Адаптивная система управления процессом стерилизации

 

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано в системах управления технологическими процессами с переменными параметрами , например в системах управления процессами стерилизации пищевых продуктов . Нелыо изобретения является обеспечение высокого качества функционирования системы уп)авления при изменении в широких диапазонах параметров управляющих сигналов. Система содержит автоклав 1, подключенные к нему датчики температуры 2 и давления 3, сумматоры 4 и 5, регуляторы 6 и 7, ШИМ-модуляторы 8 и 9, . реле; 10-12, клапаны охлаждения автоклава 13, подачи пара 14 и сброса давления автоклава 15, задатчик 16, последовательно соединенные адаптивный задатчик 17 и блок оптимизации 18. 1 3,П. ф-лы, 4 ил, КолоЗная вода i 00 оэ ГС ГчЭ О)

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (511 4 G 05 В 13/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

У

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3982375/24-24 (22) 06 ° 12.85 (46) 23.08,87, Вюл, № 31 (71) Институт проблем управления(автоматики и телемеханики) и Калининградская база тралового флота (72) А, М, Шубладзе, А, П. Ситников, Е. П. Полтолярный, А. Е. Торопов, А, Г, Уланов и В, И. Попок .(53) 62-50(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 11492!3, .кл, g 05 В 13/02, 1985 ° (54) АДАПТИВНАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ

ПРОЦЕССОМ СТЕРИЛИЗАЦИИ (57) Изобретение относится к автоматике и может быть использовано в системах управления технологически„„SU„, 1332261 А1 ми процессами с переменными параметрами, например в системах управления процессами стерилизации пищевых продуктов. Целью изобретения является обеспечение высокого качества функционирования системы управления при изменении в широких диапазонах параметров управляющих сигналов, Система содержит автоклав 1, подключенные к нему датчики температуры 2 и давления 3, сумматоры 4 и 5, регуляторы 6 и 7, ШК1-модуляторы 8 и 9, .реле, 10-12, клапаны охлаждения автоклава 13, подачи пара 14 и сброса давления автоклава 15, задатчик

16, последовательно соединенные адаптивный задатчик 17 и блок оптимизации 18 ° 1 з,п ° ф — лы, 4 ил.

133226) Изобретение относится к автоматике и может быть использовано в системах управления технологическими процессами с переменными параметрами например в системах управления процессами стерилизации пищевых продуктов, Целью изобретения является обеспе чение высокого качества функционирования системы управления при изменении в широких диапазонах параметров управляющих сигналов, На фиг. 1 представлена функциональная схема системы;,на фиг, 2 и

3 — возможные варианты реализации адаптивного задатчика и блока оптимизации соответственно; на фиг. 4 зависимость выходного сигнала задатчика от времени и сигнала с датчика температуры автоклава, Система содержит автоклав 1, подключенные к нему датчик 2 температуры и. датчик 3 давления, сумматоры 4 и 5, регуляторы 6 и 7, ШИМ-модуляторы 8 и 9, реле 10 — 12, клапан 13 охлаждения автоклава, клапан 14 пода чи пара, клапан 15 сброса давления автоклава, эадатчик 16, последовательно соединенные адаптивный эадатчик 17 и блок 18 оптимизации. Последовательно соединены эадатчик 16, сумматор 5, к второму входу которого подключен выход датчика 3 давления, регулятор 7, ШИМ-модулятор 9, реле

12 и клапан 15 сброса давления автоклава, другой вход которого соединен с автоклавом 1. Последовательно соединены также датчик 2 температуры, адаптивный задатчик 17, блок 18 оптимизации, ШИМ-модулятор 8, реле 10, клапан 14 подачи пара и автоклав 1, К входам сумматора 4, выход которого — второй вход регулятора 6, подключены выходы адаптивного задатчика 17 и датчика 2 температуры. Последовательно соединены ШИМ-модулятор 8, реле 11, клапан 13 охлажде- . ния и автоклав 1, Адаптивный задатчик 17 содержит (фиг, 2) кнопку 19 пуска, переключатель 20, логические элементы ИЛИ

