены. В этом случае сигнал максимальной величины с необходимой полярностью на входе ПИДблока 18 регулирования обеспечивается с помощью задатчика 14 напряжения, выходной сигнал которого коммутируется одним из переключателей 7 или 8 в зависимости от знака рассогласования между действительной величиной регулируемого параметра и его заданным значением и при срабатывании пороговых элементов 9 и 10. Трехпозиционный релейный элемент 11 обеспечивает на одном из своих выходов сигнал при срабатывании соответствующего порогового элемента 9 или 10, которые выставлены на згровень несколько выше напряжения, снимаемого с фотоэлементов 4 и 5 при их полном освещении, т.е. пороговые элементы 9 и 10 срабатывают при выходе соответствующих фотоэлементов 4 И 5 на светлую часть диаграммной ленты. При отключенных пороговых элементах 9 и 10 на выходах трехпозиционного релейного элемента 11 сигнал отсутствует, а при иходновременном срабатывании, что возможно только в момент включения устройства в работу и при нахождении фотоэлементов 4 и 5 над светлой частью диаграммной ленты, состояние трехп 5зиционного релейного элемента 11 неопределенное, т.е. на любом из его выходов 51 может присутствовать сигнал-; Для обеспечения автоматического выхода регулируемого параметра на заданное значение, йапример, при нахождении фото элементов 4 и 5 слева от программной полосы необходимо нажать кнопку 28 Программа справа блока 12 управления. При этом триггер 23 устанавлива ется в нулевое положение, а триггер 22 - в единичное. Сигнал с выхода трехпозицирнного релейного элемен та 11 включает переключатель 8, кото рый соединяет один из выходов задатчика 14 напряжения с входом ПИД-блока 18 регулирования, задавая тем самым входной сигнал на блок 18 такой величины и полярности, чтобы обеспечить его максимальный выходной сигнал. При нахождении фотоэлементов справа от программной полосы, например, если в момент включения устройства в работу температура в объекте 20 регулирования значительно вьше программного значения, необходимо на жать кнопку 29 Программа слева. При этом триггер 22 устанавливается в нулевое состояние, а триггер 23 в единичное. Сигнал с выхода трехпозиционного релейного элемента 11 включает переключатель 7, и аналогично описанному на ПИД-блок 18регулирования подается максимальный входной сигнал такой полярности, который обеспечивает уменьшение выходного /сигнала ПВД-блока 18 регулирования до нулевого значения. В случае появления большого рас.согласования в устройстве для регулироэания (объект выходит на режим, рез кие изменения програмал, значительные возмущения в объекте) срабатывает один из пороговых элементов 9 и 10 (при полном освещении соответствукнцего фотоэлемента), и сигнал с выхода трехпозиционного релейного элемента 11 через элемент ИПИ 13 с аре менной задержкой обеспечиваемой элементом 16 задержки, включает ключи 17 и 31. Последний отключает выход интегратора 30 от входа сумматора 32, а ключ 17 подключает интегрирующий конденсатор интегратора 30 к регулируемому резистору 15. Выходной сигнал ПВД-блока 18 регулирования состоит из одной пропорциональной составляющей. В случае, если полярность

знака рассогласования имеет такое значение, кЪгда действительное значение температуры меньше заданной.

