Автоматическое устройство управления весовым порционным дозатором Советский патент 1993 года по МПК G05D11/00 

Изобретение относится к области весо- змерительной техники и может быть использовано в системах автоматического управления порционными дозаторами, име- рщими циферблатные указатели веса.

Цель изобретения состоит в повышении очности дозирования.

Сущность предлагаемого поясняется Чертежом, на котором приведена функциональная схема автоматического устройства управления весовым порционным дозатором.

Устройство содержит последовательно ключенные генератор импульсов запуска

1, первый триггер 2, первый элемент И 3, первый формирователь прямоугольных импульсов 4, последовательно включенные второй триггер 5, второй элемент И 6. третий триггер 7, третий элемент И 8. Выход первого триггера подключен также ко второму входу третьего элемента И и к первому входу четвертого элемента И 9, второй вход которого связан со вторым выходом третьего триггера. Первый вход пятого элемента И 10 соединен с первым выходом четвертого триггера 11, второй.вход связан с выходом преобразователя угол-временной интервал 12, со вторым входом второго элемента

со со го о ел

И, с первыми входами шестого элемента И 13 и первого элемента ИЛИ 14. Третий вход пятого элемента И подключен к выходу элемента НЕ 15, ко второму входу шестого элемента И и к третьему входу второго элемента И, а выход пятого элемента И - ко второму входу первого триггера. Выход первого элемента И подключен также к первому входу блока индикации 16. Выход первого формирователя прямоугольных импульсов подсоединен ко входу преобразователя угол-временной интервал, а второй выход четвертого триггера - к четвертому входу второго элемента И. Первый выход задатчи- ка порции 17 связан с первым входом второго триггера, а второй выход - с первым входом четвертого триггера. Второй вход третьего триггера подключен к генератору импульса запуска. Выход второго формирователя прямоугольных импульсов 18 связан со входом задатчика порции, с вторыми входами второго и четвертого триггеров. Выход первого элемента ИЛИ соединен со вторым входом первого элемента И, выход счетчика 19 импульсов подключен ко входу дешифратора 20. (п-1)-й выход дешифратора подсоединен к третьему входу первого элемента И и ко входу элемента НЕ. Выход шестого элемента И подключен к третьему входу блока индикации. Первый вход второго элемента ИЛ-И 21 связан с выходом генератора импульсов запуска, второй вход подключен ко второму выходу задатчика порции, а выход второго элемента ИЛИ связан со вторым входом первого элемента ИЛИ и с первым входом седьмого элемента И 22, второй вход которого подключено к выходу первого триггера. Выход седьмого элемента И соединен со входом обнуления счетчика импульсов и со входом второго формирователя прямоугольных импульсов, а счетный вход счетчика импульсов подключен к выходу преобразователя угол-временной интервал.

Преобразователь угол-временной интервал состоит из звукопровода 23, выпол- ненного из магнитострикционного материала, концы которого соединены через глушитель 24, входного магнитострикционного преобразователя 25, подключенного к выходу усилителя записи 26, при этом звукопровод выполнен кольцеобразным с центром, совпадающим с осью 27 стрелки 28, жестко связанной с соответствующим выходным магнитострикцион- ным преобразователем 29, подключенным к усилителю считывания 30, причем вход усилителя записи соединен со входом преобразователя. Задатчик порции состоит из звукопровода 31,выполненного из магнитострикционного материала, на каждом конце которого установлен глушитель 32, входного магнитострикционного преобразователя 33, подключенного к выходу усилителя записи 34, двух выходных магнитострикционных преобразователей 35 и 36, связанных соответственно с входами первого 37 и второго 38 усилителя считывания. Вход усилителя записи соединен со входом задатчика, а

выходы первого и второго усилителя считывание подключены соответственно к первому и второму выходам задатчика, при этом материалы звукопроводов преобразователя угол-временной интервал и задатчика

порций выбраны одинаковыми.

