Пекарный шкаф с программным регулированием температуры

 

Использование: в оборудовании для хлебопечения. Сущность изобретения: шкаф содержит каркас, установленные в нем теплоизолированные рабочие камеры с электронагревателями и датчиками температуры (Т) и блок (Б) управления нагревом в составе Б ввода данных, аналого-цифровых преобразователей (АЦП) и Б программного регулирования Т, Б индикации и Б усилителей мощности. Закон нагрева и конечная Т задаются Б ввода данных по параметрам кусочно-линейной апроксимации (А) кривой скорости нагрева. Переход на следующий шаг А инициируется элементом сравнения Б программного регулирования Т после сравнения кодов Т и времени, заданных Б ввода данных и поступающих с датчика Т через АЦП. Использование изобретения позволяет улучшить динамические характеристики процесса нагрева и расширить область применения устройства. 1 з. п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к оборудованию для хлебопечения и может быть использовано на предприятиях пищевой промышленности и общественного питания.

Уровень техники в указанной области характеризуется следующими техническими решениями.

Известен жарочный шкаф ПЖЭ-0,51 [1] состоящий из трех отсеков, каждый из которых содержит трубчатые электронагреватели, датчик-реле температуры и сигнальную лампу включенного состояния нагревателей. Недостатком данного устройства является отсутствие регулирования мощности электронагревателей, что не позволяет устанавливать в рабочих камерах температурные режимы, соответствующие различным хлебобулочным и кондитерским изделиям, что снижает функциональные возможности устройства.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является шкаф [2] электропекарни ЭШ-3М, состоящий из трех камер, работающих независимо одна от другой. В нижней и верхней частях каждой камеры установлены электронагревательные элементы, соединенные в две независимые группы. Мощность каждой группы электронагревателей ступенчато регулируется с помощью пакетного переключателя в соотношении 4:2:1. Недостатком этого устройства является малое количество ступеней регулирования, что ограничивает ассортимент выпекаемой продукции, а также отсутствие индикации температурных режимов в рабочих камер.

Шкаф пекарный с программным регулированием температуры содержит каркас, жестко установленные в нем теплоизолированные рабочие камеры, каждая из которых снабжена группой электронагревателей и датчиком температуры, и устройство управления нагревом рабочих камер. Последнее содержит блок ввода данных, аналого-цифровые преобразователи (АЦП), блоки программного регулирования температуры, количество которых соответствует количеству рабочих камер, и блоки индикации и усилителей мощности. Выводы датчиков температуры соединены с входами соответствующих АЦП, выходы последних соединены с первыми группами входов соответствующих блоков программного регулирования температуры, вторые и третьи группы входов блоков программного регулирования температуры подключены к выходам данных блока ввода данных, четвертые входы блоков программного регулирования температуры соединены с выходом "Пуск" блока ввода данных, а пятые входы с входом "Сброс" устройства управления нагревом, первая группа входов блока индикации с выходами данных блока ввода данных, выходы блоков программного регулирования температуры связаны с входами блока усилителей мощности, выходы которого подключены к электронагревателям рабочих камер.

Каждый из блоков программного регулирования температуры содержит двоичный счетчик, элемент памяти, два элемента сравнения, элементы И и ИЛИ, программируемый таймер и R-S-триггер. Входы данных двоичного счетчика являются входами данных блока программного регулирования температуры, вход записи данных двоичного счетчика и первый вход элемента ИЛИ являются входом "Пуск" блока программного регулирования температуры, вход сброса двоичного счетчика и вход установки в единицу RS-триггера являются входом "Сброс" блока программного регулирования температуры, счетный вход двоичного счетчика и второй вход элемента ИЛИ соединены с выходом элемента И, выходы двоичного счетчика соединены с адресными входами элемента памяти и первой группой входов программируемого таймера. Второй вход программируемого таймера соединен с выходом элемента ИЛИ, а выход с первым входом элемента И, выходы элемента памяти соединены с первой группой входов первого элемента сравнения, вторая группа входов которого является входами блока программного регулирования температуры и соединена с выходом соответствующего АЦП. Первый вход первого элемента сравнения соединен с вторым входом элемента И, а второй выход является выходом блока программного регулирования температуры, входы второго элемента сравнения являются входами блока программного регулирования температуры, выход второго элемента сравнения соединен с входом установки на нуль RS-триггера, выходом соединенного с третьим входом элемента И. Программируемый таймер содержит генератор меток времени, RS-триггер, двоичный счетчик, блок сравнения и блок памяти. Выход генератора меток времени соединен с входом записи двоичного счетчика, выходы последнего связаны с первой группой входов блока сравнения, вход установки в нуль RS-триггера является входом программируемого таймера, вход установки в единицу соединен с выходом блока сравнения, первый выход RS-триггера является выходом программируемого таймера, а второй выход подключен к входу сброса двоичного счетчика. Адресные входы блока памяти являются входами программируемого таймера, а выходы соединены с второй группой входов блока сравнения.

