ЦИФРОВОЕ УСТРОЙСТВО ВЕСОВОГО ПОРЦИОННОГО ДОЗАТОРА Советский патент 1968 года по МПК G06F9/00 

Известны цифровые автоматы весовых порционных дозаторов, содержащие преобразователь аналог - цифра, реверсивный счетчик, дозирующий счетчик и блок сравнения.

Предлагаемое устройство отличается тем, что содержит схему записи величины порции, схему определения веса столба дозируемого материала, находящегося в воздухе, и схему проверки. Первый выход схемы записи величины порции соединен с одним из входов преобразователя аналог - цифра, второй выход схемы записи величины порции подсоединен к первому входу схемы проверки, второй вход которой подключен к выходу нуль-индикатора, а выход соединен со входом схемы определения веса столба. Выход схемы определения веса столба подсоединен к первому входу реверсивного счетчика и входу триггера знака, выход которого подключен ко второму входу реверсивного счетчика.

Это позволяет повысить точность набора порции и быстродействие дозатора.

На чертеже изображена блок-схема цифрового устройства дозатора для дозирования одного компонента.

Цифровое устройство состоит из усилителя 1, электронного дифференцирующего преобразователя 2 аналог - цифра, включающего.в себя идентичные преобразователи 3 и 4 напряжение - время (преобразователи 3 и 4, в свою очередь, состоят из компаратора 5, генератора 6 развертывающего напряжения и триггера 7), запоминающую емкость 8, транзисторный ключ 9, диод 10, переменное сопротивление 11, генератор 12 счетных импульсов, диодный ключ 13, логическую схему «И» 14 на четыре входа, дифференцирующие цепи 15 и 16, ждущий мультивибратор 17, диодный ключ 18, генератор 19 импульсов запуска преобразователей 3 и 4, диодный ключ 20, преобразователь 21 частота - напряжение и диодный ключ 22. Схема 23 записи величины порции включает в себя ждущий мультивибратор 24, дифференцирующие цепи 25 и 26, триггер 27, реле 28 с двумя контактными парами 29 и 30, триггер 31, управляющий диодными ключами 22 и 32, развязывающий диод 33, логическую схему «И» 34 на три входа. Схема 35 определения веса столба содержит преобразователи 36 и 37 напряжение - время, развязывающий диод 38, логическую схему «И» 39 на пять входов, дифференцирующие цепи 40 и 41, ждущий мультивибратор 42, нуль-индикатор 43. Схема 44 проверки включает в себя триггер 45, управляющий ключом 13 и ключом 46, триггер 47, управляющий диодным ключом 48, ждущий мультивибратор 49, дифференцирующую цепь 50. Имеется также реверсивный счетчик 51 с триггером знака 52 и развязывающий диод 53.

Один цикл дозирования состоит из четырех периодов: периода записи величины порции, периода работы питателя, периода проверки и периода запоминания ошибки набора порции.

Первый период начинается с момента поступления импульса И₁ на схему 23 записи величины порции. Импульсом И₁ (частота следования импульсов И₁ равна частоте повторения циклонов дозирования) ждущий мультивибратор 24 перебрасывается в квазиустойчивое состояние, а триггер 27 - в состояние «1». Обмотка реле 28 оказывается под током и через контактную пару 29 ко входу преобразователя 3 с выхода усилителя 1 прикладывается постоянное напряжение U_п, пропорциональное величине порции, а через контактную пару 30 разряжается запоминающая емкость 8 до величины напряжения, пропорциональной весу тары, чем и достигается исключение веса тары из цифрового кода. По окончании квазиустойчивого состояния ждущего.мультивибратора 24 (время квазиустойчивого состояния не менее времени срабатывания реле 28) задним фронтом импульса И₂, снимаемого со ждущего мультивибратора 24, продифференцированного дифференцирующей цепью 25, через диод 33 триггер знака 52 перебрасывается в состояние «1» (при этом состоянии триггера знака 52 в реверсивный счетчик 51 записывается число в обратном двоичном коде), а через открытый ключ 32 запускаются идентичные преобразователи 3 и 4 напряжение - время.

