Устройство для управления нагревом Советский патент 1981 года по МПК G05D23/19 

Изобретение относится к программно- у прав ля е.мым средствам и может ..быть использовано в качестве систем автоматического управления по заране заданным програкмам процессами нагре ва при теплопрочностных испытаниях систем автоматического управления технологическими процессами. Известно програкмное устройство/ содержахоее термодатчик, регистри1)ук)щий начальное тепловое состояние/ датчик, регистрирующий текущее тепловое состояние, задатчик, подключенные через элемент сравнения к электромеханической следящей системе и реле. На выходе следящей системы устройства дополнительно установлен переменный резистор, которьй подключен к реле постоянного тока, зашунтированному конденсатором ij . Недостатками известного решения являются невозможность использования устройства в режиме изменения в широком диапазоне нескольких параметро а также невозможность использования устройства в динамическом режиме скорости нагрева 30-50°С/с. Наиболее близкое к предлагаемому устройство, содержащее последователь но соединенные задатчик, сумматор, регулирукнций блок, а также последовательно соединенные регулятор мощности и исполнительный блок, а также последовательно соединенные датчик и. измерительный преобразователь, выход KOTOjporo соединен со BTopiM входам сумматора Недостатками нзвестного решения являются невозможность оптимального согласования мощности регулятора электрической мощности и испалнительного устройства - нагревательной панели (в статическом режиме возможно, в динамическом - нет, динамический режим - нагрев 30-50 С/с), а также нелинейнгл характеристика зависимости сопротивления от температуры нити накала. Кроме того, тиристорный преобразователь ие допускает более чем 2-х кратную перегрузку в течение 10 с. Цель изобретения - повицение надежности устройства. Постгшленная цель достигается тем, что устройство для управления нагревом содержит йоследовательно сое- . динениые. задатчик и первые сумматор и регулирующий блок/ последовательно соединенные регулятор мощности и исполнительный блок/ а также последовательно соединенные датчик и измерительный преобразователь, выход которого соединен со вторым входом первого сумматора, последовательно соединенные второй сумматор, второй регулирующий блок и инерционное звено, выход которого связан со входом регулятора мощности, а входы второго сумматора подключены к выходам первого регулируйтего блока и регулятора мощности ,

формирование задающих устройст1эом управляющих воздействий (сигнала Jj имеющих скорости изменения температуры в пределах 30-50 С/с, приводит к скачкообразному изменению переднего фронта )пф импульса тока на выходе регулятора электрической мощности и нагрузки, превышаккцих номинальную величину в 8-9. раз. Этот скачок импульса тока приводит к срабатыванию устройства электронной защиты тиристоров и других элементов от перегрузок, которое срабатывает при пороговом значении, равном 2-х кратному превышению пускового тока.

Введение элементов внутреннего корректирующего по току контура обеспечивает сглаживание переднего фронта п.ф импульса тока до 15%, что обуславливает надежную работу в процессе испытания при максимальных темпах нагрева (50с/с).

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства управления; на фиг. 2 характеристики на выходе соответственно задатчика, второго регулирующего блока, инерционного звена и ток нагрузки.

Устройство управления нагревом содержит во внешнем контуре 1 последовательно соединенные задатчик 2, первый cyivwaTOp 3, первый регулирую щий блок 4, а также последовательно соединенные регулятор 5 мощности, исполнительный блок 6, объект 7 испытаний, датчик 8, измерительный преобразователь 9, соединенный отрицательной обратной связью 10 по температуре с первым cyNwaTOpoM 3, и вторичный прибор 11, соединенный с измерительным преобразователем 9. Устройство управления нагревом снабжено внутренним корректирукидим по току контуром 12, состоящим из последовательно соединенных второго сумматора 13, второго регулируицего блока 14, инерционного звена 15, регулятора 5 мощности, соединенного отрицательной обратной связью 16 по току.со вторьДм сумматором 13, который входом связан с выходом первого егулирующего блока 4.

Устройство управления нагревом работает следующим образом.

