Устройство для управления дозированием Советский патент 1982 года по МПК G05D11/00 

(5) УСТРОЙСТВО для УПРАВЛЕНИЯ ДОЗИРОВАНИЕМ

I

Изобретение относится к дозирова/нию различных материалов и может применяться в химической, металлургической, строительной и других отраслях промышленности.,

Известно устройство для дозирования, содержащее дозатор, автоматический и ручной задатчики, выходы которых подключены на входы блока сравнения, а также блок коррекции, выход которого подключен на вход автоматического задатчика, а вход - на выход дозатора f13«

Недостатком данного устройства является низкая точность дозирования многокомпонентных смесей.

- Наиболее близким техническим решением является устройство для дозирования, содержащее блок определения минимума, первый блок умножения и п каналов, каждый из которых содержит дозатор, выход которого подключен к соответствующему входу сумматора.

В известном устройстве при дозировании компонентов осуществляется коррекция уставок дозаторов исходя из условия минимизации максимальной погрешности дозирования 2..

Недостатком известного устройства является также низкая точность дозирования многокомпонентных смесей, так как алгоритм коррекции погрешности дозирования, используемый в устройстве, не позволяет минимизировать погрешность дозирования какого-либо одного компонента, от которюго наиболее существенно зависят характеристики приготовляемых смесей.