Блок индикации состоит из генератора счетных импульсов 39, подключенного к первому входу восьмого элемента И 40, выход которого соединен со счетным входом

второго счетчика импульсов 41, выход пятого триггера 42 подключен ко второму входу восьмого элемента И, а выход второго счетчика импульсов связан с индицирующим устройством 43. Первый вход пятого триггера

и второй вход второго счетчика импульсов

подключены к выходу первого элемента И. а второй вход пятого триггера связан с выходом шестого элемента И, причем первый вход пятого триггера соединен с первым

0 входом блока индикации, второй вход второго счетчика импульсов связан со вторым входом блока индикации, а второй вход пятого триггера - с третьим входом блока индикации.

5 Устройство работает следующим образом.

В начале первого цикла взвешивания генератор импульсов запуска 1 генерирует по команде оператора импульс (старт-им0 пульс), который устанавливает в нулевые

состояния триггеры 2 и 7. После этого с

выхода триггера 2 поступает разрешающий

потенциал на один из входов элементов И 3,

8, 9, 22, с первого выхода триггера 7 посту5 пает разрешающий потенциал на второй вход элемента И 8, а с второго выхода триггера 7 поступает запрещающий потенциал на второй вход элемента И 9. В результате на выходе элемента И 8 появляется управ0 ляющее напряжение Ui, под действием которого шнековый питатель (на чертеже не показан) вращается с максимальной скоростью и в весовой бункер начинает поступать дозируемый материал с большой интенсив5 ностью. Кроме того, одиночный импульс (старт-импульс) с выхода генератора 1 про- ходитчерез открытые элементы ИЛИ 21, 22, устанавливает счетчик импульсов 19 в нулевое состояние и поступает на вход формирователя прямоугольных импульсов 18.

Формирователи импульсов 18 и 4 предназначены для формирования прямоугольных импульсов с заданной длительностью, передний фронт которых совпадает по времени с задним фронтом входных импульсов.

Импульс с выхода формирователя импульсов 18 устанавливает триггеры 5 и 11 в нулевые состояния, после чего выход триггера 5 будет запрещающим для элемента И 6: первый выход триггера 11 является запрещающим для элемента И 18, а его второй выход - разрешающим для элемента И б, С (п-1)-го выхода дешифратора 20 поступает разрешающий потенциал на один из входов элемента И 3, а с выхода элемента НЕ 15 - запрещающий потенциал на входы элементов И 6,10 и 13. Кроме этого, старт-импульс с выхода элемента ИЛИ 21 проходит через открытые элементы ИЛИ 14. И 3. через формирователь импульсов 4, поступает на вход усилителя записи 26, а затем на входной магнитострикционный преобразователь 25. Под действием этого импульса в зоне прямого преобразования преобразователя 25, вследствие прямого эффекта магнитострик- ции возникает импульс продольного механического напряжения, который распространяется по звукопроводу 23 со скоростью звука У3в от нулевой точки отсчи- тывания угла поворота стрелки 28 циферблатного указателя до зоны обратного преобразования выходного магнитострик- ционного преобразователя 29, жестко связанного со стрелкой 28. Под действием этого импульса механического напряжения, вследствие обратного эффекта магнито- стрикции, в обмотке выходного преобразователя 29 возникает электрический сигнал,, который усиливается и формируется в импульс усилителем считывания 30. Этот пер- вый импульс с выхода усилителя считывания 30 будет задержан по отношению к старт-импульсу с выхода элемента ИЛИ 21 на время задержки равное

. + А 1зад.пер.,

ГДе1зад.

Vnep

A tsafl.nep. - t зад.

оо.

1зв. - длина звукопровода между входным 25 и выходным преобразователями 29;

VSB. скорость звука;

Vnep. - средняя скорость перемещения преобразователя 29 вдоль звукопровода 23 за время одного цикла измерения.

Так происходит преобразование угла поворота стрелки 28 циферблатного указателя во временной интервал tui.

