Устройство для регулирования технологических параметров по заданной программе

 

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПО ЗАДАННОЙ ПРОГРАММЕ, содержащее измерительный прибор, к подвижному узлу регистрации которого прикреплены два фотоэлемента, включенные в смежные плечи измерительного моста и оптически связанные с программным задатчиком, и. ПИД-блок регулирования, включающий в себя каналы формирования пропорциональной , дифферренциальной и интегральной составляющих, подключенные к входам сумматора, отличающеес я тем, что, с целью повьппения точности устройства, в него введены пороговые элементы, релейный трехпозиционный элемент, переключатели, регyлиpye я JЙ резистор, элемент ИЛИ, ключи, элемент задержки и задатчик напряжения, причем выходы измерительного моста соединены с первыми входами соответствующих переключателей и входами соответствующих пороговых элементов , выходы КОТО1МЛХ подключены к входам релейного трехпозиционного элемента, выходы которого соединены с входами элемента РШИ и управляющиъот входами соответствующих переключателей , вторые входы которых соединены с соответствующими выходами за.датчика напряжения, а выходы - с входами ПИД-блока регулирования, параллельно интегратору канала формирования интегральной составляющей которого через первый ключ, управляющий вход которого связан с, выходом элемента задержки, подключен регулируемый резистор, а канал формирования интегральной составлякидей подключен к входу сумматора через второй ключ, управляющий вход которого объединен СО Од с управлянлцим входом первого ключа, вход элемента задержки соедине с выходом элемента ИЛИ. 2. Устройство по п. 1, о т л ичающееся тем, что подвижный контакт регулируемого резистора кинематически связан с узломрегистрации измерительного прибора.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК..ЯУ„„И 121

4(51) С 05 D 23/19

У

1

1 г

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3538706/24-24 (22) 11.01. 83 (46) 23. 01. 85. Бюл. У 3 (72) В.В.Осинчук, В.В.Забульский и В;С.Шуминский (71) Львовское специальное конструкторско-технологическое бюро Производственного объединения "Ввелирпром" (53) 62.50(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

В 767726, кл. G 05 D 23/19, 1971.

2. Заявка Японии N - 23108, кл. G 05 В 19/04, 1975 (прототип). (54) (57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПО ЗАДАННОЙ ПРОГРАММЕ, содержащее измерительный прибор, к подвижному узлу регистрации которого прикреплены два фотоэлемента, включенные в смежные плечи измерительного моста и оптически связанные с программным задатчиком, и ПИД-блок регулирования, включающий в себя каналы формирования пропорциональной, дифференциальной и интегральной составляющих, подключенные к входам сумматора, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повыщения точности устройства, в него введены пороговые элементы, релейный трехпозиционный элемент, переключатели, регулируеьый резистор, элемент ИЛИ, ключи, элемент задержки и задатчик напряжения, причем выходы измерительного моста соединены с первыми входами соответствующих переключателей и входами соответствующих пороговых элементов, выходы которых подключены к входам релейного трехпозиционного элемента, выходы которого соединены с входами элемента ИЛИ и управляющими входами соответствующих переклю- чателей, вторые входы которых соединены с соответствующими выходами задатчика напряжения, а выходы — с входами ПИД-блока регулирования, нараллельно интегратору канала формирова- Э ния интегральной составляющей которого через первый ключ, управляющий вход которого связан с выходом элемента задержки, подключен регулируемый резистор, а канал формирования интегральной составляющей подключен к входу сумматора через второй ключ, управляющий вход которого объединен с управляющим входом первого ключа, вход элемента задержки соединей с выходом элемента ИЛИ.

2. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что подвижный контакт регулируемогд резистора киI нематически связан с узлом регистрации измерительного прибора.

1 113б

Изобретение относится к автоматическому управлению и предназначено для использования в системах программного регулирования параметров технологических процессов, например температуры, расхода, давления и др.

Известен программный регулятор температуры, содержащий измерительный прибор, программный задатчик и оптически связанный с ним фотоэлектричес- 10 кий датчик,.пороговый элемент, блок управления, исполнительный орган 113, Однако данный регулятор обеспечивает только позиционно-пропорциональное регулирование, что обуславливает 15 его сравнительно низкую точность регулирования. Кроме того, при выводе температуры на задаваемый уровень и при больших возмущениях в объекте регулирования имеет место перерегу- 2п лирование, возникающее из-за специфики работы позиционно-пропорционального регулятора.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является 25 устройство реализации способа регулирования и записи при помощи про.граммного управления, содержащее измерительный прибор, к подвижному узлу регистрации которого прикрепле- ЗО ны два фотоэлемента, включенные в смежные плечи измерительного моста и оптически связанные с программным задатчиком, и ПИД-блок регулирования 323.

