Устройство для программного регулирования температуры

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОГРАММНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ, содержащее последовательно соединенные пусковой элемент, генератор импульсов и программный делитель частоты , а также счетчик времени, входом подключенный к выходу генератора импульсов и блок уставок температуры , отли чающееся тем, что, с целью повышения точноети программного регулирования температуры , в него введены блок постоянной памяти температуры, блок постоянной памяти скорости, блок постоянной памяти времени, первый и второй элементы И, первьш и второй блоки совпадения кодов, коммутатор, первьй счетчик адреса, реверсивный счетчик и последовательно соединенные делитель частоты, второй счетчик адреса и блок постоянной памяти характеристики датчика температуры, выходы которого соединены с первыми входами блока уставок т.емпературы, вторые входы которого соединены с входами реверсивного счетчика и с первыми выходами программного делителя частоты , подключенного вторым выходом к входу делителя частоты, выходы реверсивного счетчика соединены с первыми входами первого блока совпадения кодов, вторые входы которого соединены с выходами блока постоянной памяти температуры, а выход с первым входом коммутатора, подключенного вьсходом к входу счетчика (Л адреса, второй вход коммутатора соединен с выходом второго блока совпадения кодов, первые входы которого подключены к выходам счетчика времени , вторые входы - к выходам блока постоянной памяти времени и к входам первого элемента И, выход которого соединен с выходом устройст:о ва, третий вход коммутатора соединен с вторым входом генератора имX ) пульсов и с выходом второго элемента И, входы которого подключены к первым выходам блока постоянной памяти скорости, вторые выходы которого соединены с вторыми входами программного делителя частоты.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (l9> SU (lll (51)д С 05 D 23/19

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 37 32316/24-24 (22) 23.04.84 (46) 07. 12.85. Бюл. N 45 (72) В. А. Кольцов, А.П.Дегтярев и А.А.Смирнов (53) 621.555.6 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

И 628473, кл. G 05 D 23/19, 1977.

2. Авторское свидетельство СССР

И 978101, кл. G 05 В 19/02, кл.

G 05 D 23/19, 1981. (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ IIPOl РАММНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ, содержащее последовательно соединенные пусковой элемент, генератор импульсов и программный делитель частбты, а также счетчик времени, входом подключенный к выходу генератора импульсов и блок уставок температуры, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности программного регулирования температуры, в него введены блок постоянной памяти температуры, блок постоянной памяти скорости, блок постоянной памяти времени, первый и второй элементы И, первый и второй блоки совпадения кодов, коммутатор, первый счетчик адреса, реверсивный счетчик и последовательно соединенные делитель частоты, второй счетчик адреса и блок постоянной памяти характеристики датчика температуры, выходы которого соединены с первыми входами блока уставок температуры, вторые входы которого соединены с входами реверсивного счетчика и с первыми выходами программного делителя частоты, подключенного вторым выходом к входу делителя частоты, выходы реверсивного счетчика соединены с первыми входами первого блока совпадения кодов, вторые входы которого соединены с выходами блока постоянной памяти температуры, а выход— с первым входом коммутатора, подключенного выходом к входу счетчика адреса, второй вход коммутатора соединен с выходом второго блока совпа дения кодов, первые входы которого подключены к выходам счетчика времени, вторые входы — к выходам блока постоянной памяти времени и к входам первого элемента И, выход которого соединен с выходом устройства, третий вход коммутатора соединен с вторым входом генератора импульсов и с выходом второго элемента И, входы которого подключены к первым выходам блока постоянной памяти скорости, вторые выходы которого соединены с вторыми входами программного делителя частоты.

1196826

ы= ж =к +

4 ч

Изобретение относится к области автоматизации технологических процессов, а именно к программному заданию и регулированию температуры, и может быть использовано, в частности в устройствах обжига, вжигания, спекания, для хроматографиМ и т.п.

Целью изобретения является повышение точности программного регулиЬ рования температуры..

На чертеже представлена блок-схе° ма предлагаемого устройства.

