Устройство для программного регулирования температуры Советский патент 1985 года по МПК G05D23/19 G05D19/02 

Изобретение относится к области автоматизации технологических процессов, а именно к программному заданию и регулированию температуры, и может быть использовано, в частности в устройствах обжига, вжигания, спекания, для хроматографи и т.п.

Целью изобретений является повышение точности программного регулирования температуры..«

На чертеже представлена блок-схена предлагаемого устроййтва.

Устройство состоит из пускового элемента 1, генератора 2 импульсов, программируемого делителя 3 частоты (ПДЧ), блока 4 постоянной памяти скорости, элемента И 5, реверсивного счетчика 6 импульсов, блока 7 постоянной памяти температурь}, блока 8 совпадения кодов, счетчика 9 времени, блока 10 постоянной памяти времени, блока 11 совпадения кодов, элемента И 12, коммутатора 13, первого счетчика 14 адресов, блока 15 аппроксимации характеристики датчика температуры, состоящего из делителя 16 частоты, второго счетчика 17 адресов, блока 18 постоянной памяти характеристики датчика температуры, блока 19 уставок температуры, состоящего из реверсивного счетчика 20 импульсов, цифроаналогового преобразователя 21, датчика 22 температуры, вычитающего элемента .23, исполнитель.ного элемента 24, нагревателя 25.

В качестве блоков постоянной памяти скорости, времени, температуры могут быть применены постоянные запоминающие устройства типа КР556РТ4 или К573РФ14.

Распределение частот на выходах программируемого делителя в зависимости от выходного блока 4 происходи следукяцим образом.

Коэффициент деления равен:

постоянная частота генератора,

выходная частота программируемого делителя частоты| код, подаваемый наустановочные входы. тво работает следующим обючении устройства пусковым 1 генератора 2 начинает

вырабатывать импульсы, поступающие на счетный вход программируемого делителя 3 частоты и счетчика 9. Программируемый делитель 3 частоты осуществляет деление частоты генератор в зависимости от кода, поступающего на его установочные входы с постоянного запоминающего устройства 4 скорости.

Если Км„ О, то N 1, т.е. f „, ff.g, , что соответствует максимальной скорости заполнения (или уменьшения состояния) реверсивного счетчика 20 импульсов, т.е. максимальной скорости нарастания (убывания) стабилизации температуры в объекте. Однако случай К щ. 0 выбран критерием стабилизации температуры на определенном уровне, так как элемент И 5 дешифрирует.нулевой код блока 4 постоянной памяти скорости и закрывает прохождение импулсов с.генератора 2 на блок 3, т.е. реальная максимальная частота

на выходе делителя будет при. 1.

.

В этом случае N 2 Таким образом, „,„

может изменятьf ген

-ген

ся в диапазоне I 2

, в общем случае „, - Nпдч N

где п - разрядность ПДЧ

(при условии, что ПДЧ работает в двоично-десятичном коде).

Реально ПДЧ молсет быть вьшолнен из трех (или более) последовательно соединенных микросхем типа К155ИЕ6, представляющих собой параллельные реверсивные счетчики с предварительной установкой кода, работающие в двоично-десятичном коде. Кроме параллельных выходов в коде 1-2-4-8 каждая микросхема имеет и два последовательных выхода 9 и 0, которые используются при построении многоразрядных счетчиков. Одновременно с каждым десятым входным импульсом на выходе 9 появляется : отрицательный импульс, которьй может подаваться на вход +1 следующей микросхемы многоразрядного счетчкка При обратном счете входные импульсы подаются на вход -1, а выходные снимаются с выхода 0.

В связи с этим на схеме изображены три выхода ПДЧ 3, верхний из которых (по схеме) соответствует выходу 9 микросхемы типа К155ИЕ6, нижний - выходу и О, а средний - логической комбинации выходов 9 и 0. При этом следует иметь ввиду, что при К ugT const все три частоты равны между собой, т.е.