.Цель изобретения - повышение точности дозирования многокомпонентных смесей.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для управления дозированием содержит в каждом канале последовательно соединенные блок задания дозы и вычислитель и во всех каналах, кроме последнего, последова393тельно соединенные первый блок запрета и второй блок запрета, а также делитель, задатчик массы, блок приоритета, второй блок умножения, первый блок сравнения, и последовательно соединенные задатчик соотношения, второй блок сравнения, задатчик и коммутирующий блок, выход которого подключен к второму входу каждого из вторых блоков запрета, к первому входу каждого из блоков задания дозы всех каналов, кроме последнего, и к первому входу блока приоритета, первые входы дозаторов соединены с соответствующими выходами блока приоритета, второй вход которого связан с выходом второго блока сравнения, с вторым входом каждого из блоков задания дозы всех каналов, кроме последнего, с первым входом блока задания дозы пос леднего канала и с первым входом каж дого из первых блоков запрета, выход задатмика массы подключен ктретьему входу каждого из блоков задания дозы всех каналов, кроме последнего, и к второму входу блока задания дозы последнего канала, первый вход первого сравнения соединен с выхо дом сумматора и с входом второго бло ка умножения, второй вход - с выходом первого блока умножения, а выход с вторым входом каждого из первых бл ков запрета, входы блока определения минимума подключены к выходам вычисл телей всех каналов, кроме послед него, а выход - к второму входу коммутирующего блока и к первому входу делителя, второй вход которого связан с выходом вычислителя последнего канала, а выход - с входом второ го блока сравнения, выходы всех дозаторов соединены с вторыми входами соответствующих вычислителей, а выход дозато.ра последнего канала под ключен также к входу первого блока умножения, выход второго блока умно жения подключен к третьему входу бл ка задания дозы последнего канала, вторые входы дозаторов всех каналов кроме последнего, соединены с выходами соответствующих блоков задания дозы и вторых блоков запрета, а второй вход дозатора последнего канала - с первым и вторым выходами блока задания дозы. .Каждый из блоков задания дозы всех каналов, кроме последнего, содержит последовательно соединенные третий блок запрета и третий блок умножения, а также четвертый блок запрета, первый вход которого является первым входом блока задания дозы, второй вход подключен к первому входу третьего блока запрета и является третьим входом блока задания дозы, выход четвертого блока запрета связан с выходом третьего блока запрета, второй вход которого является вторым входом блока задания дозы, а выход третьего блока умножения является выходом блока задания дозы. Кроме того, блок задания дозы последнего канала содержит третий, четвертый блоки запрета и третий блок умножения, вход которого подключен к выходу четвертого блока запрета, а выход является первым выходом блока .задания дозы, первый вход третьего блока запрета соединен с пер-, вым входом четвертого блока запрета и является первым входом блока задания дозы, второй вход четвертого блока запрета является вторым входом блока задания дозы, второй вхбд третьего блока запрета является третьим входом блока задания дозы, а выходвторым В1з1ходом блока задания дозы. На фиг.1 представлена структурная схема устройства для управления дозированием; на фиг.2 - блок-схема блока приоритета. Устройство содержит дозаторы Ц1, вычислители 2 2, третьи блоки 3.)- Зп умножения, блок 4 определения минимума, делитель 5, второй блок 6 сравнения,блоки 7 7„ ёадания дозы, задатчик 8 соотношения, коммутирующий блок 9, сумматор 10, второй блок 11 умножения, первый блок 12 сравнения, первый блок 13 умножения, блок 14 приоритета, вторые блоки 15-1-15ц--1 запрета, четвертые блоки 1бг, запрета, третьи блоки 17-1 17 запрета, первые блоки 18 запрета, задатчик 19 задатчик 20 массы., а также содержит элементы И 21, линии 22„, инверторы 23-,- 23,, элементы И ik 2k, Исследуем принцип минимизации погрешности дозирования 1-го компонента. Во многих случаях необходимо, чтобы точность дозирования 1-го компонента была максимальной. Это объясняется тем, что 1-й компонент мо5жет быть дорогостоящим, или наибо-. лее активным, или качество многокомпонентной смеси наиболее чувствительно к погрешности его дозирования и т.п. Рассмотрим две ситуации. 1. Компонент X:j дозируется на од ном из этапов дозирования. Для определенности предположим, что на первом этапе дозируются компоненты хмеси х, Х,...., ...