Устройство для управления многокомпонентным дозированием Советский патент 1992 года по МПК G05D11/13 

Изобретение относится к области дозирования многокомпонентных смесей и может быть ислользовано в различных отраслях промышленности, например, химической, в частности, при приготовлении композиции в производствах синтетических моющих средств (CMC).

Известно устройство для управления дозированием, включающее (п)-каналов параллельного дозирования, состоящих из порционных дозаторов с устройствами управления и коррекции. Известное устройство обеспечивает повышение качества смеси путем последовательно-параллельной выгрузки компонентов в смеситель (после набора заданного веса) однако при этом возрастает длительность цикла работы устройства за счет увеличения времени разгрузки компонентов, а достигаемое снижение неоднородности состава смеси в таком режиме разгрузки является недостаточным, т.к. одновременно разгружается только часть дозаторов, а транспортное запаздывание каналов не учитывается.

Из известных наиболее близким по технической сущности и принятым за прототип является устройство для управления многокомпонентным дозированием, включающее блок определения максимума, элементы И и НЕ, а также п каналов дозирования содержащих порционные дозаторы с устройства ми управления и коррекции, блоки сравнения инверторы и элементы И.

XJ

00 N Ю СЛ 4ь,

Известное устройство обеспечивает снижение неоднородности состава смеси путем одновременной (синхронной) выгрузки от дозированных компонентов в смеситель. Однако достигаемое при этом качество смеси является недостаточным, т.к. указанное устройство не учитывает транспортного запаздывания подачи ком- понентговв смеситель, обусловленного взаимнымр а Слоложением дозаторов и смесителя ; Длиной трубопроводов (достигающей нескольких десятков метров на производствах CMC), -их толщиной, параметрами шнеков сыпучих и т.п. Кроме того, в определенных случаях (например, при приготовлении композиций CMC) технологическими нормами регламентируется порядок ввода исходных компонентов в смеситель. Следует также отметить, что перечисленные известные устройства обладают недостаточными функциональными возможностями, т.к жестко привязаны к определенному режиму ввода компонентов в смеситель, что снижает эффективность их использования для различных технологических процессов приготовления многокомпонентных смесей.

Целью изобретения является повышение качества приготовляемой смеси путем снижения неоднородности ее состава, а также расширение функциональных возможностей устройства за счет увеличения количества режимов ввода дозируемых компонентов в смеситель

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для управления многокомпонентным дозированием, содержащее блок определения максимума, элемент И и п каналов дозирования, каждый из которых включает дозатор, блок сравнения, инвертор и элемент И, дополнительно введены счетный блок, генератор, три элемента И, блок выЬора режима и счетчик, а в каждый канал дозирования - элементы И и ИЛИ. задатчмки времени задержки и номера выгрузки. При этом блок выбора режима содержит переключатель режима, два ийвертора. три элемента И и два элемента ИЛИ. счетный блок включает блок пересчета, содержащий п демультиплексоров, п-1 блок определения максимума и (п-2)-сум- матора, и блок коммутации, содержащий (2п)-мультиплексоров, а каждый дозатор состоит из датчика веса, преобразователя аналог-код, задатчика дозы, двух элементов И. компаратора, инвертора, двух RS-тригге- ров и исполнительных механизмов загрузки и разгрузки.

На фиг. 1 показана блок-схема устройства.

Устройство содержит блоки 1i-1n сравнения, инверторы 2i-2n, основнбй и дополнительный элементы И 3i-3n и 4i-4n. элементы ИЛИ . дозаторы 6i-6n, задатчики 7i-7n времени задержки, задатчики 8i- 8п номера выгрузки, блок 9 определения максимума, счетный блок 10, генератор 11, элементы И 12-15, блок 16 выбора режима и счетчик 17.

