Устройство для программного регулирования температуры Советский патент 1990 года по МПК G05B19/18 G05D23/19 

1

(61) 1372273

(21)4348688/24-24

(22)03.11.87

(46) 23.05.90. Бюл. № 19

(71)Государственный всесоюзный центральный научио-исследовательский институт комплексной автоматизации

(72)М.Б.Шмуэльзон, П.Ю.Гусев и А.В.Червяков

(53)621.503.55 (088.8)

(56)Авторское свидетельство СССР f 1372278, кл. Г, 05 В 19/18, 1988.

(54)УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОГРАММНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ

(57)Изобретение относится к автоматизации технологических процессов. Цель изобретения - повышение надежности отработки устройством программы разогрева и стабилизации температуры электрической печи посредством

восстановления задания при отключении и последующем включении электрической энергии. В устройство по а.с. н 1372278 введены буферный регистр, второй сумматор и блок ключей. С помощью задатчика 11 скорости разогрева устанавливается требуемая скорость разогрева. В каждом такте управления осупествллется сравнение текущей температуры с заданной и производится включение электропечи на время, пропорциональное величине рассогласования. При отключении скорости разогрева от заданной автоматически увеличивается коэгЬфициент пропорциональности. При достижении заданного уровня стабилизации температуры коэфЛициент пропорциональности не изменяется. При первоначальном включении устройства или отключении и последующем включении электрической энергии во время программного

i (Л

Изобретение относится к автоматизации технологических процессов. Цель изобретения - повышение надежности отработки устройством программы разогрева и стабилизации температуры электрической печи посредством восстановления задания при отключении и последующем включении электрической энергии. В устройство по а.с.N1372278 введены буферный регистр, второй сумматор и блок ключей. С помощью задатчика 11 скорости разогрева устанавливается требуемая скорость разогрева. В каждом такте управления осуществляется сравнение текущей температуры с заданной и производится включение электропечи на время пропорциональное величине рассогласования. При отключении скорости разогрева от заданной автоматически увеличивается коэффициент пропорциональности. При достижении заданного уровня стабилизации температуры коэффициент пропорциональности не изменяется. При первоначальном включении устройства или отключении и последующем включении электрической энергии во время программного разогрева происходит обнуление счетчика 8, а в буферном регистре 4 фиксируется цифровой код, соответствующий текущей температуре электропечи. Содержимое буферного регистра поступает в сумматор 7, где формируется заданное значение температуры. Таким образом в качестве уставки автоматически устанавливается текущее значение температуры, а в дальнейшем приращение уставки производится с заданной скоростью путем прибавления величины, соответствующей содержимому счетчика. Код уставки через блок 12 ключей поступает в блок 6 сравнения. При достижении температурой объекта заданного уровня стабилизации или отключении и последующем включении электрической энергии во время стабилизации температуры происходит переключение блока ключей сигналом от триггера 15, и в блок 6 сравнения поступает в качестве уставки код заданной температуры стабилизации от задатчика 13 предельного параметра.

ел

Од О ОЭ 1C

к

разогрева происходит оЬнуление счетчика 8, п буферном регистре 4 фиксируется цифровой код, соответствующий текущей температуре электропечи. Содержимое буферного регистра поступает в сумматор 7, где формируется заданное значение температуры. Таким образом в качестве уставки автоматически устанавливается текущее значение температуры, а в дальнейшем приращение уставки производится с заданной скоростью путем прибавления величины, соответствующей содерИзобретение относится к автоматизации технологических процессов и может быть использовано, например, для программного регулирования температуры электрических печен сопротивления, когда в качестве исполнительного органа используется релей- ный элемент, и является усовершенствованием изобретения по авт. св. № 1372278.

Целью изобретения является повышение надежности работы устройства путем восстановления задания при отключении и последующем включении электроэнергии.

На чертеже показана блок-схема предлагаемого устройства.

Устройство для программного регулирования температуры содержит дат- чик 1 температуры,объект 2 регулирован (электропечь), аналого-цифровой пре образователь 3, буферный регистр 4, тактовый генератор 5, блок 6 сравнения, второй сумматор 7, счетчик 8 второй элемент И 9, генератор 10 -импульсов, задатчик 11 скорости разогрева, блок 12 ключей, задат- чик 13 предельного параметра, первый цифровой компаратор 14, триггер 15, элемент 16 сравнения, исполнительный орган 17, блок 18 умножения, таймер 19, блок 20 вычи- танил, элемент 21 задержки, второй цифровой компаратор 22, первый элемент И 23, блок 24 задания приращения коэффициента пропорциональности, первый сумматор 25, задатчик 26 коэффициента пропорциональности.

Устройство работает следующим образом.

жимому счетчика. Код уставки через блок 12 ключей поступает в блок 6 сравнения. При достижении темпераjrypoii объекта заданного уровня стабилизации или отключении и последующем включении электрической энергии во время стабилизации температуры происходит переключение блока ключей

сигналом от триггера 15, и в блок 6 сравнения поступает в качестве уставки код заданной температуры стабилизации от задатчика 13 предельного параметра. 1 ил.