На фиг. 1 представлена функциональная схема пекарного шкафа с программным регулированием температуры; на фиг. 2 функциональная схема блока программного регулирования температуры; на фиг. 3 функциональная схема программируемого таймера.

Шкаф пекарный с программным регулированием температуры содержит каркас 1, рабочие камеры 2, блок 3 управления нагревом рабочих камер, в верхней и нижней частях рабочих камер 2 размещены электронагреватели 4, каждая камера снабжена датчиком 5 температуры. Блок 3 управления нагревом содержит блок 6 ввода данных, АЦП 7i и блоки 8i программного регулирования температуры соответственно количеству рабочих камер, блок 9 индикации, блок 10 усилителей мощности и вход 11 "Сброс". Каждый из блоков 8 программного регулирования температуры рабочих камер содержит двоичный счетчик 12, элемент 13 памяти, первый элемент 14 сравнения, элемент ИЛИ 15, программируемый таймер 16, элемент И 17, второй элемент 18 сравнения и RS-триггер 19. Программиpуемый таймер 16 содержит генератор 20 меток времени, RS-триггер 21, двоичный счетчик 22, блок 23 сравнения и блок 24 памяти.

Выходы датчиков 5i температуры соединены с входами АЦП 7i, реализованными, например, на базе микросхем К 1108 ПВI с внутренним тактированием. Выходы АЦП 7i соединены с входами В₁, В₂,В_n, B₁,B₂,B_m и В₁, В₂,В_k блоков 8i программного регулирования температуры и первой группой входов блока 9 индикации, реализованного, например, на базе матричного газоразрядного индикатора типа ИМГ-1-03. Выходы D₁, D₂,D_n; A₂,A_n; D₁,D₂,D_m; А₁,А₂,А_m; D₁, D₂, D_k; А₁,А₂,А_к и "Пуск" блока G ввода данных, реализованного, например, в виде наборного поля из программных переключателей типа ПП10-ХПВ, соединены с соответствущими входами блоков 8i программного регулирования температуры и блока 9 индикации. Вход 11 блока 3 управления нагревом соединен со входами сброса блоков 8i. Выходы блоков 8i соединены с входами блока 10 усилителей мощности, реализованных на базе тиристорных преобразователей. Выходы блока 10 подключены к электронагревателям 4i рабочих камер 2. Входы D₁,D₂,D_n двоичного счетчика 12 являются входами данных блока 8.1 программного регулирования температуры, вход С является входом "Пуск" блока 8.1 и соединен с первым входом элемента ИЛИ 15, второй вход которого соединен с входом "+1" счетчика 12 и выходом элемента И 17. Вход R счетчика 12 является входом сброса блока 8.1 и соединен с входом S триггера 19. Выходы 2^о.2¹,2ⁿ счетчика 12 соединены с входами А₁,А₂,А_n элемента 13 памяти и входами программируемого таймера 16. В качестве элемента 13 может быть использовано статическое ПЗУ, например, типа К 505 РЕ 3, не требующее для работы синхронизирующих импульсов. Выход элемента ИЛИ 15 соединен с вторым входом таймера 16. Выходы Q₁, Q₂,Q_n элемента 13 соединены с входами А₁, А₂,А_n первого элемента 14 сравнения, входы В₁, В₂,В_n которого являются входами блока 8.1. Выход A<B элемента 14 соединен с первым входом элемента И 17, второй вход которого соединен с выходом таймера 16, третий вход с выходом RS-триггера 19. Выход А>В элемента 14 является выходом блока 8.1, а входы А₁, А₂,А_n; B₁, B₂,B_n элемента 18 его входами. Выход А=В элемента 18 соединен с входом RS-триггера 19. Выход генератора 20 соединен с входом С двоичного счетчика 22 таймера 16, вход RS-триггера 21 является входом таймера 16, вход S соединен с выходом А=В элемента 23 сравнения, первый выход является выходом таймера, а второй выход соединен с входом R счетчика 22. Выходы 2^о.2¹,2ⁿ счетчика 22 соединены с входами А₁, А₂,А_n блока 23, входами В₁,В₂,В_n соединенного с выходами Q₁, Q₂,Q_n блока 24 памяти, реализованного аналогично элементу 13. Входы А₁, А₂,А_n блока 24 являются входами таймера 16.

