Устройство для регулирования температуры Советский патент 1989 года по МПК G05D23/19 

з (Л

Изобретение относится к технике автоматического регулирования и может быть использовано для построения автоматических регуляторов температуры. Цель изобретения - повышение точности регулирования за счет автоматического изменения мощности нагревателя в процессе отслеживания заданной температуры в широком диапазоне изменения физических характеристик объекта терморегулирования и теплофизических параметров окружающей среды. Это достигается тем, что в устройство для регулирования температуры, содержащее задатчик температуры 1, выходы которого соединены с первой группой входов цифровой схемы сравнения 2, последовательно соединенные датчик температуры 4 и аналого-цифровой преобразователь 3, выходы которого соединены со второй группой входов схемы сравнения 2, формирователь синхроимпульсов 11, соединенный входом с источником переменного напряжения, а выходом - с тактовым входом двоичного счетчика 10, элемент И 9 и тиристорный исполнительный элемент 13, через который нагреватель 14 подключен к источнику питания, дополнительно введены блок памяти 6, реверсивный счетчик 8, мультиплексор 12, элемент ИЛИ 7 и триггер 5, первый вход которого соединен с выходом переполнения схемы сравнения и с входом разрешения работы блока памяти, второй вход триггера 5 соединен с выходом элемента И 9 и с тактовым входом реверсивного счетчика 8, а его выход соединен с одним из входов элемента ИЛИ 7 и с входом направления счета реверсивного счетчика 8, выход элемента ИЛИ соединен с первым входом элемента И 9, к второму входу которого подключен выход переноса двоичного счетчика 10, причем информационные выходы двоичного счетчика соединены с первой группой адресных входов блока памяти, вторая группа адресных входов блока памяти соединена с информационными выходами схемы сравнения и с оставшимися входами элемента ИЛИ, а информационные выходы блока памяти подключены к информационным входам мультиплексора, адресные входы которого соединены с информационными выходами реверсивного счетчика, а выход соединен с входом тиристорного исполнительного элемента. 1 ил.

ел

со

1C

се

теля в процессе отслеживания заданной температуры в широком диапазоне изменения физических характеристик объема терморегулирования и теплофи- зических параметров окружающей среды. Это достигается тем, что в устройство для регулирования температуры, содержащее задатчик температуры 1, выходы которого соединены с первой группой входов цифровой схемы сравнения 2, последовательно соединенные датчик температуры 4 и аналого-цифровой преобразователь 3, выходы которого соединены с второй группой входов схемы сравнения 2, формирователь синхроимпульсов 11, соединенный входом с источником переменного напряжения, а выходом - с тактовым входом двоичного счетчика 10, элемент И 9 и тиристорный исполнительный элемент 13, через который нагреватель 14 подключен к источнику питании, дополнительно введены блок памяти 6, реверсивный счетчик 8, мультиплексор 12, элемент ИЛИ 7 и триггер 5, первый вход которого соединег с выходом пеИзобретение относится к технике автоматического регулирования и может быть использовано для построения Iавтоматических регуляторов температуры.

Цель изобретения - повышение точности устройства регулирования за счет автоматического изменения мощности нагревателя в процессе отслеживания заданной температуры при изменении физических характеристик объекта терморегулирования или теплофизи- ческих параметров окружающей среды.

На чертеже изображено предлагаемое устройство.

Устройство содержит цифровой задатчик 1 температуры, код с выхода которого подается на первый вход схемы 2 сравнения (вычитатель), второй вход которой подключен к выход/ аналого-цифрового преобразователя 3.На вход аналого-цифрового преобразователя 3 поступает информация с зыхода датчика 4 температуры. Выход переполнения схемы сравнения 2 соединен с первым входом триггера 5 и входом разрешения работы блока 6 памяти. Выход триггера 5 соединен с первым