Управляющий сигнал и,- (фиг. 2) представляющий наперед заданную от времени функционгшьную зависимость, выработанный заданной программой в

задатчике 2, поступает на вход первого сумматора 3, где происходит суммирование И. с сигналом UQC отрицательной обратной связи 10, пропор.циональным основному регулирующему J параметру - температуре. В первом регулирующем блоке 4 происходит усиление и функциональное преобразование сигнала сшибки + UQ обеспечивающее необходимую степень

устойчивости замкнутой системы регулирования температуры. С выхода первого регулирующего блока 4 сигнал управления . поступает на вход второго сумматора 13, где происходит суммирование сигнгша функцио5 нальным преобразованным сигналом DO отрицательной обратной связи 16, пропорциональным, току нагрузки регулятора 5 мощности. Во втором регулирующем блоке 14 происходит усиле0 ние и функциональное преобразование сигнала . + UQ.C. ошибки по току, обеспечивающее необходимую степень устойчивости замкнутой системы регулирования тока нагрузки. С выхода

5 второго регулирующего устройства сигнал Uvjnp + UQJ. управления поступает на инерционное звено. 15, осуществляющее сглаживание переднего фронта сигнала ошибки. С выхода инерционного звена 15 управляющий сигнал поступает на вход регулятора 5 мощности, который формирует в исполнительном блоке 6 (нагревательной панели) ток нагрузки, пропорциональный входному

сигналу Uv, (фиг. 2в) . Исполнительный блок б преобразует подводимую к нему электрическую мощность в лучистый тепловой поток с температурой в диапазоне 50-1100 С с погрешностью не более 1,5% при максимальных темпах нагрева не более , который, воздействуя на объект 7 испытания, нагревает его до температуры, определяемой конкретной программой,заложенной в задатчик 2.

.Сигнал UQC. отрицательной обратной связи с выхода объекта 7 испытаний, несущий информацию о его температуре, проходит датчик 8 регулируемого параметра, измерительный преобразователь 9, поступает на вход первого сумматора 3, образуя таким образом, замкнутый контур регулирования температуры объекта.

Формирование задатчиком 2 управляющих воздействий сигнала Ит,) имеющих скорости изменения температуры в пределах 30-50С/с, приводит к скачкообразному изменению управляющего сигнала + Uo., на входе инерционного звена 15, которое преобразует

его в экспоненциальное изменение и.г. Wp. (фиг. 2в, фиг. 2г) .

Включение на входе регулятора 5 электрической мощности инерционного эвена 15, реализованного в виде апериодического звена 1-го порядка с постоянной времени f 1,2 с, обеспечивает снижение пускового тока с 800-900 до 150%. Тиристорный преобразователь не допускает более чем двухкратную перегрузку в течение 10 Однако введение апериодического звена в контур регулирования темпера туры приведет к резкому ухудшению устойчивости замкнутого контура по температуре. Для устранения этого отрицательного эффекта инерционное звено 15 совместно с регуляторе 5 мощности охвачено функциональной отр цательной обратной связью по току. Преимуществом предлагаемого устройства является возможность оптимал ного согласования мощности регулятор электрической мощности и исполнитель ного устройства. Это позволяет осуществлять теплопрочностные испытания с высокими темпами нагрева. Кроме то го, преимуществом является.защита тиристоров по нагрузке, а также то, что при отсутствии инерционного звена нет необходимости завышать требования к тиристорам по току. Использование предлагаемого устройства поз воляет уменьшить габариты оборудования и производственного помещения, а также экономить электроэнергию. Технико-экономическая эффективность от использования предлагаемого изобретения заключается в возможности проводить теплопрочностные испытания с высокими темпами (40-50 С/( нагрева. Испытания с такими темпгиии иагрева составляют 90% от всего времени процесса испытания. Формула изобретения Устройство для управления нагревом, содержащее последовательно соединенные Зсщатчик и первые сумматор и регулирующий блок, последовательно соединенные регулятор мощности и исполнительный блок, а также последовательно соединенные датчик и измерительный преобразователь, выход которого соединен со вторым входом первого сумматора, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности устройства, оно содержит последовательно соединенные второй сумматор, второй регулирующий блок и инерционное звено, выход которого связан со входом регулятора мощности, а входы второго сумматора подключены к выходам первого регулирующего блока и регулятора мощности. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР 326555, кл. G 05 В 19/02, 1968. 2.Авторское свидетельство СССР 474797, кл.- G 05 О 23/19, 1973 (прототип).

Г

и..

J

fffjy

S (,

150/c

lOO/c

1