Во время, равное длительности первого импульса И₃, через схему «И» 34 от генератора 12 счетных импульсов через открытый ключ 13 в реверсивный счетчик 51 поступают и записываются в обратном коде импульсы И₄, количество которых пропорционально величине порции. Подачей импульса И₂ от ждущего мультивибратора 24 на схему «И» 34 предотвращается поступление импульсов И₄ через схему «И» 34 в реверсивный счетчик 51 до момента запуска преобразователей 3 и 4.

Задним фронтом первого импульса И₃ (момент окончания первого и начала второго периода работы цифрового устройства) через дифференцирующую цепь 15 триггер 31 перебрасывается в состояние «1», и через диод 38 запускаются преобразователи 36 и 37 напряжение - время, схемы 35 определения веса столба, а триггер 27 перебрасывается в состояние «0». При этом, во-первых, импульсом И₅ через дифференцирующую цепь 26 и исполнительный элемент (на чертеже не показан) включается питатель; во-вторых, обесточивается обмотка реле 28, и через контактную пару 29 ко входу преобразователя 3 подается напряжение U, пропорциональное весу дозируемого материала в бункере, а контактной парой 30 реле 28 отключается выход усилителя 1 от емкости 8; в-третьих, триггером 31 закрывается ключ 32, снимается запрет с нуль-индикатора 43 и открывается ключ 22.

Преобразователи 4, 36 и 37 во время записи величины порции не оказывают влияния на работу цифрового устройства, так как подачей импульса И₆ с триггера 31 на схемы «И» 14 и 39 предотвращается поступление импульсов И₄ на вход реверсивного счетчика 51 помимо схемы «И» 34.

Во втором периоде работы цифровое устройство решает уравнение баланса

Q·t= Р_в.б.+Р_ст.,

где Q - средняя производительность питателя;

t - время работы питателя;

Р_в.б. - вес материала, находящегося в весовом бункере;

Р_ст. - вес столба дозируемого материала, находящегося в воздухе.

Преобразователь 2 аналог - цифра работает по принципу суммирования представленных временным интервалом разностей текущего и запоминаемого на период квантования преобразуемого напряжения U по времени предыдущего значения напряжения U.

В момент поступления от генератора 19 через ключ 22 первого импульса И₇ (частота следования импульсов И₇ равна частоте квантования напряжения U по времени) ко входам обоих преобразователей 3 и 4 приложено напряжение U, пропорциональное весу тары, поэтому это значение напряжения не будет преобразовано в цифровой код.

К моменту поступления второго и последующих импульсов И₇ ко входу преобразователя 3 приложено текущее значение напряжения U, пропорциональное весу материала в весовом бункере, а ко входу преобразователя 4 - предыдущее значение напряжения U.

Достигается это тем, что в каждом такте квантования напряжения U по времени задним фронтом импульса И₃ через дифференцирующую цепь 15 перебрасывается на сравнительно небольшое время ждущий мультивибратор 17 в квазиустойчивое состояние. Во время этого состояния открывается ключ 9, собранный на двух кремниевых транзисторах разной проводимости. Через ключ 9 и диод 10 емкость 8 дозаряжается до текущего значения напряжения U. Диод 10 препятствует разряду емкости 8 через сопротивление нагрузки ключа 9 (на чертеже сопротивление нагрузки ключа 9 не показано). Запоминание на емкости 8 предыдущего значения напряжения U на период квантования напряжения U по времени с достаточно высокой точностью возможно потому, что в течение всего времени запоминания сопротивлениями утечки заряда емкости 8 являются обратное сопротивление диода 10 и диода компаратора 5 (на чертеже этот диод не показан) преобразователя 4 (оба диода типа Д-206, обладающие обратным сопротивлением в несколько сот магом) и сопротивление утечки самой емкости 8. Но и эта незначительная утечка компенсируется переменным сопротивлением 11 путем получения одинаковых временных интервалов, снимаемых с преобразователей 3 и 4, при фиксированном значении напряжения U.