,

Q Q

5

Сигнал от датчика 1, характери- зукнчий температуру объекта 2 регулирования (электропечи), преобразуется с помощью аналого-цифрового преобразователя 3 в цифровой код. При включении устройства цифровой код с выхода аналого-цифрового преобразователя 3 по сигналу Пуск переписывается в буферный регистр 4 и используется для Формирования заданного значения температуры. С заданной дискретностью по сигналу от тактового генератора 5 в блоке 6 сравнения определяется отклонение Ј текущего значения температуры Tj от заданного значения Т&

Ј. Т - Т;.

Кодовое значение Т формируется двумя способами в зависимости от режима работы устройства.

По первому способу (при разогреве электропечи) цифровой код, соответствующий Tj., формируется вторым сумматором 7 путем сложения содержимого буферного регистра 4 и счетчика 6. На счетный вход счетчика 8 через второй элемент И 9 проходят счетные импульсы от генератора 10 импульсов. Частота следования импульсов, характеризующая.скорость изменения Т,, устанавливается с помощью задатчика 11 скорости разогрева. Подключение второго сумматора 7, формирующего цифровой код Т, к блоку 6 сравнения реализуется блоком 12 ключей. По второму способу (при стабилизации температуры) цифровой код, соответствующий Т, принимает значение температуры стабилизации Тс, установленное задатчиком 13 предельного параметра.

5

Подключение задатчика 13 к блоку 6 сравнения осуществляется через блок 12 ключей. В случае отключения и последующего включения электропитания в режиме разогрева электропечи происходит обнуление счетчика 8, а в буферном регистре 4 Фиксирует- ся цифровой код, соответствующий текущей температуре электропечи т. , который при сложении с содержимым счетчика 8 образует на выходе второго сумматора 7 кодовое значение заданной температуры Т. Таким образом, сразу же после включения устройства Т, принимает значение те кущей температуры нагревателя Т(. и процесс разогрева начинается от значения Т Т(, а не от нуля. Изменение содержимого счетчика 8 продолжается до тех пор, пока текущая температура нагревателя не достигнет уровня стабилизации. Скорость изменения содержимого счетчика 8, а следовательно, и второго сумматора 7.формирующего цифровой код заданной температуры, определяется частотой следования импульсов генератора 10. Содержимое буферного регистра 4 остается без изменения и равно значению текущей температуры электропечи на момент включения электропитания. Изменение содержимого буферного регистра 4 происходит каждый раз после отключения и последующего включения устройства и сохраняется неизменным при бесперебойной его работе. Ti увеличивается до тех пор, пока температура печи не достигнет уровня стабилизации температуры Тс. Задание Тс устанавливается с помощью задатчика 13 предельного параметра.

В первом цифровом компараторе 14 осуществляется сравнение цифровых кодов от аналого-цифрового преобразователя 3 и задатчика 13. Если температура объекта регулирования меньше TC, то на выходе первого цифрового компаратора 14 сигнал отсутствует. Отсутствие этого сигнала обуславливает наличие сигнала на выходе триггера 15. Установка триггера 15 в исходное состояние производится при включении устройства по шине Установка 0. Сигнал на выходе триггера 15 открывает второй элемент И 9 для передачи через него импульсов генератора 10 на счетный

5

10

663206

вход счетчика 8. При этом содержимое второго сумматора 7 через блок 12 поступает в блок 6 сравнения. Таким образом, в блок 6 сравнения подается цифровой код, соответствующий заданной температуре и сформированный вторым сумматором 7 путем сложения содержимого буферного регистра 4 и счетчика 8. Установка счетчика 8 в исходное состояние осуществляется по шине Установка 0 при включении устройства. При достижении температурой объекI j та заданного уровня стабилизации на выходе первого цифрового компаратора 14 появляется сигнал. Триггер 15 меняет состояние на противоположное. Изменение выходного сигнала

20 триггера 15 вызывает закрытие второго элемента И 9 для прохода через него счетных импульсов и переключение блока 12. При этом в блок 6 сравнения поступает цифровой код

25 заданной температуры, соответствующий установленному задатчиком 13 предельного параметра значению температуры стабилизации Тс. В случае отключения и последующего включе-

JQ ния электропитания в режиме стабилизации происходит обнуление счетчика 8, установка триггера 15 в исходное состояние и перезапись в буферный регистр 4 кодового значения текущей температуры нагревате35 ля.