Шкаф пекарный с программным регулированием температуры работает следующим образом.

Закон нагревания и конечная температура нагрева рабочих камер (в зависимости от вида выпекаемого изделия) задаются в блоке 6 ввода данных и отображаются на блоке 9 индикации. Задание закона нагрева основано на кусочно-линейной апроксимации кривой нагрева. Период апроксимации (квантования), температура и время различных скоростей нагрева программируются в элементе 13 и блоке 24 памяти и определяются тепловыми характеристиками выпекаемых изделий и мощностью электронагревателей 4. После подачи сигнала "Пуск" на вход блоков 8 в счетчик 12 заносится начальный адрес первого шага (периода) апроксимации кривой скорости нагрева. Переход на следующий шаг апроксимации инициируется элементом 14 сравнения, на входы А₁, А₂,А_n которого подаются коды задаваемых температур каждого шага, а на входы В₁, В₂,В_n коды температуры с датчиков 5i температуры рабочих камер, преобразованные в цифровую форму в АЦП 7i. Если задаваемый код больше принимаемого с датчиков 5i, т.е. А_iB_i, то на усилитель 10 подается сигнал для включения электронагревателей 4i на полное напряжение. Как только A_i будет меньше В_i, нагрев отключается, сигнал на выходе А>B исчезает и появляется сигнал на выходе А, который поступает на вход элемента И 17. При равенстве сигналов А_i=B_i на входе элемента 14 работа устройства определяется его предшествующим состоянием, при этом возможны два варианта. В первом случае, если равенству А_i=B_i предшествовала ситуация, когда было справедливо неравенство A_iB_i, т.е. происходил нагрев рабочей камеры, то после наступления равенства А_i=B_i электронагреватель 4i отключается, однако вследствие инерционности тепловых процессов некоторое время температура в рабочей камере будет расти и на выходе A<B элемента 14 появится сигнал, который поступит на вход элемента И 17. Если к этому моменту времени интервал времени, запрограммированный в блоке 24 истек, то на втором входе элемента И 17 присутствует сигнал, поступающий с таймера 16. На выходе элемента И 17 появляется сигнал, который поступает на вход "+1" счетчика 12 и изменяет адрес на его выходе на единицу. Новый адрес со счетчика 12 поступает на входы элемента памяти 13 и блока памяти 24, на выходах которых устанавливается код температуры рабочей камеры в конце очередного шага и код временного интервала этого шага соответственно. В зависимости от значения нового кода температуры на входах А_i элемента 14 нагреватель 4i включается или остается отключенным. Если к моменту появления на выходе элемента 14 сигнала А сигнал на выходе таймера 16 отсутствует, то элемент И 17 остается закрытым и устройство автоматически переходит в режим поддержания температуры до истечения заданного в таймере 16 интервала времени. Во втором случае, если при равенстве А_i=B_i на входе элемента 14 предшествовало состояние A_i, т.е. рабочая камера остывала, электронагреватель 4i был отключен и будет находиться в этом состоянии до появления сигнала A>B. При равенстве кодов конечной (максимальной) температуры нагрева рабочей камеры, заданной в блоке 6 ввода данных и поступающих на блок 18 сравнения, и кода текущего значения температуры, поступающего от АЦП 7i, на выходе А=В элемента 18 появляется сигнал, который опрокидывает триггер 19. Сигнал с выхода триггера 19 запирает элемент И 17 и блокирует прохождение сигналов на вход "+1" счетчика 12. Устройство переходит в режим поддержания температуры. Элемент И 17 предназначен для пропускания сигнала на начало обработки следующего шага по истечении времени предыдущего шага и перевода устройства в режим поддержания температуры рабочих камер. Время каждого шага апроксимации задается в таймере 16, который запускается одновременно с началом обработки каждого шага. Адрес кода времени каждого шага соответствует адресу кода задаваемой температуры для каждого шага. Время периодов (шагов) апроксимации кривой нагрева заносится в блок 24 памяти таймера 16. Коды времени с блока 24 подаются на входы B_i блока 23, на первые входы А_i которого подаются коды со счетчика 22. Сигнал "Пуск" с элемента ИЛИ 15 опрокидывает RS-триггер 21, снимается сигнал сброса со счетчика 22 и он начинает считать метки времени. При совпадении кодов на входах А_i и B_i блока 23 на его выходе появляется сигнал, который опрокидывает триггер 21, при этом счетчик 22 сбрасывается, а элемент И 17 открывается, пропуская сигнал с первого его входа на вход "+1" счетчика 12. Происходит отсчет счетчика 12 на один такт и на его выходе появляется значение кода температуры и времени следующего шага апроксимации.