I.

Устройство состоит-нз пускового элемента 1, генератора 2 импульсов, программируемого делителя 3 частоты (ПДЧ), блока 4 постоянной памяти скорости, элемента И 5, реверсивного счетчика 6 импульсов, блока 7 постоянной памяти температурь1, блока 8 совпадения кодов, счетчика 9 времени, блока 10 постоянной памяти времени, блока 11 совпадения кодов, элемента И 12, коммутатора 13, пер вого счетчика 14 адресов, блока 15 аппроксимации характеристики датчика температуры, состоящего из делителя

16 частоты, второго счетчика 17 адресов, блока 18 постоянной памяти характеристики датчика температуры, блока 19 уставок температуры, состоящего из реверсивного счетчика 20 импульсов, цифроаналогового преобразователя 2 1, датчика 22 температуры, вычитающего элемента 23, исполнитель,ного элементa 24, нагревателя 25, В качестве блоков постоянной памяти скорости, времени, температуры могут быть применены постоянные запоминающие устройства типа КР556РТ4 или К573РФ14.

Распределение частот на выходах программируемого делителя в зависимости от выходного блока 4 происходит следующим образом.

Коэффициент деления равен: где f — постоянная частота генера— ген тора, Е„„„- выходная частота программируемого делителя частотьц

К, — код, подаваемый на установочные входы.

Устройство работает следующим образом.

При включении устройства пусковым элементом 1 генератора 2 начинает

t5

S0

55 вырабатывать импульсы, поступающие на счетный вход программируемого делителя 3 частоты и счетчика 9. Прог— раммируемый делитель 3 частоты осуществляет деление частоты генератора в зависимости от кода, поступающего на его установочные входы с постоянного запоминающего устройства

4 скорости.

Если К1ст= О, "N = 1 е ° яА = fãå„у что соответству ™ксимальной скорости заполнения (или уменьшения состояния) реверсивного счетчика 20 импульсов, т.е. максимальной скорости нарастания (убывания) стабилизации температуры в " объекте. Однако случай К = О сГ выбран критерием стабилизации температуры на определенном уровне, так как элемент И 5 дешифрирует.нулевой код блока 4 постоянной памяти скорости и закрывает прохождение импульсов с генератора 2 на блок 3, т.е. реальная максимальная частота на выходе делителя будет при.К,- = 1.

В этом случае N = 2 и f ахеи) .

Таким образом, f, ìîæåò изменяться в диапазоне " " — " —

2 2 у н ген. — В общем случае f

М 44 N геи

f — где п — разрядность ПДЧ (при условии, что ПДЧ работает в двоично-десятичном коде).

Реально ПДЧ может быть выполнен из трех (или более) последовательно соединенных микросхем типа К155ИЕ6, представляющих собой параллельные реверсивные счетчики с предварительной установкой кода, работающие в двоично-десятичном коде. Кроме параллельных выходов в коде 1-2-4-8, каждая микросхема имеет и два последовательных выхода > 9 и а О, которые используются при построении многоразрядных счетчиков. Одновременно с каждым десятым входным импульсом на выходе > 9 появляется отрицательный импульс, который может подаваться на вход +! следующей микросхемы многоразрядного счетчика.

При обратном счете входные импульсы подаются на вход — 1, а выходные снимаются с выхода 4 О.

В связи с этим на схеме изображены три выхода ПДЧ 3, верхний из которых (по схеме) соответствует вы1196826 ходу > 9 микросхемы типа К155ИЕ6, нижний — выходу О, а средний - логической комбинации выходов ) 9 и «О. При этом следует иметь ввиду, что при К „ = const все три частоты равны между собой, т.е.

) 9 = f < 0 = f()9 +<0) пдч

В блоке 4 постоянной памяти скорости записана информация в виде

1 цифровых кодов о скорости линейного изменения температуры для каждой из ступеней программы термооб- . работки. Если на какой-либо ступени программы необходима стабилизация температуры,то в блок постоянной памяти скорости по адресу данной ступени записывается нулевая информация.