В- устройстве применены дозаторы дискретного действия, работающие в параллельном режиме и обеспечивающие (после одновременного запуска) загрузку заданного (в соответствии с рецептурой) веса данного компонента (цепи запуска условно не показаны). На выходе дозатора формируется сигнал логической 1 от момента набора заданного веса (выключения загрузки) до включения разгрузки дозатора. При этом

вход дозатора служит для блокировки его разгрузки по окончанию набора заданного веса (сигнал логической 1), т.е. после выключения загрузки включение разгрузки дозатора происходит только при наличии

сигнала логического О на его входе.

Блок 16 выбора режима (фиг. 2) содержит переключатель 18 режима, инверторы 19 и 20, элементы И 21-23 и элементы ИЛИ 24 и 25. Указанный блок функционально выполней в виде комбинационной схемы, формирующей (в зависимости от положения переключателя 18 и входного сигнала) следующие выходные сигналы:

Вых.1 SiVS2 FVS4 К(1)

Вых.2 - F F (S2VS3). (2)

Вых.З , Вых.4 $4,

(3) (4)

где F - сигнал (двоичный) на входе блока 16: Si-$4 - сигналы, соответствующие включению определенной кнопки переключателя 18 (Еп) на фиг. 2 обозначает напряжение питания устройства).

Счетчик 17 представляет собой ревер- сивный двоичный счетчик с предварительной установкой и может быть реализован, например, на микросхемах типа К155ИЕ6.

Счетный блок 10 функционирует по следующему закону:

N1-1

DI Р Ј TNJ - 1 + р Т, . (5) где i 1,п - номер канала дозирования:

DI - выходной сигнал блока 10, соответствующий времени задержки разгрузки данного канала в соответствии с выбранным режимом разгрузки устройства;

TNI - время транспортного запаздывания 1-го канала (время поступления материала от выходного устройства дозатора до входа смесителя), определяемое расчетным путем или экспериментально и устанавливаемое на задатчике 7ц

NI - номер выгрузки 1-го канала (относительно остальных каналов), устанавливаемый на задатчике 8i в соответствии с технологическими нормами;

р-управляющий сигнал блока 10, соответствующий выражению (4).

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии на выходе всех дозаторов устанавливается сигнал логического О (загрузка не проводилась), т.е. на выходе элемента И 15 также формируется нулевой сигнал.

После синхронного запуска дозаторов осуществляется формирование заданных доз компонентов, выгрузка которых в смеситель производится в следующих режимах (в соответствии с положением переключателя 18);

Si - асинхронная разгрузка компонентов сразу же после набора заданного веса для своего канала;

§2 синхронная (одновременная) разгрузка всех компонентов без учета транспортного запаздывания:

5з - синхронная разгрузка всех компонентов с учетом транспортного запаздывания;

SA программный ввод компонентов в смеситель в соответствии с технологическими нормами.

В режиме Si в соответствии с (1) на входе сброса счетчика 17 присутствует сигнал логической 21, т е на выходе счетчика формируется нулевой сигнал При этом в соответствии с (4) и (5) выполняется соотношение

D, Т,.

(6)

т.к. на входе А блока 1i сравнения присутствует нулевой сигнал, а на входе В - сигнал (6), то на выходе указанного блока формируется сигнал логического О, а на выходе - логической 1. поступающий на вход элемента И 3i, на другой вход которого подается сигнал логического О в соответствии с (4) В результате на выходах элементов И 3i и 4,, а также на входе

дозатора 6i формируются сигналы логического О, т.е. сигнал запрета на входе дозатора 6| в режиме Si отсутствует, а разгрузка каждого канала осуществляется асинхронно, по мере окончания загрузки.

В режиме S2 в соответствии с (1) и (2) на входе сброса счетчика 17 присутствует сигнал логического О, а на входе записи - сигнал логической 1. В результате на выходе счетчика записывается сигнал, соответствующий величине

Timax , T2Тп,

(7)

15 поступающий с выхода блока 9 определения максимума. Сигнал (7) подается на входы А блоков 1i сравнения, на входы В которых подаются сигналы (6), т.к.