Длительность положительного импульса И₈, подаваемого на логическую схему «И» 14 с преобразователя 3, пропорциональна текущему значению напряжения U, а длительность отрицательного импульса И₉, подаваемого на схему «И» 14 с преобразователя 4, пропорциональна предыдущему значению напряжения U, в течение времени, равного разности длительностей импульсов И₈ и И₉ (это время пропорционально производной от напряжения U по времени). В результате этого от генератора 12 через схему «И» 14 поступает первая «пачка» импульсов на вход реверсивного счетчика 51 (в реверсивном счетчике 51 суммированием первых «пачек» импульсов в прямом коде записывается двоичное число, пропорциональное напряжению U), а через ключ 20 - на вход преобразователя 21 частота - напряжение. Причем первым импульсом первой «пачки» триггер знака 52 перебрасывается в состояние «0» (счет в прямом коде).

Записанное в реверсивном счетчике 51 в обратном коде число, пропорциональное величине заданной порции, уменьшается на столько единиц, сколько импульсов в первой «пачке» (число импульсов в первой «пачке» пропорционально увеличению веса материала в весовом бункере за период квантования напряжения U по времени).

При затухающих колебаниях дозирующей системы предотвращается поступление с дифференцирующего преобразователя 2 аналог - цифра в реверсивный счетчик 51 ложных «пачек» импульсов (осуществляется фильтрация низких частот колебаний напряжения U) благодаря тому, что каждое максимальное значение напряжения U запоминается емкостью 8, а не уменьшается вслед за уменьшением напряжения U. Для этого задним фронтом отрицательного импульса И₉ через дифференцирующую цепь 16 ключа 18 в момент, когда длительность импульса И₉ превышает длительность импульса И₈, триггер 7 преобразователя 4 перебрасывается в состояние «1» и срывает прямой ход генератора 6 развертывающего напряжения преобразователя 4, поэтому не наступит момент сравнения напряжения на емкости 8 с развертывающим напряжением генератора 6, не откроется диод компаратора 5 преобразователя 4 и не будет разряжаться емкость 8 в момент сравнения. Когда же напряжение U превысит напряжение, запомненное на емкости 8 (длительность импульса И₈ превысит длительность импульса И₉), на триггер 7 преобразователя 4 через ключ 18 не будет поступать срывающий импульс, а со схемы «И» 24 на вход реверсивного счетчика снова будут поступать первые «пачки» импульсов.

С преобразователя 21 постоянное напряжение, пропорциональное производной от напряжения U по времени (мгновенной производительности питателя), подается на вход преобразователя 37 схемы 35 определения веса столба. На вход второго преобразователя 36 схемы 35 подано напряжение U. Преобразователи 36. и 37 запускаются задним фронтом импульса И₃ через дифференцирующую цепь 15 и развязывающий диод 38 с частотой следования импульсов И₇. Увеличение длительности отрицательного импульса И₁₀, снимаемого с преобразователя 36, пропорционально уменьшению высоты столба при цилиндрической или призматической форме весового бункера и при неизменном насыпном весе дозируемого материала, поэтому за время, равное разности длительностей положительного импульса И₁₁ и отрицательного импульса И₁₂ от генератора 12 через схему «И» 39 на вход реверсивного счетчика 51 поступает вторая «пачка» импульсов, количество импульсов в которой пропорционально весу столба. Вторая «пачка», как и первая, списывает с реверсивного счетчика 51 обратный код.

Для того, чтобы импульсы второй «пачки» не поступали на преобразователь 21 частота - напряжение, импульсом И₁₂, снимаемым с преобразователя 37 напряжение - время, закрывается ключ 20.

Чтобы не допустить суммирования в реверсивном счетчике 51 вторых «пачек», после второй пачки в реверсивный счетчик 51 записывается в обратном коде третья «пачка», количество импульсов в которой равно количеству импульсов во второй «пачке». Для этого задним фронтом импульсов И₁₂ через дифференцирующую цепь 40 ждущий мультивибратор 42 перебрасывается в квазиустойчивое состояние (время квазиустойчивого состояния не менее времени восстановления преобразователей 36 и 37), а триггер знака 52 через диод 53 перебрасывается в состояние «1» (счет в обратном коде). Задним фронтом импульса И₁₃, продифференцированного дифференцирующей цепью 41, второй раз запускаются преобразователи 36 и 37, и со схемы «И» 39 на вход реверсивного счетчика 51 поступает третья «пачка» импульсов.

В следующем периоде квантования напряжение U по времени на реверсивный счетчик 51 снова поступят три «пачки», причем первые две из них запишутся в прямом, а третья - в обратном коде.