Элемент И 5 дешифрирует эту информацию и выдает сигнал разрешения на переключение номера ступени Р, которое произойдет по окончании времени выдержки данной ступени. Этот же сигнал запрещает проход импульсов с генератора на программируемый делитель 3 частоты. В блоке 10 постоянной памяти времени записаны временные интервалы выдержки ступеней программы. Когда текущий код счетчика 9 времени сравняется с кодом, записанным в блоке 10 времени, блок 11 совпадения кодов вырабатывает сигнал В, поступающий на коммутатор 13 переключения номера ступени и свидетельствующий о том и что время выдержки данной ступени закончилось. Одна программа термообработки отделяется от другой тем, что по адресу, следующему за адресом последней ступени предыдущей программы, в блоке постоянной памяти времени записана нулевая информация.

Элемент И 12 дешифрирует эту информацию и вырабатывает сигнал "Конец процесса", который останавливает работу устройства.

С выхода программируемого делителя 3 частоты импульсы поступают на суммирующие или вычитающие входы реверсивных счетчиков 6 и 20 импульсов, в зависимости от заданной программы (нагревание или охлаждение).

В блоке 7 постоянной памяти температуры записаны температуры точек перегиба ступеней программ термообработки. При совпадении кодов реверсивного счетчика 6 импульсов и блока 7 температуры блок 8 совпадения кодов вырабатывает сигнал Т, поступающий на вход. коммутатора 13.

Коммутатор 13 реализует функцию

С=ТЧ(ВАР), где С вЂ” выходной сигнал.

Таким образом, переключение на следующую ступень программы может произойти либо по температуре перехода, либо по окончании времени выдержки предыдущей ступени.

Если на предыдущей ступени была задана какая-либо отличная от нуля скорость изменения температуры, то переключение на следующую ступень произойдет при совпадении кодов реверсивного счетчика 6 и блока 7

I постоянной памяти температуры, если

20 же на предыдущей ступени была задана стабилизация температуры, то переключение на следующую ступень пр ои з ойдет п ри с ов паде нии к одов счетчика 9 времени и блоке 10 пос25 тоянной памяти времени, т.е. после окончания времени выдержки данной ступени. Выходной сигнал С коммутатора 13 поступает на счетчик 14 адресов и увеличивает его состояЗО ние на единицу. При этом из блока

4 постоянной памяти скорости, блоков

l0 и 7 времени и температуры выбирается новая информация о скорости изменения температуры, времени вы35 держки и температуре перехода следующей ступени. Первоначальная адресация, т.е. выбор номера начальной ступени какой-либо программы, осуществляется путем записи в счетчик

4б 14 адресов исходного числа, соответствующего номеру начальной ступени программы, а затем с помощью коммутатора 13 каждый раз при переходе на новую ступень программы это чис45 ло увеличивается на единицу.

В режиме отработки заданной программы, начиная с какого-либо начального адреса, время выбора новой информации из блока постоянной

50 памяти скорости, времени и темпера. туры определяет счетчик 14 адресов, управляемый коммутатором 13. Началь- ный адрес, т.е. фактически номер одной из записанных s блоке постоян55 ной памяти программ термообработки, задается путем записи (с кодовых переключателей, тумблеров и т.п. на схеме не указаны) в счетчик 14

1196826

S5.адресов исходного числа, равного начальному адресу. Счетчик 14 адресов представляет собой счетчик с предварительной установкой кода (аналогично программируемому делителю частоты).

Отличие заключается в том, что счетчик 14 всегда увеличивает свое состояние, начиная с предварительно записанного числа до переполнения (но никогда не переполняется).

При этом каждый импульс, пришедший на вход счетчика, соответствует переходу с предыдущей ступени термообработки на последующую.

Работу устройства всегда можно остановить, например, снять питание с генератора 2. Затем ввести новый исходный адрес в счетчик 14 и запустить пусковым устройством 1.