20

T,,

(8)

то на выходе указанного блока формируется сигнал логической 1, который через элементы И 4| и ИЛИ 5i подается на вход

дозатора 6| в виде запрета на включение разгрузки после окончания загрузки указанного дозатора.«

Данный запрет сохраняется до окончания загрузки всех дозаторов, после чего на

выходе элемента И 15 формируется сигнал логической 1. При этом в соответствии с(1) и (2) происходит сброс счетчика 17 и одновременный объем сигналов запрета (установка логического О) на входах всех

дозаторов (аналогично режиму Si), т.е. одновременная (синхронная) разгрузка-всех каналов дозирования.

В режиме Зз работа устройства аналогична режиму S2 до момента окончания эагрузки всех каналов. При этом после формирования логической 1 на выходе элемента И 15 в соответствии с (1) и (2) происходит только окончание режима записи (Timax) без сброса счетчика 17, а в соответствии с (3) и (4) импульсы (период следования которых соответствует выбранному масштабу времени) с выхода генератора 11 через элементы И 12 и 13 поступают на вход обратного счета счетчика 17. В результате происходит уменьшение величины Timax на входе А блоков 1, сравнения, и в

момент выполнения условия.

55

T,

(9)

снимается запрет и включается разгрузка (k)-ro канала (tk - промежуток времени от момента окончания загрузки всех каналов до момента выполнения последнего уеловия). Т.о. в режиме 5з происходит синхронная разгрузка компонентов в смеситель с учетом транспортного запаздывания соответствующих каналов.

В режиме S/j в соответствии с (1) (4) на втором и третьем выходах блока 16 присутствуют сигналы логического О, а на первом и четвертом выходах - логической 1. В результате на вторых входах элементов И 3i и 4| присутствуют соответственно сигналы логической 1й и логического О, счетчик 17 находится в режиме сброса, т.е. на входах А блоков 1i - нулевой сигнал, а на входах В указанных блоков - сигналы, соответствующие в соответствии с (5) величине

NI

T(Ni-1).

(Ю)

т.е. например, для (К)-го канала (с Nk 3) Dk i T,(Ni 1,2),(11)

или

Dk - Tm + Tc,

(12)

где Tm -транспортное запаздывание канала cNm-1:

Тс - то же, с Nc 2.

При этом на выходе блоков 1| формируется сигнал логической 1 (кроме канала с NI 1. у которого на том же выходе формируется сигнал логического О). Указанный сигнал через элементы 3i и 5| подается на вход дозатора 6t в виде запрета на разгрузку. В результате после окончания загрузки разгружается только дозатор канала с , а после формирования сигнала логической 1 на выходе элемента И 15 (окончание загрузки всех каналов) снимается режим сброса счетчика 17 (логического О на первом выходе блока 16). Временные импульсы с выхода генератора 11 через элементы 12 и 14 подаются на вход прямого счета счетчика 17, и число (t) на его выходе начинает возрастать.

При выполнении условия

Di t

(13)

снимается запрет и происходит разгрузка 1-го канала с , затем с и т.д. Например, с учетом (12) выгрузка 3-го или k-ro компонента начинается в момент окончания ввода 2-го или с-го компонента, т.е в режиме $4 осуществляется программная выгрузка дозируемых компонентов.

Пример конструктивного выполнения блока 10 приведен на фиг. 3 Блок 10 содержит блок 26 пересчета и блок 27 коммутации.

В свою очередь, блок 26 включает (фиг, 4) демультиплексоры 28г-28п, блоки 29i- 29п-1 определения максимума и сумматоры

30i 30n-2. а блок 27 коммутации содержит (фиг. 5) мультиплексоры и . Все перечисленные функциональные узлы могут быть реализованы на известных комбинационных схемах.