Аналогично вышеописанному, старт- импульс с выхода формирователя импульсов 18 проходит через усилитель записи 34 задатчика порции 17, поступает на входной

магнитострикционный преобразователь 33, где в зоне его прямого преобразования возникает импульс продольного механического напряжения, который распространяется по звукопроводу 31 со скоростью звука V3e. и

0 проходит последовательно через выходные магнитострикционные преобразователи 35 и 36. В этих преобразователях вследствии обратного эффекта магнитострикции, возникает электрические сигналы, которые уси5 ливаются и формируются в импульсы усилителями считывания 37 и 38. Таким образом, на выходах усилителей 37 и 38 появляются импульсы через времена задержек относительно старт-импульса, определи ю0 щие заданные дозы:

1эв1

т.дозы1 т/- - время дозы грубо ;

Vg 3В

1зв2 1дозы2- -г/-

V3B.

- время дозы точно ;

|381 - длина звукопровода между входным 33 и выходным 35 магнитострикцион- ными преобразователями;

1зв2 длина звукопровода между входным 33 и выходным 36 преобразователями. Длительности заданных доз т.доэы1 и 1Дозы2 устанавливаются предварительно путем перемещения преобразователей 38 и 36 вдоль звукопровода 31.

Импульс с выхода усилителя считывзния 37 поступает на вход триггера 5 и переключает его, после чего его выход станет разрешающим для элемента И 6. Импульс с выхода усилителя считывания 38 поступает на вход триггера 11 и переключает его, поеле чего его выходы будут запрещающими для элемента И 6 и разрешающими для элемента И 10. Так как на вторые входы элементов И 6,10 и 13 поступает запрещающий потенциал с выхода элемента НЕ 15, то поэтому первый импульс с выхода усилителя считывания 30 через них не пройдет. В это же время импульс, снижаемый с усилителя считывания 30, проходит через открытые элементы ИЛИ 14, И 3, через формирователь импульсов 4, поступает на усилитель записи 26 и, совершив циркуляцию по вышеприведенной цепи, вновь появляется на выходе усилителя считывания 30 через время tu2 относительно старт-импульса, являясьвторымвчастотной

последовательности, где

tu2 2tu1+ Ataafl.nepЭтот второй импульс, вновь совершив циркуляцию по вышеприведенной цепи, появляется на выходе усилителя считывания 30 через время тиз относительно старт-импульса.

tu1+2 ДТзад.пер. И Т.Д.

Таким образом, на выходе усилителя считывания 30 формируется последовательность импульсов с нарастающим периодом повторения, где каждый последующий период между импульсами превышает предыдущий на величину А тзад.пер. Эти импульсы подсчитываются счетчиком импульсов 19, причем (п-1)-й импульс этой последовательности проходит через элемент ИЛИ 14 и далее по цепи циркуляции и, кроме этого, поступая на вход счетчика импульсов 19, вызывает появление на (п-1)-м выходе дешифратора 20 запрещающего потенциала для элемента И 3, а на выходе элемента НЕ 15 появляется разрешающий потенциал для элементов И 6,10 и1 3. После этого цепь циркуляции импульсов разрывается, и очередной n-й импульс (стоп-импульс), появляющийся на выходе усилителя считывания 30 через элемент И 3 не пройдет.

Таким образом, в каждом цикле, задаваемом старт-импульсом с выхода элемента ИЛИ 21, происходит преобразование угла поворота стрелки 28 циферблатного указателя дозатора во временной интервал, равный времени между старт-импульсом и стоп-импульсом

tun ntu1+(n-1). ДХзад.пер ИЛИ

.зад+(2n-1) Ataafl.nep.

Отсюда следует, что полученный интервал времени tun, соответствующий измеряемому весу материала в момент действия старт-импульса в каждом цикле, состоит из действительного значения

tug Л 1зади приращения Atu(2n-1) А Тзад.пер., обусловленного погрешностью из-за влияния скорости перемещения Vnep выходного мэг- нитострикцирнного преобразователя 30 вдоль звукопровода 23. Для устранения влияния погрешности Atu на измеряемый вес материала, необходимо чтобы

Atu A tumin,

где Atumin - допустимая минимальная погрешность, влиянием которой можно пренебречь.