туры при подходе к заданному ее значению. В связи с этим выход температуры на заданное значение происходит 21 .то сигнал с входа- блока 18 максимальный тем самым обеспечивается подача максимальной мощности на объект регулирования. Происходит нагрев объекта регулирования полной мощностью, что вызывает увеличение температуры и соответственно перемещение узла регистрации измерительного прибора 1 в сторону программной полосы. Частичное затемнение фотоэлемента 4 приво-дит к отключению порогового элемента 9, которьй в свою очередь через трехпозиционный релейный элемент 11, элемент ИЛИ 13, элемент 16 задержки, снимает управляющий сигнал с ключей 1 7 и 31. Ключ 31 подключает выход интегратора 30 к входу сумматора 32, а , ключ 17 отключает интегрирующий конденсатор интегратора 30 от регулируемого резистора 15. Таким образом, интегратор 30 включается в работу ПИДблока 18 регулирования с предварительно установленной посредством регулируемого резистора 15 величиной интегральной составляющей, которая меньше необходимой величины для установления и поддержания заданного значения регулируемого параметра. С этого момента выходной сигнал ПВД-блока 18 регулирования состоит из суммы трех составлякицих: пропорциональной ошибки, дифференциальной и интегральной составляющих. Вся работа ПИД-блока 18 регулирования начинается вблизи заданной температуры, когда оба фотоэлемента 4 и 5 хотя, бы частично затемнены и соответственно на выходах пороговых элементов 9 и 10 - сигнал логического нуля. Подвижный контакт регулируемого резистора 15 кинематически связан с узлом регистрации измерительного прибора 1. Это позволяет в зависимости от действительной величины регулируемого параметра и при больших рассогласованиях, когда срабатывает один из пороговых элементов 9 и 10, установить интегратор 30 I в определенное исходное состояние. При включении в работу и выходе на режим Снизу интегратор 30. выдает со своего выхода сигнал, уменьшающий выходной сигнал сумматора 32, тем самым уменьшается мощность, подаваемая на объект регулирования, и тормозится скорость нарастания темперабез перерегулирования. В процессе дальнейшей работы ПИД-блок 18 регулирования работает как обычно, обеспечивая нужную точность регулирования до тех пор, пока в програиме нет резких изменений величины зада в аемого параметра или нет больших возмущений в объекте регулирования. В случае появления большогсг возмущения в объекте регулирования или резкого изменения программы, приводящего, на пример, к превышению действительной температурой заданного значения на такую величину, что фотоэлемент 5 полностью выходит на правую светлую часть диаграммы от задаваемой полосы 3, срабатывает пороговый элемент 10, который вызывает срабатьша- ние трехпозиционного релейного элемента 11. Сигналом с выхода последна го включается переключатель 7, связываклций при срабатывании выход задатчика 14 напряжения с входом ПИДблока 18 регулирования, таким образом, исключается влияние фотоэлемента 4 на входной сигнал ПИД-блока 18 регулирования, даже в случае полного выхода фотоэлемента 4 на светлую часть диаграммной ленты вправо от задаваемой гголосы 3, что возможно только при очень больших рассогласованиях между действительным и заданным значениями температуры. Одновременно трехпозиционный релейный элемент 11 через элемент ИЛИ 13 с вре- менной задержкой, обеспечиваемой элементом 16 задержки, включает клю чи 17 и 31. Интегратор 30 отключает ся своим выходом от. входа сумматора 32, а интегрирующий конденсатор интегратора 30 подключается к входу регулируемого резистора 15. Так как на входе блока 18 имеется опять мак симальный отрицательный Уровень сиг нала, это приводит к тому, что на объект регулирования прекращается подача мощности. Происходит пассивное остывание объекта регулирования до тех пор, пока фотоэлемент 5 частично не затемняется и при этом порогоВЫЙ элемент 10 не отключается, Это приводит к отключению переключателя 7 и ключей 17 и 31. С этого момента времени ПИД-блок 18 регулирования начинает работать аналогично описанному, а интегратор 30 включается в его работу. Так как интегратор 30 с помощью регулируемого резистора 15 установлен в состояние, соответствующее более высокой температуре, то его выходной сигнал и входной сиг- нал дифференциатора 34, подаваемые на сумматор 32, оказывают тормозящее действие на скорость снижения температуры в обтлкте 20 регулирования путем подачи некоторой мощности для подогрева,и тем самым устройство для регулирования асимптотически Сверху) вьтодит температуру на заданный уровень без перерегулирования. Элемент 16 задержки, обеспечивая временную задержку на 0,5-2 с, исключает отрицательное влияние на работу устройства при значительных кратковременных колебаниях стрелки измерительного прибора 1, вызванных, например, кратковременными помехами по входу измерительного прибора 1. Использование предлагаемого устройства для программного регулирования температуры электропечей позволяет повысить качество регулирования температуры путем исключения влияния изменения характеристик источника света программного задатчика, а также изменений температуры окружающего воздуха на выход измерительного моста и путем повьтения его чувствительности. Кроме того, изобретение значительно повышает качество переходного процесса при выходе объекта на режим, при больших возмущениях в объектах регулирования и при резких изменениях программы.

fe

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПО ЗАДАННОЙ ПРОГРАММЕ, содержащее измерительный прибор, к подвижному узлу регистрации которого прикреплены два фотоэлемента, включенные в смежные плечи измерительного моста и оптически связанные с программным задатчиком, и. ПИД-блок регулирования, включающий в себя каналы формирования пропорциональной, дифферренциальной и интегральной составляющих, подключенные к входам сумматора, отличающеес я тем, что, с целью повьппения точности устройства, в него введены пороговые элементы, релейный трехпозиционный элемент, переключатели, регyлиpye я JЙ резистор, элемент ИЛИ, ключи, элемент задержки и задатчик напряжения, причем выходы измерительного моста соединены с первыми входами соответствующих переключателей и входами соответствующих пороговых элементов, выходы КОТО1МЛХ подключены к входам релейного трехпозиционного элемента, выходы которого соединены с входами элемента РШИ и управляющиъот входами соответствующих переключателей, вторые входы которых соединены с соответствующими выходами за.датчика напряжения, а выходы - с входами ПИД-блока регулирования, параллельно интегратору канала формирования интегральной составляющей которого через первый ключ, управляющий вход которого связан с, выходом элемента задержки, подключен регулируемый резистор, а канал формирования интегральной составлякидей подключен к входу сумматора через второй ключ, управляющий вход которого объединен СО Од с управлянлцим входом первого ключа, вход элемента задержки соедине с выходом элемента ИЛИ. 2. Устройство по п. 1, о т л ичающееся тем, что подвижный контакт регулируемого резистора кинематически связан с узломрегистрации измерительного прибора.

rm csi «ту iv