Блок 10 работает следующим образом, Сигналы TNJCO входов блока 10 подаются на информационные входы соответствующих демультиплексоров 28i и коммутируются на определенные выходы последних,

номера которых соответствуют номеру выгрузки (Ni) данного компонента на управляющих входах указанных демультиплек- соров. В результате на входах, номер которых соответствует NI, блоков 29i, номер которых также соответствует величине NI, устанавливается величина TN,, а т.к. на остальных входах указанных блоков присутствуют нулевые сигналы, то на их выходе устанавливаются сигналы, соответствующие времени транспортного запаздывания компонента, имеющего номер выгрузки, совпадающий с номером блока 29ь

35

U29 - TN,, NI 1,п,

(14)

где U29i - выходной сигнал блока 29i.

Сигналы (14) поступают на входы соответствующих сумматоров 30i-30n-2, кото- рые осуществляют суммирование указанных сигналов в порядке возрастания номеров выгрузки (Ni) компонентов. Т.о. на выходах блока 26 формируются следующие сигналы:

Е, Тм, j 1,n-1. (15)

N( 1

где j - номер выхода блока 26 пересчета. Указанные сигналы подаются на (п-1)-старших входов всех мультиплексоров , первые (младшие) входы которых соединены с общей шиной устройства, а на управляющие входы которых подается сигнал номера выгрузки компонента (N,). В результате на выходе упомянутых мультиплексоров формируются следующие сигналы:

NI-I

U3i, Ј Т(МН) 1-1.п.

Сб)

которые подаются на входы 1 мультиплексоров 32i; на входы О которых поступают сигналы Т (со входов блока 10 и, соответственно, блока 27). На управляющие входы указанных мультиплексоров с выхода блока 16 поступает сигнал Р, принимающий два значения - логического О или логической 1 (в первом случае на выход мультиплексора коммутируется сигнал со входа О, а во втором со входа 1), а выходной сигнал мультиплексора 32| описывается соотношением

Ni- 1

U32i Р

Т( N1-1 )

+ Р Т, (17)

Последний сиг нал, поступая на соответствующие выходы блока 27 коммутации и счетного блока 10, обеспечивает реализацию алгоритма (5).

На фиг. 6 показана блок-схема дозатора 6i, который содержит датчик 33 веса, задат- чик 34 дозы, элементы И 35 и 42, инвертор 36, преобразователь 37 аналог-код, компаратор 38, RS-триггеры 39 и 40, исполнительные механизмы 41 загрузки и 43 разгрузки.

Дозатор работает следующим образом.

В исходном состоянии выключен триггер 39 (логической О на прямом выходе) и включен триггер 40 (логическая 1 на прямом выходе) по цепи сброс по питанию (условно не показана). В результате на выходе дозатора (элемент И 42) присутствует сигнал логического О, выключен исполнительный механизм 41 загрузки и включен исполнительный механизм 43 разгрузки. Значение сигнала на входе дозатора определяется режимом работы устройства.

После запуска дозатора (импульс в цепи Пуск) включается триггер 39, который выключает триггер 40 и исполнительный механизм 43 разгрузки и включает исполнительный механизм 41 загрузки.

Измерительный сигнал с выхода датчика 33 веса поступает на вход преобразователя,с выхода которого в цифровой форме подается на вход компаратора 38, на другой вход которого подается сигнал задания с выхода задатчика 34. При равенстве указанных сигналов на выходе компаратора 38 формируется сигнал логической 1, включающий триггер 39 и исполнительный механизм 41 загрузки. Дозатор устанавливается в режим ожидания. При поступлении (или наличии) сигнала логического О на вход дозатора, на выходе элемента И 35 формируется сигнал логической 1, включающий триггер 40, который снимает сигнал логической 1 на выходе дозатора и включает

режим разгрузки. С приходом очередного импульса Пуск цикл работы дозатора 61 повторяется.