Код конечной температуры нагрева рабочей камеры с блока 6 ввода данных поступает на входы Аi элемента 18. На вторые входы В_i элемента 18 поступает код температуры с датчиков 5i через АЦП 7i. В процессе нагрева рабочей камеры при равенстве задаваемого и получаемого кодов на выходе А=В элемента 18 появляется сигнал, который устанавливает выход триггера 19 в нулевое состояние, запирая тем самым элемент И 17. Устройство переходит в режим поддержания температуры рабочих камер. В этом режиме на входах А_i элемента 14 будет постоянно стоять код конечной температуры нагрева рабочей камеры, а электронагреватель 4i будет периодически включаться при остывании рабочей камеры, т. е. при изменении младшего разряда кода с АЦП 7i. Как только код с АЦП 7i сравняется с заданным, сигнал на выходе А>B элемента 14 исчезает и электронагреватель 4i отключается и т.д.

Для перевода устройства в исходное состояние подается сигнал "Сброс", переводящий счетчик 12 в нулевое состояние и опрокидывающий элемент И 17.

Использование предлагаемого устройства позволяет расширить область применения пекарного шкафа за счет высоких динамических характеристик устройства управления, т.к. точность обработки заданного закона регулирования и поддержания температуры ограничивается только чувствительностью датчика температуры в зависимости от которой определяется разрядность АЦП и кода задания температуры и программируются температурные и временные интервалы при проведении кусочно-линейной апроксимации температурной кривой.

Формула изобретения

1. ПЕКАРНЫЙ ШКАФ С ПРОГРАММНЫМ РЕГУЛИРОВАНИЕМ ТЕМПЕРАТУРЫ, содержащий каркас, жестко установленные в нем теплоизолированные рабочие камеры, каждая из которых снабжена группой электронагревателей и датчиком температуры, и устройство управления нагревом рабочих камер, отличающийся тем, что устройство управления нагревом рабочей камеры содержит блок ввода данных, аналого-цифровые преобразователи, блоки программного регулирования температуры, количество которых соответствует количеству рабочих камер, и блоки индикации и усилителей мощности, причем выходы датчиков температуры соединены с входами соответствующих аналого-цифровых преобразователей, выходы последних соединены с первыми группами входов соответствующих блоков программного регулирования температуры, вторые и третьи группы входов блоков программного регулирования температуры подключены к выходам данных блока ввода данных, четвертые входы блоков программного регулирования температуры соединены с выходом "Пуск" блока ввода данных, а пятые входы - с входом "Сброс" устройства управления нагревом, первая группа входов блока индикации соединена с выходами аналого-цифровых преобразователей, вторая группа входов блока индикации - с выходами данных блока ввода данных, выходы блоков программного регулирования температуры связаны с входами блока усилителей мощности, выходы которого подключены к электронагревателям рабочих камер, при этом каждый из блоков программного регулирования температуры содержит двоичный счетчик, элемент памяти, два элемента сравнения, элементы И и ИЛИ, программируемый таймер и RS-триггер, входы данных двоичного счетчика являются входами данных блока программного регулирования температуры, вход записи данных двоичного счетчика и первый вход элемента ИЛИ являются входом "Пуск" блока программного регулирования температуры, вход сброса двоичного счетчика и вход установки в "1" RS-триггера являются входом "Сброс" блока программного регулирования температуры, счетный вход двоичного счетчика и второй вход элемента ИЛИ соединены с выходом элемента И, выходы двоичного счетчика соединены с адресными входами элемента памяти программируемого таймера, второй вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ, а выход - с первым входом элемента И, выходы элемента памяти соединены с первой группой входов первого элемента сравнения, вторая группа входов которого является входами блока программного регулирования температуры и соединена с выходом соответствующего аналого-цифрового преобразователя, первый выход первого элемента сравнения соединен с вторым входом элемента И, а второй выход является выходом блока программного регулирования температуры, входы второго элемента сравнения являются входами блока программного регулирования температуры, выход второго элемента сравнения соединен с входом установки в "0" RS-триггера, выходом соединенного с третьим входом элемента И.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что программируемый таймер содержит генератор меток времени, RS-триггер, двоичный счетчик, блок сравнения и блок памяти, причем выход генератора меток времени соединен с входом записи двоичного счетчика, выходы последнего связаны с первой группой входов блока сравнения, вход установки в "0" RS-триггера является входом программируемого таймера, вход установки в "1" соединен с выходом блока сравнения, первый выход RS-триггера является выходом программируемого таймера, а второй выход подключен к входу сброса двоичного счетчика, при этом адресные входы блока памяти являются входами программируемого таймера, а выходы соединены с второй группой входов блока сравнения.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3