()

ПАЧ

в блоке 4 постоянной памяти скорости записана информация в виде цифровых кодов о скорости линейного изменения температуры для каждой из ступеней программы термообработки. Если на какой-либо ступени программы необходима стабилизация температуры,то в блок постоянной памяти скорости по адресу данной ступни записывается нулевая информация. Элемент И 5 дешифрирует эту информацию и вьщает сигнал разрешения на переключение номера ступени Р, которое произойдет по окончании времени вьщержки данной ступени. Этот же сигнал запрещает проход импульсов с генератора на программируемьй делитель 3 частоты. В блоке 10 постоянной памяти времени записань временные интервалы вьщержки ступеней программы. Когда текущий код счетчика 9 времени сравняется с кодом, записанным в блоке 10 времени, блок 11 совпадения кодов вырабатывает сигнал В, поступающий на коммутатор 13 переключения номера ступени и свидетельствующий о том что время вьщер-лски данной ступени закончилось. Одна программа термообработки отделяется от другой тем, что по адресу, следующему за адресом последней ступени предыдущей программы, в блоке постоянной памят времени записана нулевая информация Элемент И 12 дешифрирует эту информацию и вьфабатывает сигнал Конец процесса, который останавливает работу устройства.

С выхода программируемого делителя 3 частоты импульсы поступают на суммирующие или вычитающие входы реверсивньп4 счетчиков 6 и 20 импульсов, в зависимости от заданной программы (нагревание или охлаждение).

В блоке 7 постоянной памяти температуры записаны температуры точек перегиба ступеней программ термообработки. При совпадении кодов реверсивного счетчика 6 импульсов и блока 7 температуры блок 8 совпадения кодов вырабатывает сигнал Т, поступающий на вход коммутатора 13.

Коммутатор 13 реализует функцию

С Т V (В Л Р),

где С - выходной сигнал.

Таким образом, переключение на следующую ступень программы может

произойти либо по температуре перехода, либо по окончании времени выдержки предыдущей ступени.

Если на предьщущей ступени была задана какая-либо отлична от нуля

5 скорость изменения температуры, то переключение на следующую ступень произойдет при совпадении кодов

реверсивного счетчика 6 и блока 7

I

постоянной памяти температуры, если

0 же на предьщущей ступени бьша задана стабилизация температуры, то переключение на следующую ступень произойдет при совпадении кодов счетчика 9 времени и блоке 10 постоянной памяти времени, т.е. после окончания времени вьщержки данной ступени. Выходной сигнал С коммутатора 13 поступает на счетчик 14 адресов и увеличивает его состояние на единицу. При этом из блока 4 постоянной памяти скорости, блоков 10 и 7 времени и температуры выбирается новая информация о скорости изменения температуры, времени выдержки и температуре перехода следующей ступени. Первоначальная адресация, т.е. выбор номера начальной ступени какой-либо программы, осуществляется путем записи в счетчик

0 14 адресов исходного числа, соответствующего номеру начальной ступени программы, а затем с помощью коммутатора 13 каждый раз при переходе на новую ступень программы это число увеличивается.на единицу.

В режиме отработки заданной программы, начиная с какого-либо начального адреса, время выбора новой информации из блока постоянной