Хп., а на втором этапе - компонент Х. Предположим, что для дозирования компонента Х на втором этапе его уставка принята равной U,. Тогда приведенная погрешность дозирования компонента Х определится из вьфаже ния Г I Т1 ЧГ- 1))Ч где Dy.- приведенная погрешность дозирования компонента Х Х(и.) - фактическая масса отдозированного компонента Х jf. - коэффициент,. выражающий долевое участие компонен в смесили равный отношению Х,/(ЕХ), 1«1,2,,..п. Минимум выражения U) будет достигнут, если взять производную этог выражения по уставке U и приравнять ее нулю, т.е. ..(и.) откуда оптимальное значение уставки задатчика дозатора компонента Х определится как UontrX iy ioe/jC i)Подставляя величий уставки из (3) в U ) с учетом того, что при дозировании компонента Х возникает погрешность ДХ и беря операцию математического ожидания по множеству циклов дозирования будем иметь минимум дисперсии приведенной погрешности дозирования X;; компонента т.е. а так как по условию на втором этапе можно дозировать любой из п компонен тов, кроме -го, то безусловный минимум U) будет достигнут, если на . втором этапе дозируется тот компонен который имеет минимальную дисперсию 7 DX, погрешности дозирования 4X7. Таким образом окончательно имеем .- - (5) 2. Компонент Х дозируется на втором этапе. На первом этапе дозируются остальные (п-1) компоненты смеси. Тогда дисперсия приведенной погрешности дозирования компонента Х при . : некотором значении уставки U, задатчика дозатора компонента Х будет равна ц- T:x 4UjhoJT,-o откуда оптимальное значение уставки U: , доставляющее минимум выражению tb),будет решение уравнения оптимиоткуда величина уставки l,- опреде-: . :лится как : ionT Tio5 ::X lUj)/H-jr,o) 3 1Подставляя (7) в (6) и учитывая,. . что при дозировании компонента Х{ воз-, никает погрешность дозирования лХ и беря операцию математического ожиДания по множеству циклов дозирования минимальное значение дисперсии приведенной погрешности дозирования из (6)получим в виде ™4п 1-Т(о) w: Сравним дисперсии приведенных погрешностей дозирования компонента Х , полученные в первой и второй ситуациях. Для этого сравним выражения (5) и 18) f-rio)-V- K%- x l -tar Выражение (9) можно переписать в ледующем виде,1| 1 ....Д1-Г1о)) Таким.образом, для решения вопроа о том, на каком этапе дозирования еобходимо дозировать компонент Х еобходимо сравнивать отношение текуих значений дисперсий приведенных огрешностей дозирования, получаемых о завершении каждого цикла дозирования к , (,2,...) с постоянным порогом А (формула 10/. Таким образом, если имеет место на втором этапе дозирования необходимо дозировать компонент . Если имеет место неравенство ,%-°1п(, на втором этапе необходимо-дозировать тот компонент Xj, который имел минимальную дисперсию Dx-minB предыдущем цикле дозирования. Устройство для управления дозиро ванием работает следующим образом. Перед началом первого цикла дозирования (), где К - количество циклов дозирования,, если дисперсии Dxi (,2,...,п) погрешностей дозирования дХ неизвестны, то с помощью задатчика 19 устанавливается одна уз возможных омередностей до: ирования. Для определенности пре положим, что при , выбрана следу щая очередность дозирования: на первом этапе дозируются компоненты X Хл,...Х., а на втором - компонент Ху. Тогда с помощью блока 19 блоки запрета установятся в.следующие, состояния: третьи блоки запрета открыты, четвертый блок 1б,запрета закрыт, первые блоки 18, запрета закрыты, третий блок 17п за прета открыт. В этом случае на втор входы дозаторов l.., после умножения величины заданной массы сме си VP , равной X + y./j+ ... + Xfi на соответствующие коэффициенты , равные X.,-/Vo и записанные в третьих блоках Зп-1Умножения поступят сигналы уставок , равные- - - MQ. Блок 14 приоритета после прихода на его первый и второй входы сигналов с выходов коммутирующего блока и задатчика 19 соответственно, сфор мирует .управляющие сигналы, которые поступят на первые входы дозаторов 1 - 1« /) На первый вход дозатора 1 сигнал с выхода блока 1 приоритета поступит с задержкой во времени, ра ной времени цикла первого этапа дозирования плюс время необходимое для вычисления уставки дозатора 1. 7- 8 Данная задержка во времени осуществляется следующим образом. На первый вход каждого элемента И 21j, поступает сигнал с выхода коммутирующего блока 9, который представляет, собой комбинацию двоичного кода с количеством разрядов по числу дозаторов. На вторые входы элементов И 21, с выхода задатчика 19 поступает сигнал, который аналогичен двоичному коду сигнала с коммутирующего блока 9 для дозатора „. Тем самым элемент И 21f, сработает и на п-м выходе блока приоритета noявится сигнал с выдержкой во времени, задаваемой линией 22пЗадержки. Таким образом, после задания данной очередности дозирования блок I приоритета включит дозаторы Ц- 1., которые на первом этапе одновременно отдозируют компоненты смеси Х, Хг2, ...