Устройство для регулирования температуры Советский патент 1987 года по МПК G05D23/19 

Изобретение огносится к системам анто матического регулирования температуры и может быть использовано для регулирования температуры в процессах с заданными температурно-временными характеристиками, в частности для инфракрасного обогрева животных.

Цель изобретения - повышение точности нри расширении функциональных возможностей устройства.

На фиг. 1 представ;1ена блок-схема устройства; на фиг. 2-4 варианты схем

блока управления.

Устройство для регулирования температуры содержит блок 1 синхронизации, делитель 2 частоты, цифровой задатчик 3 температуры, вычитатель 4, блок 5 памяти, цифровой датчик 6 температуры, блок 7 управления, на1 ревате.1Ь 8, задатчик 9 вре.мен- пых интервалов, цифровой вольтметр 10. Блок управления содержит (фиг. 2) входы 11 -14 и выходы 15 и 16, счетчик 17, инвертор 18, RS-триггер 19, элемент И 20, усилитель 21, тиристорный ключевой элемент 22. Блоки 3, 5 и 9 представляют собой ПЗУ с занесенной в них информацией о температурно-вре.меннь х характеристиках процесса, параметрах исполнительных элементов и объекта регулирования. Вариант выполнения блока 7, приведенный на фиг. 3 включает элемент 23 сравнения кодов, а вариант, приведенный на фиг. 4, - счетчик-умножитель 24.

Устройство работает следующим образом.

Блок 1 синхронизации 1 формирует импульсы с частотой, равной удвоенной частоте сети, с выхода делителя 2 частоты, коды, соответствующие пересчитанному в со- ответствуюш,ее число раз количеству имнуль- сов блока 1 (т.е. текушему моменту времени выращивания t), поступают (с основной и дополнительной групп выходов) на адресные входы задатчика 3 температуры и задатчика 9 временных интервалов соответственно. Задатчики 3 и 9 формируют сигналы управления («Включение, «Выключение, «Интенсивность) нагревателем 8, в качестве которого используются инфракрасные излучатели в соответствии с хранящейся в их памяти програм.мой инфракрасного обогрева животных. На выходе задатчика 3 формируются сигналы, соответствуюш,ие величинам необходимых для данного возраста выращиваемых животных (В) перегревов П ф(В).

Сформированные таким образом сигналы управления (П) поступают на входы уменьшаемого вычитателя 4, а на его входы вычитаемого поступают сигналы с датчика 6 температуры, определяемые средней температурой окружающей среды в помешении выращивания в данное время t. На выходах вычитателя образовывается сигнал (код), соответствующий необходимому для данного возраста В и температуры окружающей среды Т° воздействию Р (). Сигнал (код) Р поступает на блок 5 памяти, представляюн1.ий собой ПЗУ, которое по со- BOKynHOCTk сигналов Р, сигналов (кодов цифрового во: ьтметра 10 (V), а также имеющейся информации о характеристиках на- 1 ревателей 8 (Z), но.мещения выращивания (К) и вида выращивае.мых животных (Ж) формирует сигнал М, соответствующий требуемому перегреву П для данного воз раста (В) в виде (Ж) выращиваемых животных в данно.м помещении (Б) при те.м- пературе окружающей среды (Т°) и величине напряжения (V) питающей сети, измеренных в данный момент времени t датчиком 6 и

г вольтметром 10. Следовательно

-М F,(Z, Б, Ж, Ь(Р, V).

Р П-- Т°.

Сигнал1з1, фор.мируемые на других выходах делителя 2 частот1з1 и задатчика 3, управляют адресными входами задатчика 9, на

0 выходе которого образуется сигнал (Л), соответствующий длительности и времени наступления пауз в циклах обогрева, необходимых при данном возрасте выращиваемых животных (В) данного вида (Ж) в данном помещении выращивания (Б). При

5

f

это.м

л (Р2(Б, Ж, В).

Временная диаграм.ма типичного суточного цикла воздействия формируется под управлением сигналов (кодов), поступающих е

Q выходов делителя 2 частоты, а номер разновидности текущего цикла (N) и его длительность I Т.) задаются другими выходами задатчика 3.

Сигнал (код) М, поступает на вход 11 блока 7 управления и вызывает на его вы5 ходе 15 воздействие соответствующей величины М, интенсивности.

Сигнал Л принимающий значение «Лог. О либо «Лог. 1, поступает на вход 12 блока 7 и производит выключение нагревателей 8 независимо от состояния других

0 входов блока 7. Обновление информации в блоке 7 происходит под управлением делителя 2 частоты по входу 14 либо асинхронно.