Отсюда с учетом приведенных соотношений определяем верхнюю границу допустимых значений п:

п

Atumin VSB т авгпях V

зв звгпах пер 2 Isnmax Vnep

где Isemax - максимальная длина звукопровода между преобразователями 25 и 28, соответствующая максимальному измеряемому углу поворота стрелки 26 циферблатного указателя.

Таким образом, стоп-импульс, появляющийся на выходе усилителя считывания 30, поступает на входы элементов И 6 и 10, и если текущее значение измеряемого веса

меньше заданной дозы грубо, т.е. если

tun 1дозы1 1дозы2,

то на вторые входы элементов И 6 и 10, поступают запрещающие потенциалы с выходов триггеров 5 и 11 и, поэтому стоп-импульс через них не пройдет. На этом первый цикл измерения веса дозируемого материала закончился. Через время т.ДОзы2 (относительно первого старт-импульса) на выходе усилителя считывания 38 появляется импульс, который пройдя через элемент ИЛИ .21, является старт-импульсом для второго цикла измерения и т.д. Следовательно, на выходе элемента ИЛИ 21 появляется последовательность старт-импульсов с периодом

следования, равным 1дозы2.

Под действием второго и последующих старт-импульсов с выхода элемента ИЛИ 21 весь вышеописанный процесс измерения

веса дозируемого материала будет повторяться до тех пор, пока после воздействия т-го старт-импульса (т.е. после m циклов измерений веса) текущее значение дозируемой массы достигает заданной дозы грубо, т.е.

Т.дозы1 tun озы2 .

В этом случае стоп-импульс с выхода усилителя считывания 30 поступит на вход элемента И 6 в момент, когда на его остальные входы уже поступают разрешающие потенциалы с элемента НЕ 15 и триггеров 5 и 11, Появляющийся на выходе элемента И импульс переключит триггер 7, после чего с его выходов подаются запрещающий потенциал на вход элемента И 8 и разрешающий потенциал на вход элемента И 9. В результате этого управляющее напряжение Ui с выхода элемента И 8 исчезает, а на выходе элемента И 9 появляется управляющее напряжение V2, под действием которого шне- ковый питатель начинает вращаться с малой скоростью и в весовой бункер дозируемый материал будет поступать с малой интенсивностью, что обеспечивает малую динамическую погрешность дозирования.

Аналогично вышеописанному происходят следующие циклы измерения веса дозируемого материала с приходом каждого старт-импульса с выхода элемента ИЛИ 21.

Если текущее значение дозируемой массы снова будет находиться в пределах

1дозы1 tun Т.дозы2.

то появляющийся в конце каждого цикла измерения импульс на выходе элемента И б подтверждает состояние триггера 7 и шне- ковый питатель будет продолжать вращаться с малой скоростью. Если после 1-го цикла измерения значения дозируемой массы достигнет заданной дозы точно, то есть ког- да tun т.доэы2, то стоп-импульс. появляющийся на выходе усилителя считывания 30, поступит на входы элементов И 6 i 10 в момент, когда с выходов триггера 11 юступает запрещающий потенциал на вход лемента И 6 и разрешающий потенциал на вход элемента И 10, так как к этому моменту времени триггер 11 переключился поддей- ггвием импульса с выхода усилителя считы- зания 38. Поэтому стоп-импульс, появляющийся на выходе усилителя 30, про- одит через элемент И 10 и переключит риггер 2 в единичное состояние, после чего ;го выход будет запрещающим для элемен- ов И 3,8,9 и 22. Управляющее напряжение чсчезает и шнековый питатель останавливался. На этом процесс дозирования закан- 1ивается и потенциал, снимаемый со 1торого выхода триггера 2, является управ- 1яющим сигналом Окончание дозирова- шя.

Для надежной работы устройства необЮДИМО, ЧТОбЫ Гимп tun- 1дозы2 (ДЛЯ СЛуая когда tun 1ДОзы2), где Гимп - длительность старт-импульса с выхода эле- мента ИЛИ 21.