Х.- Аналоговые сигналы пропорциональные дозированным массам X(U ), X(U,),...Vi /qrfl,) поступят на соответствующие входы сумматора 10. С выхода сумматора 10 сигнал, равный (и,- ) поступит на вход втор)го блока 11 умножения, где умножится на величину УпЬ зким образом, на выходе блока 11 будем иметь сигнал (уставку дозатора In компонента Хц) равный и, у„Г2Х,.,(и4,) /(-Гп)- Этот сигнал чербз третий блок 17п запрета поступит на второй вход дозатора 1, после чего дозатор In отдозирует компонент Х. После окончания первого цикла дозирования () в вычислителях 2 будут вычислены дисперсии DX погрешностей дозирования, равные Dj. ДХ| СХц(иц.) - ид, ,2,...П-,-после чего значения D.. поступят в блок определения минимума. Сигнал, равный минимальному значению дисперсии DX- ,у,,- погрешности дозирования ДХ поступит на первый вход делителя 5 на второй вход которого поступит сигнал с выхода вычислителя 2. На выходе делителя 5 (после деления этих си| налов) появится сигнал, равный результату деления Dxj iri/Pxn. Этот сигнал поступит на первый вход второго блока 6 сравнения, на второй вход которого от задатчика 8 соотношения поступит сигнал, равный (1 -JVi) /Гп Таким образом, во втором блоке 6 сравнения произойдет сравнение этих сигналов и на его выходе появится сигнал, который поступает на входы третьих блоков запрета первых блоков iBj jsanpeTa и четвертого блока запрета 16, которые устанавливаются в определенные состояния по следующему принципу. Если имеет место неравенство 1 /ipi . /Du . - с ( Гп) /Тп ,т1П/ Хп 1Второи блок 6 сравнения оставит первые блоки . I8t,.r запрета,третьи блоки запрета, четвертый блок 16 запрета в тех же состояниях, в которых они находились перед началом производства пе вого цикла дозирования. Одновременно сигнал с выхода блока k определения минимума, соответствующий номеру дозатора, для которого дисперсия Dv. по грешности дозирования лХ,- в перво1 цикле была минимальна поступит в ком мутирующий блок 9. Блок 9 установит вторые блоки 15,- 15пиЗапрета и четвертые блоки 1б„нзапрета , в зав симости от того какой дозатор имел в первом цукле минимальную дисперсию погрешности дозирования, в соответствующие состояния. Для определенности предположим. что PJ т иимел дозатор 1 --t компонента Хр. Тогда коммутирующий блок 9 установит блоки запрета в следующие состояния: четвертые блоки запрета 16-1- 1бг1- открыты, 1бп--1 закрыт, вто рые блоки 15 15п|}.запрета закрыты, 15п. открыт. Таким образом, если выполняется неравенство (i-t «п/ / п-1л tn-Dl на входы дозаторов Ц- „, поданы сигналы{ уставки ) , равные Щ /оИ последовательность дозирования во втором цикле останетс прежней. Если выполняется неравенств , .(/„о . jfi . , . i1-Tn) Х.,,П)пРх„-.второй блок 6,сравнения закроет третьи блоки запрета и откроет первые блоки запрета.Будет открыт также четвертый блок 1Ьп запрета, а третий блок 17п запрета закрыт. Следовательно, на входы дозаторов ( и 1fi Поступят сигналы, равные уставкам Одновременно, сигнал MQ.. , I/ ., с выходавторого блока о сравнения поступитна второй вход блока 1А приоритета.В блсэке 1 приоритета при равенстве сигналов на первом и втором входах элемента И 21yi, последний сработает и сигнал с его выхода через линию 22,задержки поступит на п-1 выход блока приоритета. Таким образом, блок It приоритета обеспечит необходимую очередность дозирования: на первом этапе дозируотся компоненты X. .Х- «Х., п и X р Л1 к Ьмпонент X, а на втором этапе - компонент Ху,. После этого блок 1 4 приоритета включит дозаторы 1п-аи In- Аналоговые сигналы с выходов дозаторов 1j- , равные Xi(U) поступят на входы сумwaTopa 30. С выхода сумматора 10 сигнал поступит на первый вход первого блока 12 сравнения, на второй вход которого поступит сигнал с выхода Ц , предварительно умно первом блоке 13 умножения коэффициент . На выходе 12 сравнения появится усгапке дозатора l. ч, ,„ to-i)r Xna naVTn|r/iV i 2.; сигнал через открытые первый блок 18 запрета и второй блок запрета поступит на вход дозатора компонента Х., после чего по сигналу с п-1 выхода блока Т приоритета дозатор 1n-tначнет дозировать компонент Xfi- После дозирования компонента Х. в вычислителях 2 „ будут вычислены дисперсии погрешностей ,равные DX ( ДХ,) /2, ,2,..п В общем случае для К-го цикла дозирования значения дисперсий, вычисляемые в вычислителях 2 - 2, равны I ч . Bjj, Dx. (М) К-1) / j 2,3,.. .n,D,.,, .„DX., диспер погрешностей дс &иания -1 .и К-м циклах дозирования соответственно, 1,2,...