Если после включения электропитания окажется, что текущая температура электропечи Т выше или рав40

45

на заданной температуре стабилизации, то повторятся такие же действия, как при достижении заданного уровня стабилизации, и в качестве задания будет сформировано значение заданной температуры стабилизации. Если

же после включения электропитания Т| Ј Тс, то установившийся сигнал на выходе триггера 15 откроет второй элемент И 9 ДпЯ прохода на счетчик 8

5Q счетных импульсов генератора 10 и подключит к блоку 6 сравнения через блок 12 ключей выход второго сумматора 7. Следовательно, в блок 6 поступит цифровой код, соответствую55 щий заданной температуре и сформированный вторым сумматором 7 путем сложения содержимого буферного регистра 4 и счетчика 8. Скорость изменения содержимого счетчика, а еледовательно, и второго сумматора 7, формирующего цифровой код заданной температуры, определяется частотой следования импульсов генератора 1П. Таким образом, устройство из режима стабилизации температуры переходит в режим разогрева с заданной скоростью, который продолжается от Т,, Т, до тех пор, пока температу- ра нагревателя не достигнет заданного уровня стабилизации.

Если бы не возможность формирования Т, по измеренной (текущей) темпратуре нагревателя, то при каждом отключении и последующем включении электропитания устройство начинало бы отрабатывать программу разогрева и стабилизации температуры с нуля (заново). В элементе 16 сравнения проверяется условие , при выполнении которого выдается сигнал включения через исполнительный орган 17 электропечи 2.

В блоке 18 умножения осуществля- ется расчет времени действия управляющего воздействия t в соответствии с выражением

с« кп-Ј , где К п - коэффициент пропорциональ-

ности.

Рассчитанное время t.. является

И

уставкой таймера 19. Таймер 19 по истечении заданного времени через исполнительный орган 17 отключает электропечь 2. Таким образом, если в данном такте управления текущая температура меньше температуры, заданной на этот момент, то электропечь включается на время, пропорцио нальное величине отклонения. В случае равенства этих температур или если текущая температура выше заданной, электропечь не включается.

Лля повышения точности регулиро- влния температуры в соответствии с заданной программой (скоростью разогрева) в устройстве предусмотре автоматическое изменение коэффициента пропорциональности Кп.Для это- го в блоке 20 вычитания производится определение реальной скорости разогрева V я электропечи в соответствии с формулой

VP T., -тм ,

где Т j. - значение температуры

электропечи предыдущего по отношению к текущему такту управления.

Значение кода, соответствующего

Т; , поступает в блок 20 вычитания от аналого-цифрового преобразователя 3, а значение кода, соответствующего

Т,

формируется в элементе 21 пу1-1тем задержки поступления кода из

аналого-цифрового преобразователя 3 в блок 20 на один такт управления. ЦисЬровой код, соответствующий Vp, поступает на второй цифровой компартор 22,где производится сравнение заданной скорости разогрева У.,код которой поступает от задатчйка 11, и реальной скорости Vp. При выполнении условия Vj, Vp из второго цифрового компаратора 22 в первый элемент И 23 выдается сигнал.

На выходе первого элемента И 23 формируется сигнал при наличии сигнала от второго цифрового компаратора 22 и триггера 15, т.е. если V, Vp и Т с t . Блок 24 задания приращения коэффициента пропорциональности выбирает одно из двух значений приращения коэффициента пропорциональности ЭК„ :

Жп, при поступлении сигнала от первого элемента И 23;

О, при отсутствии сигнала V от первого элемента И 23.

ДКп

Q

с

5

5

В первом сумматоре 25 осуществляется суммирование цифрового кода Кр, начальное значение которого устанавливается с помощью задатчйка 26 коэффициента пропорциональности при настройке устройства, с одним из

двух значений: п или 3 пеР вого сумматора 25 результат суммирования поступает в блок 18 умножения, где производится вычисление времени управляющего воздействия. Изменение К п во время программного разогрева электропечи может быть описано следующим выражением

к„.

Kni

К,

, при Vp , Чу или Т- Тс ; + ДКП,

при Vp VjH

где К

PI

ni-i

П 1-1

Т, ТС,

- коэффициент пропорциональности, в соответствии с которым вычисляется tw в текущем такте управления; коэффициент пропорциональности предыдущего по отношению к текущему такта управления.

Таким образом, по мере разогрева электропечи К автоматически увеличивается, а приращение его происходит в тех тактах управления, в которых скорость разогрева меньше заданной. При достижении уровня стабилизации Кп становится таким, значение которого достаточно для поддержания этой температуры, при этом сраба- тывает триггер 15, в блок 24 задания приращения коэффициента пропорциональности сигнал не поступает и в дальнейшем Кп остается неизменным.

Начальное значение KB, а также значение /1КП, заданное в блоке 24, выбираются при настройке устройства и зависят от динамических характеристик печи.

Формула изобретения Устройство для программного регулирования температуры по авт, св.

, Q

5

0

№ 1372278, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности устройства, оно содержит буферный регистр, второй сумматор и блок ключей, причем информационный вход буферного регистра соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя, выход буферного регистра подключен к первому входу второго сумматора, второй вход которого соединен с выходом счетчика, а выход - с первым информационным входом блока ключей, второй информационный вход которого подключен к выходу задатчика предельного параметра, а управляющий вход соединен с выходом триггера, выходы блока ключей подключены к второму входу блока сравнения, вход записи буферного регистра соединен с входом Пуск устройства.