Блок индикации 16 функционирует следующим образом. В каждом цикле измере

ния массы дозируемого материала с тарт-импульс с выхода элемента И 3 уста- t авливает счетчик импульсов 41 и триггер i-1 в нулевое состояния, после чего его вы- од станет разрешающим для элемента И 0. Начиная с этого момента времени им- гульсы с выхода генератора счетных им- гульсов 39 проходят через открытый злемент И 40 и поступают на счетный вход счетчика импульсов 41. Появляющийся че- р ез время tun стоп-импульс с выхода усилителя считы вания 30 проходят через элемент И 13, переключает триггер 42 и в счетчик герестают поступать импульсы. Таким образом, в блоке индикации 16 происходит преобразование интервал времени tun в L ифровой код, зафиксированный в счетчике пульсов 41, в каждом цикле измерения са. Показание счетчика импульсов 41 вы- ется на индицирующее устройство 43 в единицах веса дозируемого материала, кр- I

0 5 0 5 0

5

0

5

0

5

торое может использоваться также для дистанционного контроля.

Автоматическое устройство управления весовым порционным дозатором имеет преимущество по сравнению с прототипом в более высокой точности дозирования. Это объясняется тем, что в прототипе период следования старт-импульсов Тген с выхода генератора импульсов циклов является постоянным, а величина дозы :ДОзы2 в процессе эксплуатации устройства может задаваться различной, но при этом должно выполняться условие ТГен Тдозы2тах. Поэтому при задании дозы меньшей, чем 1дозы2тах. будут иметь место паузы ожидания между двумя соседними циклами измерения массы дозируемого материала, из-за которых появляется дополнительная погрешность измерения.

В предлагаемом устройстве пауза ожидания между соседними циклами измерения массы отсутствуют при любых величинах т.ДОзы2, так как в нем период следования старт-импульсов всегда равен Тдозы2, и, следовательно, отсутствует эта дополнительная погрешность измерения.

Формула изобретения

Автоматическое устройство управления весовым порционным дозатором, содержащее последовательно соединенные генератор импульсов запуска, первый триггер, первый элемент И, первый формирователь прямоугольных импульсов, последовательно соединенные второй триггер, второй элемент И, третий триггер, третий элемент И, второй вход которого подключен к выходу первого триггера, подключенного также к первому входу четвертого элемента И, второй вход которого подключен к второму выходу третьего триггера, второй вход которого подключен к выходу генератора импульсов запуска, второй формирователь прямоугольных импульсов, выход которого подключен к первому входу второго триггера, первому входу четвертого триггера и входу задатчика порции, первый и второй выходы которого подключены соответственно к второму входу второго триггера и к второму входу четвертого триггера, первый и второй выходы которого подключены соответственно к второму входу второго элемента И и к первому входу пятого элемента И, выход которого подключен к второму входу первого триггера, последовательно соединенные счетчик импульсов и дешифратор, выход которого подключен к второму входу первого элемента И и к входу элемента НЕ, выход которого подключен к второму входу пятого элемента И, третьему входу второго элемента И и первому входу шестого элемента И, выход которого подключен к первому входу блока индикации, второй и третий входы которого подключены к выходу первого элемента И, преобразователь угла поворота стрелки циферблатного указателя веса во временной интервал, стробирую- щий вход которого подключен к выходу пер- вого формирователя прямоугольных импульсов, а выход - к четвертому входу второго элемента И, третьему входу пятого элемента И, второму входу шестого элемента И, счетному входу счетчика импульсов и первому входу первого элемента ИЛИ, выход которого подключен к третьему входу

первого элемента И, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, оно снабжено седьмым элементом И и вторым элементом ИЛИ, причем первый вход второго элемента ИЛИ подключен к выходу генератора импульсов запуска, второй вход подключен к второму выходу задатчика порции, а выход - к второму входу первого элемента ИЛИ и к первому входу седьмого

элемента И, второй вход которого подключен к выходу первого триггера, а выход - к входу второго формирователя прямоугольных импульсов и к входу обнуления счетчика импульсов.

Г

U, Ог