Устройство для регулирования температуры Советский патент 1992 года по МПК G05D23/19 

сл

с

Изобретение относится к автоматическому регулированию и может быть использовано при автоматическом регулировании температуры электрических печей. Цель изобретения - повышение точности устройства за счет применения коррекции воздействия по амплитуде колебания в релейной системе с принудительным включением и отключением, в которой длительность принудительных включений и отключений пропорциональна амплитуде отрицательного и положительного отклонений температуры от заданной. Устройство содержит датчик и задатчик температуры, АЦП, блок сравнения, цифровой компаратор, задатчики коэффициентов пропорциональности, блоки умножения, таймеры, элементы И, компаратор, задатчик прекращения отклонения, сумматор, исполнительный элемент, 1 ил.

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

Цель изобретения - повышение точности устройства.

На чертеже показана блок-схема предлагаемого устройства.

Устройство для регулирования температуры содержит датчик 1 температуры, объект 2 регулирования (электропечь), аналого-цифровой преобразователь 3, вход которого соединен с датчиком 1. блок 4 сравнения, первый вход которого подключен к выходу аналого-цифрового преобразователя 3. тактовый генератор 5, соединенный с тактирующим входом блока 4 сравнения, задатчик 6

температуры, подключенный к второму входу блока 4, цифровой компаратор 7, первый вход которого соединен с задатчиком б, а второй - с выходом аналого-цифрового преобразователя 3, первый элемент И 8, первым входом подключенный к тактовому генератору 5, исполнительный элемент 9, первый блок 10 умножения, первый блок 10 умножения, первый вход которого соединен с выходом блока 4, задатчик 11 первого коэффициента пропорциональности, подключенный к второму входу первого блока 10, первый таймер 12, вход которого соединен с выходом первого блока 10, а выход подключен к первому входу исполнительного элемента 9, инвертор 13, входом соединенный с выходом цифрового компаратора 7 и вторым входом первого элемента И 8, второй элемент И 14, первый вход которого подключен к тактовому генератору 5, второй

VI

оэ

VI

N ю

О)

вход соединен с выходом инвертора 13, а выход подключен к выходу первого таймера 12, второй таймер 15, запускающим входом соединенный с выходом второго элемента И 14, а выходом подключенный к выходу первого элемента И 8, второму входу исполнительного элемента 9 и запускающему входу первого таймера 12, задатчик 16 второго коэффициента пропорциональности, задатчик 17 приращения отклонения температуры, сумматор 18, первым входом соединенный с задатчиком 17, а вторым входом подключенный к выходу блока 4 сравнения, второй блок 19 умножения, первый вход которого подключен к выходу сумматора 18, второй вход соединен с задатчиком 16, а выход подключен к входу второго таймера 15.

Устройство работает следующим образом.

Сигнал от датчика 1, характеризующий температуру объекта 2 регулирования (электропечь), преобразуется с помощью аналого-цифрового преобразователя 3 в цифровой код и поступает на вход блока 4 сравнения.

С заданной дискретностью по сигналу от тактового генератора 5 в блоке 4 сравнения определяется модуль отклонения текущего значения температуры Т| от заданного значения Тз:

Е-/Тз-Т|/,

0)

Заданное значение температуры Тз устанавливается задатчиком 6 температуры.

В цифровом компараторе 7 осуществляется сравнение цифровых кодов текущей и заданной температур. Если температура Т| обьекта регулирования меньше Тз, то на выходе цифрового компаратора 7 появляется сигнал. После достижения Tj значения, равного значению Тз, или превышения его сигнал на выходе цифрового компаратора снимается.

Сигнал на выходе цифрового компаратора и импульс от тактового генератора обуславливают формирование сигнала на выходе первого элемента И 8, который через исполнительный элемент 9 включает нагреватель электропечи 2.

В первом блоке 10 умножения осуществляется расчет времени действия управляющего воздействия t4 в соответствии с выражением

t4 Кп1 Ј

(2)

где Кп1 - первый коэффициент пропорциональности.

Значение Кп устанавливается задатчиком 11 первого коэффициента пропорциональности в зависимости от динамических характеристик электропечи и заданной температуры. Настройка КП1 осуществляется так, чтобы амплитуда положительных отклонений температуры была минимальной.