21 и 22, задатчики 23-27, прерыватели 28-35, интеграторы 36 и 37, сумматоры 38-42, компараторы 43 — 45, блоки 46 и 47 установки начальных условий, инверторы 48 и 49. Выход кнопки 19 пуска соединен с входом элемента ИЛИ 21, выход которого чеУ 5

55. рез прерыватель 28 подключен к другому входу элемента ИЛИ 21. Последовательно соединены задатчик 23, прерыватель 30, прерыватель 31, интегратор 36 и сумматор 40. Блок 46 установки начальных условий через прерыватель 29 подключен к второму входу интегратора 36, Выход элемента ИЛИ 21 соединен с вторым входом прерывателя

30, Выход задатчика 24 соединен с соответствующими входами переключателя 20 непосредственно и через последовательно соединенные сумматор 39, компаратор 44, Инвертор 48 и элемент

ИЛИ 22, выход которого соединен с вторым своим входом, Второй вход сумматора 39 является входом адаптивного задатчика 17. Выход интегратора

36 через переключатель 20 подключен к первому входу сумматора 41, Второй вход сумматора 40 соединен с выходом задатчика 24, Последовательно соединены задатчик 25, прерыватель 34, прерыватель 32, интегратор 37, сумматор 42, компаратор 45, прерыватель

35, сумматор 38 и компаратор 43. Выходы эадатчиков 26 и 27 подключены соответственно к вторым входам сумматоров 42 и 38 ° Выход элемента

ИЛИ 22 соединен с вторым входом прерывателя 34 ° Выход компаратора 43 соединен с другим входом прерывателя 32, кнопка 19 пуска — с входами прерывателей 29 и. 33. Выход компаратора 45 через инвертор 49 подключен к другому входу прерывателя 28, Вторые входы прерывателей 35 и 33 соединены соответственно с выходами сумматора 42 и блоха 47 установки начальных условий, а выходы указанных прерывателей — соответственно с входами сумматора 41 и интегратора 37.

Выходы блоков 40,41,22 и 45 являются соответствующими выходами адаптивного эадатчика 17 °

Блок 18 оптимизации содержит (фиг, 3) зацатчики 50 и 51, переключатели 52 и 53, сумматор 54 и усилитель 55. Выход сумматора 40 блока 17 через усилитель 55 подключен к входу сумматора 54, Выход задатчика 50 соединен с входами переключателя 52 непосредственно и через сумматор 54.

К третьему входу переключателя 52 подсоединен выход элемента ИЛИ 22 блока 17. В свою очередь выходы переключателя 52 и задатчика 51 соединены с входами переключателя 53, тре1332?6)

4 тий вход которого подключен к выходу компаратора 45, входящего в состав адаптивного задатчика 17.

Регулятор 6 представляет собой

П-регулятор с перестраиваемым весовым коэффициентом. Его возможная реализация — последовательно соединенные усилитель и множитель, второй вход которого соединен с выходом блока 18 оптимизации, Система работает следующим образом.

Для управления автоклавом создано два контура управления, Контур регулирования по давлению состоит из автоклава 1, датчика 3 давления, сумматора 5, задатчика 16, регулятора 7, ШИН вЂ модулято 9, реле 12 и клапана 15 по сбросу давления. По сигналу ошибки рассогласования, полу чаемой на выходе сумматора 5 как разность сигналов с датчика 3 давления, автоклава 1 и задатчика 16, на выходе регулятора 7 реализуется непрерывный П-закон регулирования, который становится дискретным с помощью ШИМ-модулятора 9 и реле 12.

Сигнал с реле 12 является управляющим для клапана 15 по сбросу давления автоклава (он позволяет спустить часть воды из автоклава в емкость).