Блок 7 осуществляет согласование нагревателей 8 и через входящие в его состав силовые ключи на базе тиристоров типа Т-160 с трансформаторным управлением с выходами блока 5 памяти, задатчика 9 и блока 1. Количество полу- нериодов тока, пропускаемых блоком 7 в на0 греватели 8, равно величине кода М„ сформированного на выходе блока 5 (вход 11 блока 7). При наличии управляющего сигнала на входе 12 блока 7 (на выходе задатчика 9) имнульсы тока «не пропускаются блоком 7 в нагреватели 8 - фор5 мируется пауза в процессе обогрева животных. С целью экономии электрической мощности, рассеиваемой на тиристорных ключах блока 7, схемы ориентированы на

широтно-импульсный метод регулирования (ШИМ), при котором число полупериодов равно величине сформированного блоком 5 кода М,-, а их временное расположение зависит от схемной реализации блока 7 и от моментов перехода напряжения питающей сети через нуль (вход 13 блока 7).

Возможные три способа размещения «пропускаемых в нагрузку импульсов; все пропускаемые импульсы (М шт. М Np, N,, - период регулирования) размещаются в начале периода регулирования - «проходят импульсы с номерами от 1-го по М-й; все пропускаемые импульсы размещаются в конце периода регулирования - «проходят импульсы с номерами от (Np-М)-го по N-й; импульсы по возможности равномерно распределяются по всему периоду регулирования NP - «проходят М импульсов, размещение которых зависит от соотношения между М и Np().

Вариант блока 7 на фиг. 2 (ШИМ 1) реализует способ управления по первому или второму типу.

ШИМ 1 работает следующим образом.

Импульс с выхода делителя 2 частоты, воздействуя на вход 14, устанавливает триггер 19 через инвертор 18 в «О и одновременно заносит в счетчик 17 выходной код блока 5 с входа 11. После этого начинается счет импульсов, поступающих на счетный вход счетчика 17 через вход 13 с блока 1, частота их равна удвоенной частоте сети. Количество разрядов счетчика 17 выбрано так, чтобы его переполнение наступало через NP-М импульсов блока 1, триггер 19 устанавливается в «1, срабатывает элемент И 20 и на выход усилителя 21 начинают проходить импульсы с блока 1 (вход 13), количество которых равно NP-(Np-М) М. С приходом на R-вход счетчика 17 через вход 12 управляющего потенциала от задатчика 9 счетчик 17 устанавливается в «О, импульсы переноса прекращаются, а следовательно, прекращаются и импульсы на выходе усилителя 21. Аналогичные возможности обеспечивает схема ШИМ 2, представленная на фиг. 3.

ШИМ 2 функционирует следующим образом.

Коды, формируемые блоком 5, поступают на параллельные входы А элемента 23 и сравниваются с выходными кодами счетчика 17, пересчитывающего импульсы от блока 1. Управляющий (разрешающий) потенциал на первом входе усилителя 21, соединенном с выходом элемента 23, возникает в те моменты, когда А В, в результате в нагрузку под управлением блока 7 будут пропущены М из NP импульсов, размещение которых зависит от того, какой из выходов или элемента 23 поступает на усилителя 21. С приходом управляющего потенциала от задатчика 9 (через вход 12) на входы или элемента 23 сравнения кодов, формирование импульсов на входе усилителя 21 прекрап1,ается. наступает пауза в процессе регулирования.

Функции равномерного распределения М 5 импульсов по длительности периода i,, шествляет ШИМ 3. схема которого представлена на фиг. 4.

ШИМ 3 функционирует следующим образом.

Код с выхода блока 5, поступающий че- рез вход 11 блока 7 на входы управления умножением К счетчика-умножителя 24, вызывает изменение коэффициента пересчета импульсов блока 1, что приводит к появлению на входе усилителя 21 М им5 пульсов (М Нр), длительность которых равна длительности импульсов блока 1, равномерно распределенных по периоду регулирования. С приходом управляющего потенциала от задатчика 9 через вход 12 блока 7 на R-вход счетчика 24, формирова0 ние импульсов на входе усилителя 21 прекращается.

Тиристорный ключевой элемент 22 функционирует следующим образом.

С приходом импульса ШИМ, синхронного

5 с переходом напряжения питающей сети через «О, на управляющих электродах тиристоров возникает положительное относительно их катодов отпирающее напряжение, и открывается тот из тиристоров, на аноде которого присутствует в данный момент по0 ложительное относительно катода напряжение.

В следующий полупериод напряжения Uf отопрется другой из тиристоров. Ток в нагреватели 8 будет пропускаться во все М полупериодов напряжения питающей сети за

5 период регулирования Np. Схема позволяет уменьшить расход электроэнергии за счет уменьшения мощности, выделяемой на элементе 22. Угол отсечки в выходном токе не превышает 4-6° в связи с тем, что анодное напряжение, достаточное для включения

тиристоров Т-160, не превышает 7-10 В.

Мощность, «пропускаемая в нагреватели 8, может составлять величины порядка десятков киловатт.

