Устройство для регулирования температуры Советский патент 1985 года по МПК G05D23/19 

ного с четвертым выходом программатора, а второй вход первого переклю чателя связан с выходом второго переключателя, управляющий вход которого соединен с выходом первого Rs триггера, первой вход соединен с вы ходом первого блока сравнения, а второй вход соедин-эн с выходом второго измерительного блока, второй вход которого соединен с выходом второго блока сравнения, первым входом соединенного с вькодом перво го датчика температуры и входом про грамматора, а вторым входом - с пя158996

тым выходом программатора, шестой выход которого соединен с управляющим входом регулируемого ограничителя, первым выводом соединенного с выходом первого усилителя и входом интегратора, выход которого соединен с входом первого силового преобразователя, а второй вьгеод регулируемого ограничителя соединен с входом первого усилителя и первым выходом первого переключателя,второй выход которого соединен с входом второго усилителя,седь;мой выход программатора соединен с управляющим входом второго ключа.

УСТРОЙСТВО ДНЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ, содержащее первьй и второй измерительные блоки, первый и второй усилители, первый силовой преобразователь, второй силовой преобразователь, выходом связанный с входом второго усилителя, электромагнитный клапан, установленный на линии подачи охладителя в камеру, внутри которой расположен объект, нагреватель,вход которого соединен с в осодом первого силового преобразователя первый и второй датчики температуры, выходы которых соединены с первыми входами первого и второго измерительных блоков, отличающееся- тем, что, с целью повышения точности устройства, оно -Ш1ЛЯ Щ г.У X дополнительно содержит программатор, связанную пневмовходами с источником холодного и горячего газов смесительную камеру, в которой размещена снабженная электроприводом управ- лян)щая задвижка, интегратор, первый ключ, включенный параллельно интегратору, второй ключ, регулируемый ограничитель, первый и второй переключатели, первый и второй KS -триггеры, первый и второй блоки сравнег ния и компаратор, первьй вход которого соединен с первым выходом программатора и первьм входом первого блока сравнения, второй вх/эд которого соединен с первым входом второго изме(Л рительного блока и вторым входом компаратора, выходом Соединенного с с: первым установочным входом первого RS -триггера, второй установочньй вход которого соединен с первым установочным входом второго R3 -триггера и вторым вьЬсодом программатора, третий выход которого соединен с вторым ел установочным входом второго RS-тригСХ) гера, выходом соединенного с управсо ляющим входом первого ключа и инфорсо 05 мационным входом второго ключа, выход которого соединен с управляющим входом электромагнитногоклапана, вход которого соединен с выходом смесительной камеры, и электропривод управляющей задвижки управляющим входом связал с выходом второго силового преобразователя, причем выход -второго KS -триггера связан также с управляющим входом первого перёключателя, первый вход которого соединен с., выходом первого измерительного блока, вторым входом соеди.нен

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано в устройствах для регулирования и управления процессов в технологических установках, в частности для циклического программного управления температурой. Цель изобретения - повьшение точноСти устройства. На фиг. 1 показана функциональная схема устройства -для регулирования температуры; на фиг..2 - временные диаграммы, поясняющие работу програм много устройства. Устройство для регулирования температуры содержит первый и второй измерительные блоки 1 и 2, первый и второй переключатели 3 и 4, последовательно соединённые первый усилител 5, интегратор 6 и первый силовой пре образователь 7, последовательно соединенные второй усилитель 8 и второй силовой преобразователь 9, связанную с источником холодного и горячего газа смесительную камеру 10, в которой размещена снабженная электроприводом управляющая задвижка 11, электромагнитный клапан 12, установленньй на линии подачи охладителя в камеру 13, внутри которой 1)асположен объект, нагреватель 14, связанньй с выходом первого силового элемента 7, и первый и второй датчики 15 и 16 температуры, выходы которых соединены соответственно с первыми входами первого и второго измерительных блоков 1 и 2, программатор 17, регулируемый ограничитель 18, первый и второй RS -триггеры 19 и 20, первый и второй блоки 21 и 22 сравнения, первый ключ 23, включенный параллельно интегратору 6, второй ключ 24 и . комапаратор 25, первый вход которого соединен с первым входом программатора 1 7 и первым входом первого блока 21 сравнения, второй вход которого соедин н с первым входом второго измерительного блока 2 и вторым входом компаратора 25, выходом соединенного с первым установочным входом первого RS -триггера 19, второй установочный вход которого соединен с первым установочньм входом RS-триггера 20 и вторым выходом программатора 18, третий выход которого соединен с вторым установочным входом второго KS-триггера 20, выходом соединенного с информационным входом второго ключа 24, выходом соединенного с управляющим входом электромагнитного клапана 12 пневмовход которого соединен с выходом смесительной камеры 10 и управляющими входами первого ключа 23 и первого переключателя 3, первый вход которого соединен с выходом первого измерительного блока 1,. вторьи входом соединенного с четвертым выходом . программатора 17, а второй вход с выходом второго переключающего блока 4, управляющий вход которого соединен с выходом первого RS -триг3