0 памяти скорости, времени и температуры определяет счетчик 14 адресов, управляемьш коммутатором 13. Началь- ньй адрес, т.е. фактически номер одной из записанных в блоке постоянной памяти программ термообработки, задается путем записи (с кодовых переключателей, тумблеров и т.п. на схеме не указаны) в счетчик 14 .адресов исходного числа, равного начальному адресу. Счетчик 14 адресов представляет собой счетчик с предварительной установкой кода (аналогично программируемому делителю частоты). Отличие заключается в том, что счетчик 14 всегда увеличивает свое состояние, начиная с предварительно записанного числа до переполнения (но никогда не переполняется При этом каждый импульс, пришедший на вход счетчика, соответствует переходу с предыдущей ступени термообработки на последующую. Работу устройства всегда можно остановить, например, снять питание с генератора 2. Затем ввести новый исходный адрес в счетчик 14 и запустить пусковым устройством 1 Таким образом, программу термообработки можно составить из любых ступеней всех программ, записанных в эти блоки, т.е. синтезировать новые программьь Это положительное качество чрезвычайно полезно для исследовательских целей, для отработки новых технологических процессов. Так продолжается до тех пор, пока не появится сигнал Конец процесса, свидетельствующий об окончании выполнения данной програм термообработки. Максимальное количество ступеней термообработки равно где п - разрядность счетчика 14 адр сов и соответственно адресного поля постоянных запоминающих устройств скорости времени и температуры. Если каждая программа содержит М ступеней, то количество программ записанных в блоки постоянной памяти скорости, времени и температуры будет равно . Выходная частота программируемого делителя частоты подается на вхо блока 15 аппроксимации характеристики датчика температуры, а именно на делитель 16 частоты. Делитель 16 частоты производит разбиение всего рабочего диапазона температур, в к тором работает устройство, на интер валь аппроксимации характеристики датчика температуры. Делитель 16 имеет постоянный коэффициент деления для определенного датчика температуры. Он выбирается исходя из максимального объема памяти блока постоянной памяти хАрактеристики датчика температзфы и максимальной рабочей температуры, Так, например, если максимальная рабочая температура датчика равна 2000С, объем блока 18 составляет 1000 слов (адресов), реверсивный счетчик 20 импульсов имеет 1000 состояний, то коэффициент деления делителя 16 должен быть равен час.тному от деления максимальной рабочей температуры датчика на максимальное количество слов блока 18, т.е равен 2. При этом следует иметь ввиду, что каждый импульс, прошедший с выхода программируемого делителя 3 частоты на вход реверсивного счетчика 20 импульсов, будет соответствовать изменению .paтypы в объекте на 2°С. Если максимальная рабочая температура датчика равна максимальному количеству слов блока 18, то коэффициент деления равен 1 и делитель 16 можно исключить. В реальном устройстве делитель 16, в частности, может представлять собой микросхему К 155ИЕ2, коэффициент деления которой от 1 до 10 можно изменять при смене датчиков те1 тературы посредством перемычек, соединяющих определенным образом входы и выходы микросхем между собой. Вькодные импульсы делителя поступают на счетчик 17 адресов, который управляет работой блока 18 постоянной памяти. В блоке 18 записаны значения температур начала каждого из интервалов разбиения статической характеристики датчика температуры. Таким образом, по адресам начала каждого из интервалов разбиения из блока 18 выбирается цифровой код, соответствукщий определенной точке на статической характеристике датчика температуры. Этот код поступает в блок 19 уставок температур, а именно, по установочным входам переписывается в реверсивный счетчик 20 импульсов. Внутри каждого интервала аппроксимации происходит заполнение реверсивного счетчика 20 импульсов

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОГРАММНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ, содержащее последовательно соединенные пусковой элемент, генератор импульсов и программный делитель частоты, а также счетчик времени, входом подключенный к выходу генератора импульсов и блок уставок температуры, отли чающееся тем, что, с целью повышения точное- ти программного регулирования температуры, в него введены блок постоянной памяти температуры, блок постоянной памяти скорости, блок постоянной памяти времени, первый и второй элементы И, первьш и второй блоки совпадения кодов, коммутатор, первьй счетчик адреса, реверсивный счетчик и последовательно соединенные делитель частоты, второй счетчик адреса и блок постоянной памяти характеристики датчика температуры, выходы которого соединены с первыми входами блока уставок т.емпературы, вторые входы которого соединены с входами реверсивного счетчика и с первыми выходами программного делителя частоты, подключенного вторым выходом к входу делителя частоты, выходы реверсивного счетчика соединены с первыми входами первого блока совпадения кодов, вторые входы которого соединены с выходами блока постоянной памяти температуры, а выход с первым входом коммутатора, подключенного вьсходом к входу счетчика (Л адреса, второй вход коммутатора соединен с выходом второго блока совпадения кодов, первые входы которого подключены к выходам счетчика времени, вторые входы - к выходам блока постоянной памяти времени и к входам первого элемента И, выход которого соединен с выходом устройст:о ва, третий вход коммутатора соединен с вторым входом генератора имX) пульсов и с выходом второго элемента И, входы которого подключены к первым выходам блока постоянной памяти скорости, вторые выходы которого соединены с вторыми входами программного делителя частоты.