Контур регулирования по температуре состоит из блоков 1,2,4,6,8 — 11,13, 17 и 18, По сигналу ошибки рассогласования, получаемой на выходе сумматора 4 как разность сигналов с датчика 2 температуры и адаптивного задатчика 17 (сигнал с сумматора 41) регулятором 6 формируется сигнал, соответствующий П-закону регулирования ° Зависимость выходного сигнала адаптивного задатчика 17 от времени и сигнала с датчика 2 температуры имеет вид, изображенный на фиг, 4 °

Задатчик 17 работает следующим об разом, В момент включения кнопки 19 пуска устанавливаются начальные значения на интеграторах 36 н 37, на выходах элемента ИЛИ 21, компараторов

44 и 43 — "1", на выходах компаратора 45 и элемента ИЛИ 22 — "0". Сигнал с задатчика 23 по цепи (30, 31) поступает на вход интегратора 36. На фиг. 2 размыканию соответствует

"0", за исключением работы прерывателя 31. Цепь задатчик 23 — интегратор 36 размыкается до конца процесса прерывателем 31 с момента когда температура в автоклаве впервые достигает значения температуры стерилизации Т, задаваемой сигналом с задатчика 24. После раэмыкания на выходе сумматора 40 получается сигнал, по величине (A) равный разности сигналов с интегратора 26 и задатчика 24, Выходной сигнал с переключателя 20 — сигнал с интегратора 36, если элемент ИЛИ 22 выдает сигнал 1, и сигнал с задатчика

24 — в противном случае, Цепь задатчик 25 — интегратор 37 замкнута с момента времени t и сигнал с задатчика 25 тогда поступает на вход интегратора 37. Сигнал рассогласования между сигналами с интегратора 37 и задатчика 26 формируется сумматором 42. В момент t, момент равенства сигнала рассогласования нулю, сигнал компаратора 45 с логического "0" меняется на "1".

Время t =t — t, — время поддержания температуры, настраивается с помощью задатчиков 25 и 26 ° В зависимости от знака сумматора 42 компаратор 45 вырабатывает сигнал на замыкание

25 ("1") или размыкание ("0 ) цепи сум30 сигнал является задающим сигналом в контуре управления по температуре °

На основе сигнала рассогласова= ния, получаемого сумматором 38 при размыкании цепи сумматор 42 — сумматор 38 как разность сигналов с задатчика 27 и сумматора 42, с помощью компаратора 43 определяется знак этого сигнала и момент t его из3 менения, Выбором значений сигналов с задатчиков 25,26 и 27 можно добиться любой требуемой по технологии характеристики (фиг. 4) задающего воздействия на температуру, В момент t> сигнал с компаратора 43 размыкает с помощью прерывателя 32 цепь задатчик 25 — интегратор 37, и процесс стерилизации заканчивается.

Сигнал с сумматора 40 блока 17 поступает на вход сумматора 4, а сигнал с сумматора 40 — на вход усилителя 55 блока 18 оптимизации, выходной сигнал которого матор 42 — сумматор 41 (сумматор 38) . На выходе сумматора 41 формируется сигнал рассогласования между сигналами с переключателя 20 и прерывателя 35. Этот

1332261

1, если Z < 0

4 ь

О, если Z ) 0

sp (2) (l, если Е ) 0 0, если Z « О, (3) Формула и з обретения

1, Адаптивная система управления процессом стерилизации, содержащая автоклав, подключенный к автоклаву датчик давления, последовательно соединенные первый сумматор„ первый

50 вход которого подключен к датчику давления, первый регулятор, первый

ШИМ-модулятор и первое реле, подключенное к клапану сброса давления автоклава, эадатчик, который подключен к второму входу первого сумматора„ подключенный к автоклаву датчик температуры, последовательно соедиК при t

K(t) = К +А при t, < t «с е (1)

К при

K „р,К величины сигналов с за датчиков 50 и 5i; коэффициент усиления усилителя 55.

Сигнал с переключателя 52 — это или сигнал K ñ эадатчика 50, если сигнал с элемента ИЛИ 22 "0", или с сумматора 54 — в противном случае.