гера 19, первый вход соединен с выходом первого блока 21 сравнения, а второй вход соединен с выходом второго измерительного блока 2, второй вход которого соединен с выходом второго блока 22 сравнения, первым входом соединенного с входом программатора 17 и выходом первого датчика 15 температуры, а вторьм входом - с пятым выходом программатора 17, шестой выход которого соединен с управляющим входом регулируемого ограничителя 18, первым выводом соединенного с выходом первого усилителя 5, а вторым выходом - с входом первого усилителя 5 и первым выходом первого переключателя 3, второй выход которого соединен с входом второго усилителя 8, седьмой выход программатора 17 соединен с управляющим входом второго ключа 24, вькод BTQporo силового преобразователя 9 соединен с управляющим входом управляющей задвижки 11 с электроприводом.

Устройст во работает следующим образом..

Программатор 17, выполненный в виде отдельного блока или функционально воспроизводимый с помощью ЭВМ,. формирует аналоговые и дискретные сигналы, управляющие многоцикловым процессом нагрева и охлаждения объекта.

С третьего выхода программатора 17 в соответствии с командой Нагрев на второй установочный вход второго RS-триггера 20 подается отрицательный импульс Us сигнала, устанавливающий его в нулевое состояние, т.е. на выходе второго KS-триггера 20 появляется низкий потенциал напряжения, соответствующий уровню логического нуля.

С второго выходи программатора 17 в соответствии с командой Охлаждение на первый установочный вход второго К -триггера 20 и второй установочный вход первого RS-триггера 19 подается отрицательный импульс сигнала Uj, устанавливающий второй Ц гтриггер 20 и первый -триггер 19 в единичное состояние. При этом, на выходе первого и второго R ; -триггеров 19 и 20 появляется высокий потенциал напряжения, соответствующий уровню логической единицы. С четвертого вькода программатора 17

589964

на второй вход первого измерительного блока 1 подается постоянный

, сигнал Ufl задания, уровень которого определяет максимальную температуру $ 9 ° которой нагревается объект. С пятого выхода программатора 17 на второй вход второго блока 22 сравнения подается постоянный сигнал Uy, уровень которого соответствует

fO заданному градиенту (разности) температур поверхности объекта и охлаждающего газа.

С первого выхода программатора 17 на первые входы первого блока 21

15 сравнения и компаратора 25 подается сигнал Uf, уровень которого опреде ляет минимальную температуру охлаждающего газа, соответствующую минимально допустимой температуре Тцц.доп

20 объекта.

С шестого выхода программатора 17 на управляющий вход регулируемого ограничителя 18 подается аналоговый сигнал U6, постоянного уровня или изменяюпц йся по какому-либо закону в зависимости от технологическ1гх или эксплуатационных требований, определяющий темп нагрева объекта.

С седьмого выхода программатора 17 на управляющий вход второго ключа 24 подается постоянный сигнал уровня логической единицы U, определяющий продолжительность работы устройства состоянием замкнутого 5 ключа.

При появлении на выходе второго 1 5-триггера 20 сигнала, соответствующего уровню логического нуля (в соответствии с командой Нагрев), воздействующего на управллющие входы первого ключа 23, первого переключателя 3 и через замкнутьй в течение всего времени работы устройства второй ключ 24 электромагнитного клапана 12, размыкается первый ключ 23, расюунтируя цепь обратной связи интегратора 6, замыкается цепь прохождения сигнала с первого входа переключателя 3 через его .первый выход и одновременно размыкается цепь прохождения сигнала с второго входа его второй выход. При этом электромагнитный клапан 12 закрывается, перекрывая доступ охлаждающего газа в камеру 13.