с Уровень помех, создаваемый устройством, оказывается весьма низким, так как коммутация производится практически в моменты перехода сетевого напряжения через «О. ШИМ 3 по сравнению с ШИМ 1 и ШИМ 2 обеспечивает возможность работы с нагреQ вателями, тепловая инерционность которых сравнима с периодом питающей сети, при возможно равномерной расстановке импульсов по периоду регулирования Np нагреватели не успевают сильно остыть и изменить величину своего сопротивления. Это позво5 ляет дополнительно экономить электрическую мощность. ШИМ 1 позволяет организовать регулятор сразу нескольких процессов, так как счетчик служит одновременно регистром. ШИМ 2 обеспечивает максимальную простоту, не требуя дополнительного выхода (вход 14 ШИМ 1) делителя 2 частоты.

вышения точности при расширении функциональных возможностей, введены задатчик временных интервалов и цифровой вольтметр, причем вход цифрового вольтметра подключен к сети переменного тока, а его выход соединен с первым входо.м блока памяти, выход которого подключен к первому входу блока управления, второй, третий и четвертый входы которого соединены соответственно с выходами задатчика

Таким образом, устройство обеспечивает автоматическое поддержание и требуемый закон изменения температуры перегрева (П) и длительностей циклов обогрева (Т) с заданной точностью в зависимости от возраста вырап.1иваемых животных (В) и темпе- 10 временных интервалов, блока синхронизации ратуры окружаюп ей среды (Т°) в данноми первым выходом делителя частоты, втопомещении для выращивания при изменениях напряжения питающей сети (LJ) в широких пределах, обеспечивая при этом экономию энергетических ресурсов при повыше15

рои выход которого подключен к первому входу задатчика временных интервалов, второй вход которого соеди-нен с другим выходом цифрового задатчика температуры, соединенного входом с третьим выходом делителя частоты, вход которого подключен к выходу блока синхронизации, а второй вход блока памяти соединен с выходом вычи- тателя.

нии напряжения питаюпдеи сети, а также исключение возможностей недогрева и перегрева выращиваемых животных при изменениях величины напряжения питающей сети.

Формула изобретения

1. Устройство для регулирования температуры, содержащее цифровые датчики и задатчик температуры, вычитатель, делитель

частоты, блок синхронизации, блок памяти, 25 входом счетчика, вход сброса и счетный вход а также последовательно включенные в сетькоторого соединены соответственно с вторым

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок управления содержит счетчик, инвертор, RS-триггер, а также последовательно соединенные элементы И, усилитель, тиристорный ключевой элемент, причем первый вход блока связан с информационным

переменного тока блок управления и нагреватель, причем один из входов вычитате- ля соединен с выходом цифрового датчика температуры, а другой его вход связан с одним из выходов цифрового задатчика температуры, вход блока синхронизации соединен с сетью переменного тока, отличающееся тем, что, с целью по30

и третьим входами блока, четвертый вход которого связан с входом записи счетчика и через инвертор с R-входом RS-триггера, S-вход которого подключен к выходу счетчика, входы элемента И соединены с выходом RS-триггера и третьим входом блока, а выход тиристорного ключевого элемента соединен с выходом блока.

вышения точности при расширении функциональных возможностей, введены задатчик временных интервалов и цифровой вольтметр, причем вход цифрового вольтметра подключен к сети переменного тока, а его выход соединен с первым входо.м блока памяти, выход которого подключен к первому входу блока управления, второй, третий и четвертый входы которого соединены соответственно с выходами задатчика

временных интервалов, блока синхронизации и первым выходом делителя частоты, вто

входом счетчика, вход сброса и счетный вход которого соединены соответственно с вторым

рои выход которого подключен к первому входу задатчика временных интервалов, второй вход которого соеди-нен с другим выходом цифрового задатчика температуры, соединенного входом с третьим выходом делителя частоты, вход которого подключен к выходу блока синхронизации, а второй вход блока памяти соединен с выходом вычи- тателя.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок управления содержит счетчик, инвертор, RS-триггер, а также последовательно соединенные элементы И, усилитель, тиристорный ключевой элемент, причем первый вход блока связан с информационным

и третьим входами блока, четвертый вход которого связан с входом записи счетчика и через инвертор с R-входом RS-триггера, S-вход которого подключен к выходу счетчика, входы элемента И соединены с выходом RS-триггера и третьим входом блока, а выход тиристорного ключевого элемента соединен с выходом блока.

Изобретение относится к системам автоматического регулирования температуры и может быть применено для инфракрасного обогрева животных. Устройство содержит цифровые датчики и задатчик температуры, задатчик временны.х интервалов, делитель частоты, цифровой вольтметр и обеспечивает повышение точности при расширении функциональных возможностей за счет формирования блоком памяти управляюш.его сигнала на блок управления, соответствующего температурно-временным характеристикам процесса регулирования в соответствии с сигналом ошибки, сформированным вычитателем. Блок управления, синхронизированный с нулем сети переменного тока, формирует ШИЛ1-сигнал управления, зависящий от сигнала ошибки и от величины напряжения сети. 1 з.п. ф-лы, 4 ил. 00 оо СП СО О1

°

I

fe