Однако для известного устройства характерна недостаточно высокая точность регулирования, обусловленная тем, что на выходной сигнал измерительного моста оказывают значительное влияние изменения характеристик источника света программного задатчика и температурная зависимость фотоэлементов. Кроме того, недостатком устройства является наличие пе- 45

I ререгулирования и затягивания переходного процесса при выводе регулируемого параметра на задаваемый режим и при больших рассогласованиях между задаваемым параметром и его дейст-50 вительной величиной, которое может быть вызвано значительными возмущениями в объекте регулирования или при отработке резких изменений программы. Эти перерегулирования связа- 55 ны со спецификой ПИ, ПИД регуляторов,,в которых интегральная составляющая необходима для устранения статичес121 2 кой ошибки в устройствах для регулиt рования. Однако при больших разностях задаваемой и действительной величин регулируемого параметра интег— ральная составляющая изменяется выше или ниже требуемой величины и для ее компенсации требуется изменение знака рассогласования, что приводит к перерегулированию.

Цель изобретения — повышение точности устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для регулирования технологических параметров по заданной программе, содержащее измерительный прибор, к подвижному узлу регистрации которого прикреплены два фотоэлемента, включенные в смежные плечи измерительного моста и оптически связанные с программным задатчиком, и ПИД-блок регулирования, включающий в себя каналы формирования пропорциональной, дифференциональной и интегральной составляющих, подключенные к входам сумматора, введены пороговые элементы, релейный трехпозиционный элемент, переключатели, регулируемый резистор, элемент ИЛИ, ключи, элемент задержки и задатчик напряжения, причем выходы измерительного моста соединены с первыми входами соответствующих переключателей и входами соответствующих пороговых элементов, выходы которых подключены в к входам релейного трехпозиционного элемента, выходы которого соединены с входами элемента ИЛИ и управляннцими входами соответствующих переключателей, вторые входы которых соединены с соответствующими выходами задатчика напряжения, а выходы — с входами ПИД-блока регулирования, параллельно интегратору канала формирования интегральной составляющей которого через первый ключ, управляющий вход которого связан с выходом элемента задержки, подключен регули4 руемый резистор, а канал формирования интегральной составляющей подключен к входу сумматора через второй ключ, управляющий вход которого объединен с управляющим входом первого ключа, вход элемента задержки соединен с выходом элемента ИЛИ.

Кроме того, подвижный контакт регулируемого резистора кинематически связан с узлом регистрации измерительного прибора.

1136121

На фиг. 1 изображена структурная схема предлагаемого устройства на фиг. 2 — пример конкретного выполнения устройства.

Устройство содержит измерительный прибор 1, программный задатчик 2, выполненный в виде лентопротяжного механизма измерительного прибора 1, на диаграммной ленте которого нанесена программа 3 в виде затемненной щ полосы определенной ширины. Перпендикулярно перемещению диаграммной ленты перемещаются фотоэлементы 4 и 5, прикрепленные (жестко связанные) к под вижному узлу регистрации измеритель1 ного прибора .1 и оптически связанные с программным эадатчиком 2. Фотоэлементы 4 и 5 включены в смежные плечи измерительного моста 6.

Кроме того, устройство содержит переключатели 7 и 8, пороговые элементы 9 и 10, трехпозиционный релейный элемент 11, блок 12 управления, элемент ИЛИ 13, задатчик 14 напряжения, РегУлиРУемый Рези тор 15, элемент 16 задержки, ключ 17, ПИД-блок 18 регулирования, исполнительный орган 19, объект 20 регулирования, датчик 21, подключенный к входу измерительного прибора 1.

Трехпозиционный релейный элемент 11

30 состоит из триггеров 22 и 23, элементов И-НЕ 24 и 25, элементов И 26 и 27.

Блок 12 управления состоит из кнопок 28 и 29 управления, а ПИД-блок 18 З5 регулирования — из интегратора 30, выход которого через ключ 31 соединен с первым входом сумматора 32, с вторым и третьим входами которого соединены соответственно выходы усилителя 33 и дифференциатора 34.

Задатчик 14 напряжения представляет собой резисторный мост, одна диагональ которого подключена к источнику питания параллельно измерительному мосту 6, а вторая диагональ соединена с вторыми входами переключателей 7 и 8.

Программа регулирования задается путем нанесения темной полосы 3 на диаграммную ленту лентопротяжного механизма измерительного прибора 1. Ширина затемненной полосы определяется

-расстояниями между центрами светочув- 55 ствительных слоев фотоэлементов 4 и 5.

Устройство работает следующим образом.