При появлении на выходах первого и второ.го T S-триггеров 19 и 2П сигналов, соответствующих уровню логи-

51

ческой единицы, воздействующих на управляющие входы второго переключателя 4, первого пере ключателя 3, первого ключа 23 и через замкнутый второй ключ 24 электромагнитного клапана 12 (в соответствии с командой Охлаждение), замыкается первьй ключ 23, шунтируя цепь обратной связи интегратора 6, замыкаются цепь прохождения сигналов с второго входа первого переключателя 3 через его второй выход и с второго входа второго переключателя 4 через его выход. ПРИ этом размыкаются цепи прохождения сигналов с первого входа первого переключателя 3 через его первый выход и с первого входа второго переключателя 4 лерез его выход. Одновременно открывается : лектромагнитньй клапан. 12, который не препятствует прохождению охлаждающего газа в камеру 13.

При включенном устройстве для регулирования температуры до запуска программатора 17 (интервал времени О - t) задакщие и управляющие сигналы с :его ВЫХОДОВ 1-7 не проходят. Первый и второй RS-триггеры 19 и 20 при этом устанавливаются в произвольном состоянии, не оказьюая никакого влияния на работу устройства. . Если второй RS-триггер 20 установился в нулевое состояние, расшунтлруется интегратор 6, через замкнутьй канал первого переключателя 3 проходит сигнал с выхода первого измерительного блока 1 на вькод первого усилителя 5. Однако при отсутствии сигнала задания с четвертого выхода программатора 17 температура объекта не изменится, так как сигнал с первого датчика 15 температуры, установленного на поверхности объекта приводит к появлению на выходах первого измерительного блока 1 и первого усилителя 5 отрицательного сигнала, удерживающего однополярный интегратор 6 в нулевом состоянии.

Состояние первого RS-триггера 19 не оказывает никакого влияния на тегатературу объекта, так как электромагнитный клапан 12 закрыт при отсутствии сигнала на его управляющем входе в тече.ше времени О - tj,, когда разомкнут .второй ключ 24. При отсутствии управляющего сигнала г, выходов второго усилителя 8 и второ&996 .

го силового преобразователя 9, обусловленного размыканием второго канала первого переключателя 3, управляющая задвижка 11 смесительной камеры 10 устанавливается в крайнее положение, при котором охлаждакмдий газ поступает лишь от источника горячего газа.

Если второй RS-триггер 20 устанавливается в единичное состояние, замыкается первый ключ, шунтируя цепь обратной связи интегратора 6. При этом нагреватель 14, выполненньй в виде трубчатого электронагревателя,

5 индукто эа, отражательной печи, температуры объекта не изменит.

В зависимости от состояния первого Рз триггера 19 разностный сигнал с второго .измерительного блока 2 или :

0 первого блока 21 сравнения через

замкнутый канал первого переключателя 3 отрабатьгоается вторым усилителем 8 и вторым силовым преобразова1елем 9, воздействует на электропривод управлякяцей задвижки 11, изменяя ее положение. Однако охлаждающий газ через закрытый в течение всего времени 0-t . электромагнитный клапан 12 не проходит в камеру 13, представляющую собой термокамеру с вакуумным устройством и перепускными клапанами. Начало циклической работы устройства для регулирования температуры определяется запуском программатор а

- 17, В этот момент времени t одновременно с прохождением отрйдательHoi:p jnMnyjibca сигнала % с третьего выхода программатора 17 на второй установочный вход второго RS-триггера 20

Ф и переводящего, его в нулевое состояние в соответствии с командой Нагрев с его первого, четвертого, пятого, шестого, и седьмого вькодов поступают сигналы U, U, Uy, U, Uy,

5 которые непрерьтно воздействуют на входы первого блока 21 сравнения, компаратора 25, первого измерительного блока 1, второго блока 22 сравнения, на управляющие входы второго

5Ф ключа 24, который замыкается на все время до отключения программатора 17 и регулируемого ограничителя 18, вьтолнемного, например, в виде схемы сравнения выходного сигнала с управJJ ЛЯЮЩИМ.