Г.о. предлагаемое устройство (с по- мощью дополнительно введенных элементов) обеспечивает повышение качества приготовляемой смеси за счет снижения неоднородности ее состава на этапе дозирования и ввода компонентов в смеситель

0 (путем учета транспортного запаздывания каналов), а также расширение функциональных возможностей устройства за счет увеличения количества режимов ввода дозируемых компонентов в смеситель.

5 Наиболее эффективно использование предлагаемого устройства в системах управления дозированием различных веществ, предназначенных для дальнейшего смешивания, которые имеют значительное

0 транспортное запаздывание (например, из- за разнесенности и удаленности дозировочных устройств, характерных для производства CMC) или жесткие требования к регламенту ввода компонентов в сме5 ситель.

Формула изобретения 1. Устройство для управления многокомпонентным дозированием, содержащее блок определения максимума, первый эле0 мент И и п каналов дозирования, каждый из которых включает дозатор, блок сравнения, инвертор и основной элемент И, о т л и ч а- ю щ е е с я тем, что, с цель повышения качества приготовляемой смеси и расшире5 ния функциональных возможностей устройства путем увеличения количества режимов ввода компонентов в смеситель, устройство содержит счетный блок, генератор импульсов, второй, третий и четвертый алементы И,

0 блок выбора режима и счетчик, а каждый канал дозирования - дополнительный элемент И и элемент ИЛИ, задатчики времени задержки и номера выгрузки, разрядные выходы которых соединены с соответствующи5 ми группами разрядных входов счетного . блока, соответствующие разрядные выходы которого подключены .соответственно к первым разрядным входам,блоков сравнения каналов дозирования, вторые разрядные

0 входы которых соединены между собой и подключены к разрядным выходам счетчика, разрядные входы которого соединены с соответствующими разрядными выходами блока определения максимума, разрядные

5 входы которого подключены к разрядным выходам задатчиков времени задержки всех каналов дозирования, причем в каждом канале дозирования первый и второй выходы блока сравнения каждого канала дозирования подключены соответственно к пеовым

входам основного и дополнительного элементов И своих каналов, выходы которых соединены с входами элемента ИЛИ, выход которого подключен к входу дозатора своего канала, выход которого соединен с соответствующим входом первого элемента И, выход которого подключен к входу блока выбора режима и первому сходу второго элемента И, второй вход которого соединен с выходом генератора импульсов, а выход - с первыми входами третьего и четвертого элементов И, выходы которых подключены соответственно к входам обратного и прямого счета счетчика, входы записи и сброса которого соединены соответственно с первым и вторым выходами блока выбора режима, третий выход которого подключен к второму входу третьего элемента И, а четвертый выход - к второму входу четвертого элемента И, управляющему входу счетного блока, вторым входам основных элементов И всех каналов дозирования и входам инверторов указанных каналов, выходы которых соединены с вторыми входами дополнительных элементов И своих каналов дозирования.

2.Устройство поп.1,отличающее- с я тем, что блок выбора режима содержит переключатель режима, два инвертора, три элемента И и два элемента ИЛИ, причем первый выход переключателя режима соединен с первым входом первого элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к выходу первого элемента И, а третий - к выходу второго элемента И, первый вход которого соединен с входом первого инвертора и четвертым входом переключателя режима, третий выход которого подключен к riepeoMy входу второго элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с вторым выходом переключателя режима и первым входом первого элемента И, второй вход которого соединен с входом второго инвертора, выход которого подключен к второму входу второго элемента И и к первому входу третьего элемента И. второй вход которого подключен к выходу второго элемента ИЛИ, а первым, вторым и третьим выходами блока выбора режима являются выходы, соответственно первого элемента ИЛИ, третьего элемента И и первого инвертора, вход которого является четвертым выходом блока выбора режима, входом которого является вход второго инвертора.