реполнения схемы сравнения и вхоцоч разрешения работы блока памяти 6, второй вход триггера 5 соединен с выходом элемента И 9 и тактовым входом реверсивного счетчика 8, а его выход соединен с одним из входов элемента ИЛИ 7 и входом направления счета реверсивного счетчика, выход элемента. ИЛИ соединен с первым входом элемента И 9, к второму входу которого подключен выход переноса двоичного счетчика 10, причем информационные выходы двоичного счетчика соединены с первой группой адресных входов блока памяти, вторая группа адресных входов блока памяти соединена с информационными выходами схемы сравнения и оставшимися входами элемента ИЛИ, а информационные выходы блока памяти подключены к информационным входам мультиплексора, адресные входы которого соединены с информационными выходами реверсивного счетчика, а выход соединен с входом тиристорного исполнительного элемента. 1 ил.

5

0

5

0

входом эпемента ИЛИ 7 и входом направления счета реверсивного счетчика 8. К оставшимся входам элемента ИЛИ 7 подключены информационные выходы схемы 2 сравнения и группа адресных входов (соответствующая старшим разрядам адреса) блока 6 памяти. Первый вход элемента И 9 соединен с выходом элемента ИЛИ 7, второй его вход подключен к выходу переноса двоичного счетчика 10, с его выхода сигнал подается на второй вход триггера 5 и на счетный вход реверсивного счетчика 8, Формирователь 1I синхроимпульсов соединен входом с источником переменного напряжения, а выходом - с тактовым входом двоичного счетчика 10, информационные выходы которого т подключены к второй группе адресных входов( младшие разряды адреса) блока 6 памяти. Адресные входы мультиплексора 12 подключены к информационным выходам реверсивного счетчика 8, а информационные его входы соединены с информационными выходами блока 6 памяти. Выход мультиплексора 12 подключен к управляющему входу тиристорного исполнительного элемента 13, через который нагреватель 14 подключен к источнику переменного напряжения.

Блок памяти представляет собой постоянное запоминающее устройство с организацией 2 г слов по m разрядов (где п - количество адресных входов; m - число информационных выходов).

В качестве блока 6 памяти можно использовать, например, микросхему типа К573 РФ2 с организацией 2048 слов по 8 разрядов, вход Разрешение по выходу которой является входом разрешения работы блока управления.

Схема 2 сравнения представляет собой вычитатель двоичных кодов, имеющий выход переполнения (переноса) .

Устройство работает следующим образом.

В момент включения устройства обнуляется реверсивный счетчик 8, код на выходе которого определяет номер выхода блока 6 памяти, подключаемого через мультиплексор 12 на управляющи вход тиристорного исполнительного элемента 3.

Схема 2 сравнени вырабатывает код равный разности кодов заданной и действительной температур нагреваемого объекта, поступающих с выхода задат- чика 1 температуры и выхода аналого- цифрового преобразователя 3,.преобразующего в двоичный код напряжение, вырабатываемое датчиком 4 температуры.

Старшие разряды разностного кода с выхода схемы 2 сравнения (не используются, например, два младших разряда кода) подключены к входам элемента ИЛИ 7 и соединены с группой адресных входов блока 6 памяти, формируя старшую часть адреса выходного слова этого блока.

На выходе формирователя синхроимпульсов 11 при переходе напряжения питания через ноль формируются синхроимпульсы, которые подсчитываются двоичным счетчиком 10,

Младшие разряды двоичного кода с выхода счетчика 10 (например, 5 младших разрядов) формируют младшую часть адреса выходного слова блока 6 памяти. Количество этих разрядов определяют дискрет изменения мощности нагревателя 14. Информация на выходах блока 6 памяти изменяется циклически по мере пересчета поступающих на

вход двоичного счетчика 10 тактовых синхроимпульсов,

. В каждом разряде выходного слова блока 6 памяти содержится своя последовательность нулей и единиц, соответствующих включенному и выключенному состоянию тиристорного исполнительного элемента 13. Поскольку чем Q большее количество полупериодов питающего напряжения за цикл пересчета разрядов двоичного счетчика 10, подключенных к блоку 6 памяти, тиристор- ный исполнительный элемент 13 нахо- 5 дится во включенном состоянии, тем больше мощности выделяется в нагре- -вателе 14, подключая через мультиплексор 12 один из выходов блока памяти б на вход тиристорного исполни- 0 тельного элемента 13, можно регулировать мощность, выделяемую в нагревателе 14, предварительно занеся соответствующую информацию в блок 6 памяти (программируется до установки в 5. устройство).