п. Перед производством третьего цика дозирования (,) устройством бует выбрана такая очередность доирования, которая позволяет полуить минимум дисперсии заданного (i-ro) компонента, тем самым через есколько циклов дозирования устройтво самонастраивается на оптимальую очередность дозирования комонентов смеси. Таким образом в процессе дозироания многокомпонентных смесей имеет место коррекция дозы 1-го компонента с учетом ошибок дозирования ос тальных компонентов и осуществляется поиск оптимальной очередности ( последовательности) дозирования. Использование изобретения позгволя ет путем минимизации погрешности дози рования i-го компонента поддерживать состав многокомпонентных смесей на уро не заданного и тем самым гарантировать заданные характеристики приготовляемой смеси. Формула изобретения Устройство для управления дозированием, содержащее блок определения минимума, первый блок умножения и п каналов, каждый из которых содержит дозатор, выход которого подключен к соответствующему входу сумматора, отличающееся тем, что, с целью повышения точности устройства, оно содержит в каждом канале последовательно соединенные блок задания дозы и вычислитель и во всех каналах, кроме последнего, последовательно соединенные первый блок запрета и второй блок запрета, а также делитель, задатцик массы, блок приоритета, второй блок умножения, первый блок сравнения, и последовательно, соединенные задатчик соотношения, второй блок сравнения, задатчик и коммутирующий блок,, выход которого подключен к второму входу каж дого из вторых блоков запрета, к первому входу каждого из блоков зада ния дозы всех каналов, кроме последнего, и к первому входу блока приоритета, первые входы дозаторов соединены с соответствующими выходами блока приоритета, второй вход которо го связан с выходом второго блока сравнения, с вторым входом каждого .из блоков задания дозы, всех каналов, кроме последнего,с первым входо «блока задания дозы последнего канала и с первым входом каждого из первых блоков запрета, выход задатчика массы подключен к третьему входу каждого из блоков задания дозы всех каналов, кроме последнего, и к второму входу блока задания дозы последнего канала, первый вход первого блока сравнения соединен с выходом сумматора и с входом второго блока умножения, второй вход - с выходом первого блока умножения, а выход с вторым входом каждого из первых блоков запрета, входы блока опре- , деления минимума подключены к выходам вычислителей всех каналов, кроме последнего, а выход - к второму входу коммутирующего блока и к первому входу делителя, второй вход которого связан с выходом вычислителя последнего канала, а выход с входом второго блока сравнения, выходы всех дозаторов соединены с вторыми входами соответствующих вычислителей, а выход дозатора последнего канала подключен также к входу первого блока умножения, выход второго блока умножения подключен к третьему входу блока задания дозы последнего канала, вторые входы дозаторов всех каналов, кроме последнего, соединены с выходами соответствующих блоков задания дозы и вторых блоков запрета, а второй вход дозатора последнего канала - с первым и вторым выходами блока задания дозы. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что каждый из блоков задания дозы всех каналов, кроме последнего, содержит последовательно соединенные третий блок запрета и третий блок умножения, а также четвертый блок запрета, первый вход которого является первым входом блока задания дозы, второй вход подключен к первому входу третьего блока запрета и является третьим входом блока задания дозы, выход четвертого блока запрета связан вь1ходом третьего блока запрета, второй вход которого является вторым входом блока задания дозы, а выход третьего блока умножения является выходом блока задания дозы. 3. Устройство по п.1,0 т л и ч аю щ е е с я тем, что блок задания дозы последнего канала содержит третий, четвертый блоки запрета и третий блок умножения, вход которого подключен к выходу четвертого блока запрета, а выход является первым выходом бЛока задания дозы, первый вход третьего блока запрета соединен с первым вводом четвертого блока запрета и является первым входом блока задания дозы, второй вход четвертого блока запрета является вторым входом блока задания дозы, второй вход третьего блока запрета является тре13 938267

тьим входом блока задания дозы, анаучно-технического совещания. Под

выход - вторым выходом блока заданияред, Карпина Е. Б. Н., ОНТИПРИБОР,

дозы.1967, с. 113.

Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе5 2. Авторское свидетельство СССР

шивания и дозирования. Материалы(прототип).

Фиг,1

ь

«SJ

1

«ч

.F