3.Устройство по п.2, отличаю щее- с я тем, что переключатель режима выполнен в виде четырехкнопочного переключателя с зависимой фиксацией кнопок, размыкающие выводы которых подключены к общей шине, замыкающие выводы - к шине питания, а средние выводы являются соответственно, выходами переключателя режима

4. Устройство по п 1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что счетный блок содержит блок коммутации и блок пересчета, разрядные выходы которого подключены к первой группе разрядных входов блока коммутации, вторая и третья группы разрядных вхо0 дов которого соединены соответственно с первой и второй группами разрядных входов блока пересчета, а разрядные выходы являются соответствующими разрядными выходами счетного блока, управляющим

5 входом которого является управляющий вход блока коммутации, а соответствующими группами разрядных входов счетного блока являются соответствующие группы разрядных входов блока пересчета

0 5. Устройство по п.4, отличающее- с я тем. что блок пересчета содержит (п)-де- мультиплексоров, п-1 блоков определения максимума и п-2 сумматоров, первые разрядные входы которых подключены к соот5 ветствующим разрядным выходам соответствующих блоков определения максимума, разрядные входы которых соединены с соответствующими разрядными выходами демультиплексора, причем вто0 рые разрядные входы первого из п-2 сумматоров подключены к соответствующим разрядным выходам первого из п-1 блоков определения максимума, а вторые разрядные входы каждого из остальных п-3 сумма5 торов соединены с соответствующими разрядными выходами предыдущего сумматора, причем разрядные выходы первого из п-1 блоков определения максимума, а также разрядные выходы сумматоров являются

0 соответствующими разрядными выходами блока пересчета, соответствующими группами разрядных входов которого являются соответствующие разрядные входы демуль- типлексоров.

5 6. Устройство по п.4, отличающее- с я тем, что блок коммутации содержит первую и вторую группы из п мультиплексоров, причем управляющие входы мультиплексоров второй группы соединены между собой

0 и являются управляющим входом блока коммутации, соответствующими группами разрядных входов которого являются соответствующие разрядные входы соответствующих мультиплексоров первой груп5 пы, а разрядными выходами соответствующие разрядные выходы мультиплексоров второй группы, первые разряд- ные входы которых подключены к соответствующим разрядным выходам соответствующих мультиплексоров первой

группы, первые- разрядные входы которых подключены к общей шине.

7. Устройство поп.1.отличающее- с я тем, что каждый дозатор содержит датчик веса, подключенный к преобразователю аналог - код, задатчик дозы, два элемента И, инвертор, компаратор, два RS-триггера и исполнительные механизмы загрузки и разгрузки, входы которых соединены с прямыми выходами соответственно первого и второго триггеров, а S-вход второго триггера подключен к выходу первого элемента И, первый вход которого соединен с выходом инвертора, а йторой вход - с R-входом пер

вого RS-триггера и выходом компаратора, первые и вторые разрядные входы которого подключены к соответствующим разрядным выходам соответственно преобразователя аналог - код и задатчика дозы, причем инверсный выход первого RS-триггера соединен с первым входом второго элемента И, а прямой выход-с R-входом второго RS-триггера, инверсный выход которого подключен к второму входу второго элемента И, выход которого является выходом дозатора, входом которого является вход инвертора, при этом входом Пуск дозатора является S- вход первого RS-триггера.

Изобретение относится к области дозирования многокомпонентных смесей и может быть использовано в различных отраслях промышленности например, химической, в частности при приготовлении композиции в производствах моющих средств. Устройство обеспечивает повышение качества приготавляемой смеси за счет снижения неоднородности ее состава на этапе дозирования и ввода компонентов в смеситель путем учета транспортного запаздывания каналов, а также расширение функциональных возможностей устройства за счет увеличения количества режимов ввода дозируемых компонентов в смеситель, что достигается дополнительным введением счетного блока, генератора трех элементов И, блока выбора режима и четчика, а в каждый канал дозирования - элементов И и ИЛИ, задатчиков времени задержки и номера выгрузки, а также конструктивным выполнением отдельных функциональных узлов устройства, б з.п. ф-лы, 6 ил,

Фиг.1

фце.б

Выход