Рассчитанное время t4 является уставкой первого таймера 12.Запуск первого таймера 12 производится одновременно с включением нагревателя электропечи сигналом от первого элемента I/I 8.

Формирование сигнала на выходе первого элемента И 8 осуществляется так, чтобы к моменту появления сигнала операция умножения в первом блоке 10 закончилась. Первый таймер 12 по истечении заданного времени t4 через исполнительный элемент 9 отключает электропечь 2.

Следовательно, если в данном такте управления текущая температура Ti меньше заданной температуры Тз, то электропечь 2 включается на время, пропорциональное величине положительного отклонения температуры.

При текущей температуре, равной или большей заданной, в начале соответствующего такта управления происходит отключение электропечи 2 (если она включена) на

расчетное время отключения Тоткл.. по истечении которого электропечь 2 включается до следующего такта управления.

Это происходит следующим образом.

Если TI Т3, то на выходе цифрового компарз-тора 7 сигнал отсутствует. Отсутствие этого сигнала обуславливает появление сигнала на выходе инвертора 13, а затем при поступлении импульса от тактового генератора - формирование сигнала на выходе второго элемента И 14,

Таким образом, сигнал на выходе второго элемента И 14приТ| Т3выключает электропечь 2 (если она включена) и запускает

второй таймер 15.

Время, в течение которого электропечь 2 находится в выключенном состоянии при TI Т3, определяется по формуле

50

1откл Кп2 Јр,

(3)

55

где КП2 - второй коэффициент пропорциональности, а величина суммарного отклонения температуры находится из выражения

+ &Et

(4)

где Ае- приращение отклонения температуры.

Значение КП2 устанавливается с помощью задатчика 16 второго коэффициента пропорциональности, а ДЕ-с помощью задатчика 17 приращения отклонения температуры в зависимости от динамических характеристик электропечи и заданной температуры. Настройка Кп2 и АЈосуществляется так, чтобы амплитуда отрицательных отклонений температуры была минимальной. Величина определяется в сумматоре 18. Увеличение отклонения температуры на величину Де осуществляется с целью исключения возможности равенства нулю значения т,отклон. при ( ), что привело бы к ухудшению точности регулирования температуры из-за включения электропечи на целый такт управления или даже несколько тактов (пока П Т3). Время отключения электропечи 10тКл рассчитывается вторым блоком 19 умножения. Рассчитанное время ton™ является уставкой второго таймера 15.

Формирование сигнала запуска второго таймера 15 и выключение электропечи на выходе второго элемента И 14 осуществляется так, чтобы к моменту появления сигнала выполнялась операция сложения в сумматоре 18 и операция умножения во втором блоке 19 умножения.

Формула изобретения Устройство для регулирования температуры, содержащее последовательно соединенные датчик температуры, аналого-цифровой преобразователь и блок сравнения, тактирующим входом соединенный с тактовым генератором, задатчик температуры, соединенный с вторым информационным входом блока сравнения, а также с первым входом цифрового компаратора,

вторым входом соединенного с выходом аналого-цифрового преобразователя, задатчик первого коэффициента пропорциональности, соединенный с первым входом блока умножения, второй вход которого со-

единен с выходом блока сравнения, а выход через первый таймер - с отключающим входом исполнительного элемента, сумматор, первый и второй элементы И, соединенные вторыми входами, отличающееся тем,

что, с целью повышения точности устройства, в него дополнительно введены последовательно соединенные вторые задатчик коэффициента пропорциональности, блок умножения и таймер, а также инвертор, задатчик приращения отклонения температуры, причем сумматор входами соединен с выходом блока сравнения и с эадатчиком приращения отклонения температуры, а выходом - с вторым входом второго блока умножения, выход второго таймера, а также выход первого элемента И соединены с запускающим входом первого таймера и с включающим входом исполнительного элемента, выход цифрового компаратора соединен с первым входом первого элемента И. и через инвертор - с первым входом второго элемента И, вторые входы которых соединены с тактовым генератором, выход второго элемента И соединен с запускающим входом второго таймера и с отключающим входом исполнительного элемента.