Предварительно подготавливают программу, которую задают на диаграммной ленте. Диаграммная лента приводится в движение синхронным двигателем через редуктор, которые содержит измерительный прибор 1 (не показаны). Скорость движения диаграммной ленты при задании программы является координатой времени, а ее ширина — координатой величины регулируемого параметра.

При включении устройства для отработки заданной программы в зависимости от рассогласования между задаваемой и действительной величинами регулируемого параметра величина выходного сигнала измерительного моста зависит от разницы освещенностей /фотоэлементов 4 и 5, которые могут находиться над затемненной полосой 3, слева от нее или справа. При нахождении фотоэлементов над светлой частью диаграммной ленты выходной сигнал измерительного моста равен нулю, так как оба фотоэле! мента одинаково освещены. В этом случае сигнал максимальной величины с необходимой полярностью на входе ПИДблока 18 регулирования обеспечивается с помощью задатчика 14 напряжения, выходной сигнал которого коммутируется одним из переключателей 7 или 8 в зависимости от знака рассогласования между действительной величиной регулируемого параметра и его заданным значением и при срабатывании пороговых элементов 9 и 10.

Трехпозиционный релейный элемент 11 обеспечивает на одном из своих выходов сигнал при срабатывании соответствующего порогового элемента 9 или 10, которые выставлены на уровень несколько выше напряжения, снимаемого с фотоэлементов 4 и 5 при их полном освещении, т.е. пороговые элементы 9 и 10 срабатывают при выходе соответствующих фотоэлементов 4 и 5 на светлую часть диаграммной ленты. При отключенных пороговых элементах 9 и 10 на выходах трехпозиционного релейного элемента 11 сигнал отсутствует, а при их одновременном срабатывании, что возможно только в момент включения устройства в работу и при нахождении фотоэлементов 4 и 5 над светлой частью диаграммной ленты, состояние трехпозиционного релейного элемента 11 неопределенное, т.е. на любом из его выходов

1136121 может присутствовать сигнал; Для обес- } печейия автоматического выхода регулируемого параметра на заданное значение, Например, при нахождении фотоэлементов 4 и 5 слева от программной 5 полосы необходимо нажать кнопку 28

"Программа справа" блока 12 управлео ния. При этом триггер 23 устанавливается в нулевое положение, а триггер 22 — в единичное. Сигнал с выхода трехпозиционного релейного элемен" та 11 включает переключатель 8, который соединяет один из выходов задатчика 14 напряжения с входом ПИ/ - блока 18 регулирования, задавая тем са-. 15 мым входной сигнал на блок 18 такой величины и полярности, чтобы обеспечить его максимальный выходной сигнал. При нахождении фотоэлементов справа от программной полосы, например, если в момент включения устройства в работу температура в объекте 20 регулирования значительно выше программного значения, необходимо нажать кнопку 29 "Программа слева" °

При этом триггер 22 устанавливается в нулевое состояние, а триггер 23— в единичное. Сигнал с выхода трехпозиционного релейного элемента 11 включает переключатель 7,и аналогич- ЗО но описанному на ПИД-блок 18 регулирования подается максимальный входной сигнал такой полярности, который обеспечивает уменьшение выходного сигнала ПИД-блока 18 регулирования до нулевого значения.

В случае появления большого рас.согласования в устройстве для регулирования (объект выходит на режим, резкие изменения программа, значительные возмущения в объекте) срабатывает один as пороговых элементов 9 и 10 (при полном освещении соответствующего фотоэлемента), и сигнал с выхода трехпозиционного релейного элемента 11 через элемент ИПИ 13 с вре- 45 менной задержкой обеспечиваемой элементом 16 задержки, включает ключи 17 и 31. Последний отключает выход ин« тегратора 30 от входа сумматора 32, а ключ 17 подключает интегрирующий конденсатор интегратора 30 к регулируемому резистору 15. Выходной сигнал ПИД-блока 18 регулирования состоит из одной пропорциональной составляющей. В случае, если полярность 5 знака рассогласования имеет такое .значение, когда действительное значение температуры меньше заданной, то сигнал с входа-блока 18 максимальный тем самым обеспечивается подача максимальной мощности на объект регулирования. Происходит нагрев объекта регулирования полной мощностью, что вызывает увеличение температуры и соответственно перемещение узла регистрации измерительного прибора в сторону программной полосы. Частичное затемнение фотоэлемента 4 приво дит к отключению порогового элемента 9, который в свою очередь через трехпозиционный релейный элемент 11, элемент ИЛИ 13, элемент 16 задержки, снимает управляющий сигнал с ключей 17 и 31. Ключ 31 подключает выход интегратора 30 к входу сумматора 32, а ключ 17 отключает интегрирующий конденсатор интегратора 30 от регулируемого резистора 15. Таким образом, интегратор 30 включается в работу ПИДблока 18 регулирования с предварительно установленной посредством регулируемого резистора 15 величиной интегральной составляющей, которая меньше необходимой величины для установления и поддержания заданного значения ре-, гулируемого параметра. С этого момента выходной сигнал ПИД-блока 18 регу-. лирования состоит из сумьы трех составляющих . пропорциональной ошибки, дифференциальной и интегральной составляющих. Вся работа ПИД-блока 18 регулирования начинается вблизи заданной температуры, когда оба фотоэлемента 4 и 5 хотя бы частично затемнены и соответственно на выходах пороговых элементов 9 и 10 — сигнал логического нуля. Подвижный контакт регулируемого резистора 15 кинематически связан с узлом регистрации изf мерительного прибора 1. Это позволяет в зависимости от действительной величины регулируемого параметра и при больших рассогласованиях, когда срабатывает один из пороговых элементов 9 и 10, установить интегратор 30