Сигнал задания U с четвертого выхода программатора 17 поступает .- на второй вход первого измерительного блока 1 и сравнивается с сигналом соответствующим температуре поверхнос ти объекта,поступающим на первый, вход первого измерительного блока 1 с пер вого датчика 15 температуры. Разност ный сигнал с измерительного блока 1 через замкнутую цепь-первого переключателя 3 поступает на вход первого усилителя 5, в цепь обратной с вязи которого включен регулируемый ограничитель 18 . Сигнал на выходе первого усилителя 5 с регулируемым огра ничением изменяется в соответствии с выражением. -.-. .f и evi (t) k5AH,( t) , если UMC,KC( t ) UgCt): Uorf(t) Vorp и),;еслиим«кс(с)иогр (t где 4U(t) - выходной с 1гнал первог измерительного блока 1 kj - коэффициент усиления первого усилителя 5; Uorp (t)-уровень ограничения ре гулируемого ограничите ля 18, задаваемый с ше того выхода программатора 17. Выходной сигнал первого усилителя 5 интегрируется интегратором 6, на выходе которого сигнал возрастает с заданным темпом, определяемым управляюощм сигналом регулируемого ограни чителя 18 в соответствии с выражением - ) UjCt) - j . т . где Т - постоянная времени интегрирования интетратора 6. Нарастающий по заданному закону, сигнал Uj(t) воздействует на первый силовой преобразователь 7, который управляет работой нагревателя 14 таким образом, что нагрев обтьекта происходит с заданным темпом. ( При достижении на поверхности объекта температуры, соответствующей заданному значению, на выходе первого силового элемента 7 устанавливается постоянный сигнал, обеспечивающий с помощью нагревателя 14 постояннзгю температуру на поверхности объекта в соответствии с заданием соответствии с (момент tj). Программатор 17 получив информацию о достижении заданной температуры объекта, поступивщую с первого датчика 15 температуры на его вход в виде аналогового сигнала Ug, после отработки заданной вьодержки Ц вьщает команду на времени прекращение нагрева и перевод устройства в режим Охлаждение. При этом с второго выхода программатора 17 на второй установочный вход первого RS -триггера 19 и первый установочный вход второго RS-триггера 20 проходит отрицательный импульс сигнала U , переводящий их в Единичное сосТояние. С этого момента t замыкается первьй ключ 23, шунтирующий цепь обратной связи интегратора 6 таким образом, что на его выходе сигнал исчезает, после чего нагрев объекта прекращается. Сигнал с выхода первого измерительного блока 1 через разомкнутую цепь первого переключателя 3 на вход первого усилителя 5 не проходит,так как триггеры 19 и 20 устанавливайотся в такие состояния, которые обеспечивают прохождение сигнала с второго входа второго переключателя 4 на его выход и с второго входа первого переключателя 3 на его выход. Одновременно открывается электромагнитный клапан 12, разрешая тем самым доступ охлажденного газа в камеру 13. Второй блок 22 сравнения формирует задакадее воздействиеf определяемое разностью сигнала, соответствующего текущей температуре объекта поступаннцего с вькода первого датчика 15 температуры на первый вход второго блока 22 сравнения, и сигнала, соответствующего установке U программатора 17, поступающего на второй вход второго блока 22 сравнения, опредеЛякщее заданный градиент (разность) температур, Выходной сигнал второго блока 22 сравнения поступает на второй вход второго измерительного блока 2, где сравнивается с сигналом обратной связи, соответствуняцим текущему значению температуры охлаждакнцего газа, поступающего на его первый вход с выхода второго датчика 16 температуры, установленного в потоке охлаждающего газа. Разностный сигнал с второго измеительного блока 2 отбрасывается вторым усилителем 8 и вторым силоым преобразователем 9 таким обраом, что на управляющем входе элекропривода управляющей задвижки 11 смесительной камеры 1U устанавливается сигнал, соответствующий такому положению управляющей задвижки 11, при котором температура охлаждающего газа изменяется в соответствии с измеиением сигнала на выходе второго блока ,22 сравнения, определяющего заданный градиент (разность) температур поверхности объекта и охлаждающего газа, достигая в начале участка охлаждения своего максимального значения и уменьшаясь при дальнейшем охлаждении. . До тех пор, пока сигнал второго выхода датчика 16 температуры повышает уровень, определяемый установкой сигнала U с первого выхода программатора 17, соответствующего минималь ной темпе.