Таким образом, работает цифровое устройство до того момента, пока не спишется обратный код с реверсивного счетчика 51.

В момент, когда спишется с реверсивного счетчика 51 все число, пропорциональное величине заданной порции (момент окончания второго и начала третьего периода работы цифрового устройства), с выхода нуль-индикатора 43, представляющего собой логическую схему «И», поступит импульс И₁₄ на исполнительный элемент (выключение питателя) и на триггер 45 схемы проверки 44. Триггер 45 перебрасывается в состояние «1», открывая ключ 46 и закрывая ключ 13. Закрытый ключ 13 препятствует поступлению импульсов И₄ на реверсивный счетчик 51 через схему «И» 39 с момента появления импульса И₁₄ на выходе нуль-индикатора 48 до момента начала записи последней в данном цикле дозирования третьей «пачки». Последняя третья «пачка» записывается следующим образом.

Задним фронтом импульса И₁₃ через дифференцирующую цепь 41 запускаются преобразователи 36 и 37, а через ключ 46 триггер 47 перебрасывается в состояние «1», а триггер 45 - в состояние «0». При этом триггером 45 открывается ключ 13, и последняя в данном цикле дозирования третья «пачка» в обратном коде (количество импульсов в третьей «пачке» пропорционально весу столба) записывается в реверсивный счетчик 51, а триггером 47 открывается ключ 48. По окончании записи последней третьей «пачки» задним фронтом импульса И₁₂ через дифференцирующую цепь 40 триггер знака 52 перебрасывается в состояние «0» (счет в прямом коде), а через ключ 48 триггер 47 перебрасывается в состояние «0», а ждущий мультивибратор 49 - в квазиустойчивое состояние. Во время квазиустойчивого состояния ждущего мультивибратора 49 (время квазиустойчивого состояния не меньше времени поступления дозируемого материала в весовой бункер после подачи команды на выключение питателя) подачей импульса И₁₅ на схему «И» 39 предотвращается поступление вторых и третьих «пачек» на реверсивный счетчик 51, а поступают на вход реверсивного счетчика и записываются в прямом коде лишь первые «пачки», импульсами которых списывается последняя третья «пачка».

Если истинный вес столба окажется меньше расчетного, то не вся последняя третья «пачка» спишется и недовес порции, выраженный остатком импульсов последней третьей «пачки» в виде обратного двоичного кода, запомнится в реверсивном счетчике 51, а если истинный вес столба больше расчетного, то перевес порции запомнится в реверсивном счетчике в виде прямого кода.

В момент окончания импульса И₁₅ (момент окончания третьего и начала четвертого периода работы счетно-решающего устройства) через дифференцирующую цепь 50 триггер 31 перебрасывается в состояние «0», закрывая ключ 22 до следующего цикла дозирования. В этот же момент подается команда на опорожнение весового бункера или на подготовку набора следующего компонента.

В течение четвертого периода работы счетно-решающего устройства в реверсивном счетчике 51 запоминается ошибка набора порции.

В следующем цикле дозирования в период записи величины порции к двоичному числу, пропорциональному задаваемой порции, приплюсуется недовес или вычитается перевес предыдущей порции.

Таким образом, коррекция ошибки набора порции осуществляется по перевесу и недовесу порции, а ошибка дозирования за несколько циклов равна лишь ошибке набора последней порции.

При дозировании нескольких компонентов число реверсивных счетчиков равно числу компонентов, все же остальные схемы цифрового устройства - общие для всех компонентов.

Цифровое устройство весового порционного дозатора, содержащее преобразователь аналог - цифра, реверсивный счетчик и нуль-индикатор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности набора порции и повышения быстродействия дозатора, оно содержит схему записи величины порции, схему определения веса столба дозируемого материала, находящегося в воздухе, и схему проверки, причем первый выход схемы записи величины порции соединен с одним из входов преобразователя аналог - цифра, второй выход схемы записи величины порции подсоединен к первому входу схемы проверки, второй вход которой подключен к выходу нуль-индикатора, а выход соединен со входом схемы определения веса столба, выход схемы определения веса столба подсоединен к первому входу реверсивного счетчика и входу триггера знака, выход которого подключен ко второму входу реверсивного счетчика.