1 в определенное исходное состояние.

При включении в работу и выходе на режим "Снизу" интегратор 30. выдает со своего выхода сигнал, уменьшающий выходной сигнал сумматора 32, тем самыми уменьшается мощность, подаваемая на объект регулирования, и тормозится скорость нарастания температуры при подходе к заданному ее значению. В связи с этим выход температуры на заданное значение происходит

1136121 без перерегулирования. В процессе дальнейшей работы ПИД-блок 18 регулирования работает как обычно, обеспечивая нужную точность регулирования до тех пор, пока в программе 5 нет резких изменений величины задаваемого параметра или нет больших воз;мущений в объекте регулирования. В случае появления большого возмущения в объекте регулирования или резкого изменения программы, йриводящего, например, к превышению действительной температурой заданного значения на такую величину, что фотоэлемент 5 полностью выходит на правую светлую часть диаграммы от задаваемой поло- . сы 3, срабатывает пороговый элемент 10, который вызывает срабатывание трехпозиционного релейного элемента 11. Сигналом с вьмода последне-20

ro включается переключатель 7, связывающий при срабатывании выход задатчика 14 напряжения с входом ПИДблока 18 регулирования, таким образом, исключается влияние фотоэлемен- 25 та 4 на входной сигнал ПИД-блока 18 регулирования, даже в случае полного выхода фотоэлемента 4 на светлую часть диаграммной ленты вправо от задаваемой полосы 3, что возможно 30 только при очень больших рассогласованиях между действительным и заданным значениями температуры. Одновременно трехпозиционный релейный элемент 11 через элемент ИЛИ 13 с вре- З менной задержкой, обеспечиваемой элементом 16 задержки, включает ключи 17 и 31. Интегратор 30 отключается своим выходом от. входа сумматора 32, а интегрирующий конденсатор 40 интегратора 30 подключается к входу регулируемого резистора 15. Так как на входе блока 18 имеется опять максимальный отрицательный уровень сигнала, это приводит к тому, что на объект регулирования прекращается подача мощности. Происходит пассивное остывание объекта регулирования до тех пор, пока фотоэлемент 5 частично не затемняется и при этом порогоГ

ый элемент 10 не отключается. Это .приводит к отключению переключателя 7 и ключей 17 и 31. С этого момента времени ПИД-блок 18 регулирования начинает работать аналогично описанному, а интегратор 30 включается в его работу. Так как интегратор 30 с поI мощью регулируемого резистора 15 установлен в состояние, соответствующее более высокой температуре, то его выходной сигнал и входной сиг- нал дифференциатора 34, подаваемые на сумматор 32, оказывают тормозящее действие на скорость снижения температуры в объекте 20 регулирования путем подачи некоторой мощности для подогрева,и тем саум устройство для регулирования асимптотически СверtT ху") выводит температуру на заданный уровень без перерегулирования °

Элемент 16 задержки, обеспечивая временную задержку на 0,5-2 с, исключает отрицательное влияние на работу устройства при значительных кратковременных колебаниях стрелки измерительного прибора 1, вызванных, например, кратковременными помехами по входу измерительного прибора 1.

Использование предлагаемого устройства для программного регулирования температуры электропечей позволяет повысить качество регулирования температуры путем исключения влияния изменения характеристик источника света программного задатчика, а также изменений температуры окружающего воздуха на выход измерительного моста и путем повыпения его чувствительности. Кроме того, изобретение значительно повышает качество переходного процесса при выходе объекта на режим, при больших возмущениях в объектах регулирования и при резких изменениях программы.

1136121

1136121

Составитель В. Шуминский

Техред М.Надь Корректор Л.Пилипенко

Редактор С.Саенко

Филиал ППП "Патент", r.Óæãîðoä, ул.Проектная, 4

Заказ 10285/35 . Тираж 863 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5