Таким образом, программу термообработки можно составить из любых ступеней всех программ, записанных в эти блоки, т.е. синтезировать новые программы. Это положительное качество черезвычайно полезно для исследовательских целей, для отработки новых технологических процессов. Так продолжается да тех пор, пока не появится сигнал "Конец процесса", свидетельствующий об окончании выполнения данной программы термообработки.

Максимальное количество ступеней термообработки равно

И =2 где и — разрядность счетчика 14 адресов и соответственно адресного поля постоянных запоминающих устройств скорости, времени и температуры.

Если каждая программа содержит

М ступеней, то количество программ, записанных в блоки постоянной памяти скорости, времени и температуры будет равно

2ï

М

Выходная частота программируемого делителя частоты подается на вход блока 15 аппроксимации характеристики датчика температуры, а именно, на делитель 16 частоты. Делитель 16 частоты производит разбиение всего рабочего диапазона температур, в котором работает устройство, на интер!

О

50 валы аппроксимации характеристики датчика температуры.

Делитель 16 имеет постоянный коэффициент деления для определенного датчика температуры. Он выбирается исходя из максимального объема памяти блока постоянной памяти характеристики датчика температуры и максимальной рабочей температуры.

Так, например, если максимальная рабочая температура. датчика равна

2000 С, объем блока l8 составляет

1000 слов (адресов), реверсивный счетчик 20 импульсов имеет 1000 состояний, то коэффициент деления делителя 16 должен быть равен частно му от деления максимальной рабочей температуры датчика на максимальное количество слов блска 18, т.е. pa— вен 2. При этом следует иметь ввиду, что каждый импульс, прошедший с выхода программируемого делителя 3 частоты на вход реверсивного счетчи-ка 20 импульсов, будет соответствовать изменению температуры в объеко те на 2 С. Если максимальная рабочая температура датчика равна максимальному количеству слов блока 18, то коэффициент деления равен 1 и делитель 16 можно исключить.

В реальном устройстве делитель

16, в частности, может представлять собой микросхему К 155ИЕ2, коэффициент деления которой от 1 до 10 можно изменять при смене дат— чиков температуры посредством перемычек, соединяющих определенным образом входы и выходы микросхем между собой. Выходные импульсы делителя поступают на счетчик 17 адресов, который управляет работой блока 18 постоянной памяти. В блоке 18 записаны значения температур начала каждого из интервалов разбиения статической характеристики датчика температуры.

Таким образом, по адресам начала каждого из интервалов разбиения из блока 18 выбирается цифровой код, соответствукиций определенной точке на статической характеристике датчика температуры. Этот код поступает в блок 19 уставок температур, а именно, по установочным входам переписывается в реверсивный счетчик 20 импульсов. Внутри каждого интервала аппроксимации происходит заполнение реверсивного счетчика 20 импульсов

1196826

Составитель И.Швец

Техред О.Ващишина

Редактор Н.Егорова

Корректор А.Тяско

Заказ 7562/45 Тираж 862 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 импульсами, подаваемыми на его суммирующий или вычитающий входы с программируемого делителя 3 частоты со скоростью (частотой), равной скорости линейного изменения температуры на данной ступени программы. Поскольку в любом относительно малом интервале разбиения по сравнению с рабочим диапазоном температур характеристика датчика температуры обладает незначительной нелинейностью, то внутри интервалов характеристика аппроксимируется, в первом приближении, отрезками прямых линий.

В целом же видоизменяется задание самой программы, т.е. прямолиней- . ные участки программы становятся криволинейными, так как в каждом интервале аппроксимации вносится поправка на нелинейность статической характеристики используемого

5 преобразователя.

В цифроаналоговом преобразователе 21 цифровой код реверсивного счетчика 20 импульсог преобразуется

10 в аналоговый сигнал, который сравнивается в вычитающем элементе 25 с сигналом датчика ?2 температуры.

Разностный сигнал поступает на исполнительный элемент 24, соединен15 ный с нагревателем 25, при этом отрабатывается текущее значение температуры.