Выбор номера канала, пропускаемого мультиплексором, осуществляется кодом с выхода реверсивного счетчика 8, причем меньшему номеру соответст- 0 вует относительно меньшая величина мощности, подводимая к нагревателю 14. Блок 6 памяти запрограммирован таким образом, что побитная информация на его выходах зависит также от , кода с выхода схемы 2 сравнения так, что при уменьшении этого кода (при уменьшении разбаланса между заданной и действительной температурами объекта регулирования) пропорционально 0 уменьшается и мощность, подводимая к нагревателю.

Переход на характеристику регулирования с меньшей относительной мощностью нагревателя 14 осуществляется 5 коммутацией выхода мультиплексора 12 с входом, соединенным с тем выходом блока 6 памяти, который содержит относительно меньшее количество нулей в последовательном коде, формируемом 0 на этом выходе синхронно с пересчетом двоичным счетчиком 10 тактовых синхроимпульсов. И наоборот, подключением через мультиплексор 12 в-хода тиристорного исполнительного элемента е 13 к выходу блока 6 памяти, в последовательном коде которого содержится относительно больше нулей, осуществляется переход на характеристику регулирования с большей относительной

Мощностью нагревателя 14, требуемой При большей теплоотдаче окружающую среду.

Слова блока 6 памяти, соответствующие старшим адресам, содержат (значения бит, определяющие постоянно включенное состояние тиристорного Исполнительного элемента 13. Следовательно, при большом разбалансе величин заданной и действительной температур (при наличии единиц в старших разрядах кода на выходе схемы сравнения 2) нагреватель работает на макси- йальной мощности.

По мере нагревания объекта регулирования с уменьшением величины разностного кода на выходе схемы 2 сравнения пропорционально уменьшается количество нулей в последовательных кодах на выходах блока 6 памяти (с различным коэффициентом пропорциональности на разных выходах). Выходу рлока 6 памяти с меньшим номеро м соответствует относительно большее уменьшение времени включения нагре- }ателя 14 за период никла двоичного счетчика 10 при уменьшении величины Кода на выходе схемы 2 сравнения. Поскольку после включения устройства fcja выходе реверсивного счетчика 8 установлен нулевой код, на начальном этапе осуществляется пропорциональ- регулирование с минимальной выбранной мощностью нагревателя.

По прошествии отрезка времени, определяемого временем пересчета синхроимпульсов двоичным счетчиком 10, разрядность которого выбирается достаточно большой, на выходе переноса этого счетчика появляется импульс, поступающий на первый вход элемента И 9. Если рассогласование величин заданной и действительной температур в этот момент недостаточно мало,, т.е. код, поступающий с выхода схемы 2 сравнения на элемент ИЛИ 7, имеет хотя бы в одном разряде единицу (эта ситуация соответствует недостатку величины мощности, подводимой к нагревателю, для компенсации отбора тепла), единица с выхода элемента ИЛИ 7 разрешает прохождение указанного импульса через элемент И 9 на счетный вход реверсивного счетчика 8. При этом, поскольку не было перегрева регулируемого объекта и на выходе триггера 5 установлен нулевой уровень, содержимое реверсивного счетчика 8

0

5

0

5

0

5

0

5

увеличивается на единицу. Ус,ройсгк/ переходит на регулировочную характеристику с относительно Польшей ветчиной мощности, выделяемой в нагревателе 14. Подобный процесс продолжается до тех пор, пока в момент поступления очередного импульса с выхода переноса двоичного счетчика 10 на выходе элемента ИЛИ 7 не появится нулевой уровень, соответствующий минимальному разбалансу величин заданной и действительной температур регулируемого объекта. При этом импульс со счетчика 10 не проходит через элемент И 9 и содержимое счетчика не изменяется.

