Устройство для цифрового регулирования температуры Советский патент 1991 года по МПК G05D23/19 

(21)4463541/24

(22)19.07.88

(46) 15.01.91. Бюл. № 2

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

(72)А. В. Червяков и М. Б. Шмуэльзон

(53)621.503.55(088.8)

(56)Авторское свидетельство СССР № 954969, кл. G 05 В 23/19, 1982.

Авторское свидетельство СССР № 1372278, кл. G 05 В 19/18, 1988.

(54)УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЦИФРОВОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ

(57)Изобретение относится к автоматизации технологических процессов. Цель изобретения - повышение точности регулирования температуры электропечи. С помощью задатчика температуры устанавливается заданная температура. В каждом г акте управления по сигналу от тактового генератора осуществляется сравнение текущей температуры с заданной. Если на данный момент времени текущая температура меньше заданной, производится включение нагревателя электропечи, в противном случае нагреватель не включается. После включения нагревателя измеряется его ток и рассчитывается время действия управляющего воздействия (время, через которое нагреватель выключается). Это время вычисляется как сумма произведения величины отклонения текущей температуры от заданной на коэффициент пропорциональности и произведения коэффициента коррекции на разность эталонного и измеренного токов. Таким образом, время действия хправляюшего воздействия зависит от отклонения и возмущающих воздействий таких показателей, как колебания напряжения питающей сети и старение нагревателя электропечи. 1 ил

Ј

(Л

Изобретение относится к автоматизации технологических процессов и может быть использовано, например, для цифрового регулирования температуры электрических печей сопротивления, когда в качестве исполнительного органа используется релейный элемент.

Целью изобретения является повышение точности регулирования температуры электропечи.

На чертеже показана блок-схема устройства.

Устройство для цифрового регулирования температуры содержит датчик 1 температуры, объект 2 регулирования (электропечь), первый аналого-цифровой преобразователь 3, генератор 4 импульсов, блок 5 сравнения, задатчик 6 температуры, первый элемент 7 сравнения, исполнительный орган 8, датчик 9 тока, второй аналого-цифровой преобразователь 10 и второй элемент 11 сравнения, блок 12 вычитания, ждущий мультивибратор 13, блок 14 сложения, первый блок 15 умножения, задатчик 16 коэффициента пропорциональности, задатчик 17 коэффициента коррекции, задатчик 18 эталонного тока, второй блок 19 умножения, таймер 20.

Устройство работает следующим образом.

Сигнал от датчика 1, характеризующий температуру объекта 2 регулирования (электропечи), преобразуется с помощью первого аналого-цифрового преобразователя 3 в цифровой код.

С заданной дискретностью по сигналу от генератора 4 импульсов в блоке 5 сравнения определяется отклонение е текущего

О5

О

значения температуры 7 от заданного значения Т,

У ,-Т,(1)

Заданное значение температуры 7 устанавливается задатчиком 6 температуры.

В первом элементе 7 сравнения проверяется условие , при выполнении которого выдается сигнал разрешения включения через исполнительный орган 8 объекта 2 регулирования. Если 7, и Т} равны или если текущая температура выше заданной, электропечь не включается или отключается, если до этого момента была во включенном состоянии.

После включения нагревателя электропечи 2 датчиком 9 тока формируется сигнал, характеризующий ток нагревателя электропечи.

Второй аналого-цифровой преобразователь 10 преобразует сигнал датчика 9 в цифровой код, который поступает на вход второго элемента 11 сравнения и на вход вычитаемого блока 12 вычитания. Во втором элементе 11 сравнения осуществляется сравнение значения тока нагревателя с нулем. При выполнении условия (где / - ток нагревателя электропечи) на выходе элемента 11 появляется сигнал, который запускает ждущий мультивибратор, формирующий импульс разрешения работы блока 14 сложения. Таким образом, после включения электропечи в блоке 14 осуществляется расчет времени действия управляющего воздействия tu на объект 2 регулирования в соответствии с выражением

в+К (/,-/),(2)

где Кл - коэффициент пропорциональности;

Кц - коэффициент коррекции;

/ - эталонное значение тока нагревателя электропечи 2.

Составляющая расчетного времени включения электропечи 2 (tn)Kn-e, рассчитывается в первом блоке 15 умножения и является составляющей в выражении (2), учитывающей отклонение регулируемого параметра.

Значение Кп устанавливается задатчиком 16 коэффициента пропорциональности в зависимости от динамических характеристик электропечи 2.

Значение Л задается задатчиком 17 коэффициента коррекции при настройке устройства и учитывает конструкционные особенности электропечи и материала нагревателя

Эталонный ток нагревателя / задается задатчиком 18 эталонного тока для конкретного объекта регулирования 2 и вычисляется перед его пуском в эксплуатацию по формуле

I-&

(3) где R - сопротивление нагревателя;

UK- номинальное напряжение питания

электропечи 2.

Составляющая расчетного времени включения электропечи Кц(1д-/) является кор

0

5

0

5

0

5

0

5

ректирующей составляющей и учитывает возмущающие воздействия на электропечь 2, такие, как изменения напряжения питания и старение нагревателя. При уменьшении питающего напряжения ток нагревателя / уменьшается, составляющая /(„(/, -/) увеличивается и, следовательно, время включения нагревателя корректируется в сторону увеличения. При увеличении напряжения питания выше номинального значения время включения нагревателя уменьшается.

По мере старения нагревателя его сопротивление увеличивается из-за выгорания, ток соответственно уменьшается, а значит, за счет корректирующей составляющей время включения нагревателя возрастает.

Составляющая Кл(13 -/) выражения (2) вычисляется во втором блоке 19 умножения.

В блоке 12 вычитания определяется разность между эталонным и измеренным токами.

Рассчитанное время 1Л является уставкой таймера 20, который по истечении заданного времени через исполнительный орган 8 отключает электропечь 2.

Формула изобретения

Устройство для цифрового регулирования температуры, содержащее задатчик температуры, задатчик коэффициента пропорциональности, блок вычитания, блок сложения, последовательно соединенные датчик температуры, первый аналого-цифровой преобразователь и блок сравнения, к тактирующему входу которого подключен генератор импульсов, а выход которого соединен с первым информационным входом первого блока умножения и с входом первого элемента сравнения, выход которого подключен к входу разрешения включения исполнительного органа, вход команды выключения которого подключен к выходу таймера, отличающееся тем, что, с целью повышения точности регулирования температуры, устройство содержит датчик тока, второй аналого-цифровой преобразователь, ждущий мультивибратор, задатчик коэффициента коррекции, задатчик эталонного тока, второй блок умножения и второй элемент сравнения, вход которого подключен к выходу второго аналого-цифрового преобразователя и к входу вычитаемого блока вычитания, вход уменьшаемого которого соединен с выходом задатчика эталонного тока, а выход подключен к первому информационному входу второго блока умножения, второй информационный вход которого соединен с выходом задатчика коэффициента коррекции, а выход подключен к первому информационному входу блока сложения, второй информационный вход которого соединен с выходом первого блока умножения, выход подключен к установочному входу таймера, а вход разрешения соединен с выходом ждущего мультивибратора, вход запуска которого подключен к выходу второго элемента сравнения, выход датчика тока соединен с входом второго аналого- цифрового преобразователя, выход задатчика температуры соединен с вторым входом блока сравнения, а выход задатчика коэффициента пропорциональности подключен к второму информационному входу первого блока умножения.