ратуре охлаждающего газа, с выхода компаратора 25 на первый установочныйВХОД первого R5 -триггера 19 поступает сигнал логической единицы, не оказывакмций на состояние триггера никакого влияния. Как только сигнал, поступаищий в соответствии с температурой охлаждающего газа с выхода второго датчика Т6 температуры на второй вход компаратора 25, снизится до уровня сигнала и, приходящего на первый вход компаратора 25 с первого выхода программатора 17, работает компаратор 25 и отрицательным перепадом выходно го сигнала, поступакнцего на первый установочный вход первого Р5-триггера 19, переводит его в противоположное состояние с выходным сигналом, соответствующим уровню логического нуля (момент времени t4). Второй переключатель 4 при изменении управляющего си1;нала на его управляющем входе размыкает цепь прохождения сигнала с выхода второго измерительного блока 2 на вход второ го усилителя 8 через замкнутую цепь первого переключателя 3. При этом на вход второго усилителя 8 проходит сигнал с выхода первого блока 21 сравнения, определяемый разностью сигналов, соответствукицих уставке U, минимальной температуры охлаждающего газа с первого выхода программатора 17 и температуре охлаждающего газа, поступающих на второй и первый входы первогоблока 21 сравнения. Таким образом, с этого момента .времени в устройстве для регулирования температуры происходит переключение задат 11 6О чиков: вместо второго блока 22 сравнения, формирующего сигнал, изменяющийся в соответствии с заданным градиентом (разностью) температур поверхности и охлаждающего газа, с первого выхода программатора 17 подключается задатчйк сигнала, уровень которого и определяет порог минимальной теьшературы охлаждающего газа, воздействующего на объект, которая с помощью первого блока 21 сравнения, второго усилителя 8 второго силового преобразователя 9, управляющей, задвижки 11 с электроприводоми смесительной камеры 10 поддерживается неизменной до конца процесса охлаждения данного цикла, Программатор 17, получив информацию .о достижении в момент времени ty заданной минимальной температуры Тзад. мчн объекта с первого датчика 15 т.ёмпературы, отрабатывает заданную выдержку времени tj-t, в течение которого объект продолжает охлаждаться с малой интенсивностью, не достигая порога допустимой температуры .доп . соответствующей минимальной температуре охлаждающего газа, после чего выдает команду на прекращение охлаждения и перевод устройства в режим Нагрев. При этом с третьего выхода программатора 17 в момент времени t проходит отрицательный импульс сиг„ ,, .., переводящий второй RS -тригнала и. гер 20 в нулевое состояние. Первый и второй переключатели 3 и 4 обеспечивают прохождение сигнала с выхода первого измерительного блока 1 на вход первого усилителя 5, а разомкнутый первый ключ 23 расшунтирует интегратор 6, который начинает интегрирование при нулевом выходном напряжении. В это время с выходов второго измерительного блока 2 и первого.блока 21 сравнения сигналы на вход второго уёилителя 8 не проходят через разомкнутую цепь второй вход - второй выход первого переключателя 3. При отсутствии управляющих сигналов с выходов второго силового преобразователя 9 и второго RS-триггера 20 управляющая задвижка 11 смесительной камеры 10 с помощью электропривода устанавливается в крайнее положение, при котором охлаждающий газ поступает лить, от источника горячего газа, но через закрытый электромагнитный

клапан 12 в камеру 13 не проходит.

.Начинается следующий цикл работы устройства, в котором все рассмотренные -процессы повторяются.

При внезапном аварийном отключении программатора 17 объект независимо от стадии цикла термовоздействия остыва. ет в естественных условиях, так как при этой с помощью разомкнувшегося второго ключа 24 электромагнитный клапан 12 закрывается, препятствуя прохождению охлаждающего газа в камеру 13, а отрицательньй сигнал с выходов itepBoro измерительного блока 1 и первого усилителя 5 при отсут,ствии сигнала задания V устанавливает однополярный иитегратор 6 в нулевое состояние, снимая управляющий сигнал на входе нагревателя 14.

Окончание работы устройства для регулирована; температуры осуществляется остановкой программатора 17 в конце заданного цикла при достижении объектом заданной минимальной температуры. При этом из-за отсутствия управляющего сигнала закрывается электромагнитный клапан 12, который не пропускает поток охлаждающего газа в камеру 13, а зашунтированный интегратор 6 препятствует разогреву нагревателя 14.

О ti

.

.2