Если величина мощности нагревателя, на которой осуществляется регулировка в зоне малых рассогласований температур, больше необходимой для Компенсации отбора тепла, неизбежно температура объекта превышает заданную величину. При этом на выходе переполнения схемы 2 сравнения появляется сигнал, запрещающий работу блока памяти 6 и устанавливающий триггер 5 в единичное состояние. На выходах блока памяти 6 устанавливаются единицы и тиристорный исполнительный элемент 13 отключает нагреватель 14 от источника питания до тех пор, пока не исчезнет сигнал переполнения с выхода схемы 2 сравнения. Наличие единицы на выходе триггера 5 изменяет направление счета реверсивного счетчика 8 на вычитание, а также определяет наличие единицы на выходе элемента ИЛИ 7.

Очередной импульс с выхода переноса двоичного счетчика 10 проходит через элемент И 9 на счетный вход реверсивного счетчика 8, уменьшая его содержимое на единицу. Этот же импульс возвращает триггер 5 в исходное кулевое состояние. В результате устройство переходит на характеристику регулирования малых отклонений от заданной температуры с отно- сительнс меньшей величиной мощности, подводимой к нагревателю 14.

При изменении характеристик регулируемого объекта или параметров окружающей среды в устройстве вновь начинаются описанные ранее процессы, приводящие к уменьшению или увеличению содержимого реверсивного счетчика 8 и к уменьшению или увеличению мощности, отдаваемой в нагрузку при

малых рассоглассованиях заданной и действительной температур объекта.

3 результате этих процессов устройство стремится к установлению равновесия между мощностью, отдававмой в нагреватель и мощностью, отбираемой в окружающую среду при заданной температуре регулируемого объекта, т.е. к уменьшению статической ошибки регулирования. При этом устройство самостоятельно настраивается на одну из хранящихся в блоке памяти 6 характеристик регулирования, обеспечивающую минимальную статическую ошибку регулирования при сложившейся совокупности характеристик объекта и внешних воздействий.

Использование изобретения позволяет автоматически вести отслеживание заданной температуры в широком диапазоне воздействий внешних условий и изменения характеристик объекта нагрева на мощности нагревателя соотг. вотствующей интенсивности отбора теп- ла при этой температуре, что сводит к минимуму статическую ошибку регулирования и, следовательно, повышает точность регулирования.

Формула изобретения Устройство для регулирования тем™ пературы, содержащее задатчик температуры, выходы которого соединены с первой группой входов цифровой схемы сравнения, последовательно соединенные датчик температуры и аналого- цифровой преобразователь, выходы которого соединены с второй группой

,

1532907Ю

входов цифровой схемы сравнения, формирователь синхроимпульсов, соединенный входом с источником переменного

0

5

5

0

0

5

напряжения, а выходом - с тактовым входом двоичного счетчика, элемент И и тиристорный исполнительный элемент, через который нагреватель подключен к источнику питания, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, оно содержит блок памяти, реверсивный счетчик, мультиплексор, элемент 1ШИ и триггер, первый вход которого соединен с входом переполнения схемы сравнения и входом разрешения работы блока памяти, второй вход триггера соединен с выходом элемента И и входом счета реверсивного счетчика, а выход триггера соединен с одним из входов элемента ИЛИ и входом направления счета реверсивного счетчика, выход элемента ИЛИ соединен с первым входом элемента И, к второму входу которого подсоединен выход переноса двоичного счетчика, причем информационные выходы двоичного счетчика соединены с первой группой адресных входов блока памяти, вторая группа адресных входов блока памяти соединена с информационными выходами цифровой схемы сравнения и остальными входами элемента ИЛИ, а информационные выходы блока памяти подключены к информационным входам мультиплексора, адресные входы которого соединены с информационными выходами реверсивного счетчика, а выход соединен с входом тиристорного исполнительного элемента.