На вход сумматора 5ч поступают сигналы с задатчика 50 и усилителя 55. Сигнал с переключателя 53 — это или сигнал с переключателя 52, если сигнал с компаратора 5 "0", и сигнал К с задатчика 5I — в противном случае ("1"). Сигнал K(t) с блока 18 оптимизации и является весовым коэффициентом П-закона управления, реализуемого регулятором 6 ° Сигнал с регулятора 6 поступает, на вход ШИМ-модулятора 8, который формирует сигнал

Z, поступающий на входы реле 10 и 11, Выходные сигналы U„ U с реле

10 и 11 имеют вид

Эти сигналы являются соответственно управляющими для клапана 1ч подачи пара в автоклав (он открывается в силу логики (2) на промежутке возрастания характеристики задающего воздействия) и клапана l3 охлаждения автоклава (открыт при убывании характеристики задающего воздействия).

25 ненные второй сумматор„ первый вход которого подключен к датчику температуры, второй регулятор и второй

ШИМ-модулятор, выход. которого через соответственно второе и третье ре-ле подключен к клапану подачи пара и клапану охлаждения автоклава, о т— л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью обеспечения высокого качества функционирования системы управления при измерении в широких диапазонах параметров управляющих сигналов, она снабжена адаптивным задатчиком и блоком оптимизации, причем первый выход адаптивного задатчика соединен с вторым входом второго сумматора, а второй, третий и четвертый выходы адаптивного задатчика — с первым, вторым и третьим входами первого блока оптимизации, выход блока оптимизации подключен к второму входу второго регулятора, а в ыход датчика температуры подключен к входу адаптивного задатчика.

2, Системапоп, 1, отлич а— ю щ а я с я тем, что адаптивный задатчик содержит кнопку пуска, переключатель, первый и второй логические элементы ИЛИ, второй, третий, четвертый, пятый и шестой задатчики, первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой, седьмой и восьмой прерыватели, первый и второй интеграторы, третий, четвертый, пятый, шестой и седьмой сумматоры, первый, второй и третий компараторы, первый . и второй блоки установки начальных условий, первый и второй инверторы, причем выход кнопки пуска соединен с первым входом первого логического элемента ИЛИ, выход которого через первый прерыватель подключен к другому своему входу, последовательно соединенные второй задатчик, третий прерыватель, к другому входу которого подключен выход перцого логического элемента ИЛИ„ четвертый прерыватель, первый интегратор, к второму входу которого через второй прерыватель подсоединен выход первого блока установки начальных условий, и пятый сумматор, последовательно соединенные четвертый задатчик, седьмой прерыватель, пятый прерыватель, второй интегратор, седьмой сумматор, 7 1 третий компаратор, восьмой прерыватель, третий сумматор и первый компаратор, последовательно соединенные третий задатчик, четвертый сумматор, второй вход которого является входом адаптивного задатчика, второй компаратор, первый инвертор и второй логический элемент ИЛИ, выход которого соединен с своим вторым входом, и переключатель, причем выход третье го задатчика соединен с вторым входом переключателя, выход первого интегратора через переключатель подключен к первому входу шестого сумматора, выход третьего задатчика сое динен с вторым входом пятого сумматора,.выходы пятого и шестого эадатчиков подключены соответственно к вторым входам седьмого и третьего сумматоров, выход второго логическоI O eMeHT 1U1H oe HHeH BTOpbIM

332261 входом седьмого прерывателя, выход первого компаратора соединен с вторым входом пятого прерывателя, а

5 выход кнопки пуска подключен к вторым входам второго и шестого прерывателей, выход третьего компаратора через второй инвертор подключен к второму входу первого прерывателя, вторые входы восьмого и шестого прерывателей соединены соответственно с выходами седьмого сумматора и второго блока установки начальных условий, а выходы восьмого и шестого прерывателей — соответственно с вторыми входами шестого сумматора и второго интегратора, причем выходы пятого и шестого сумматоров, второго логического элемента ИЛИ и третьего компаратора являются соответствующими в ыходами адаптивного задатчика.

1332261

Составитель А, Лащев

Редактор И, Николайчук Техред И.Попович

Корректор Л, Бескид

Заказ 3830/42 Тираж 863

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул, Проектная, 4