Устройство для управления дозированием

 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ДОЗИРОВАНИЕИ

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

Известно устройство для дозирова" ния, 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 $1).

Недостатком данного устройства

1$ является низкая точность дозирования многокомпонентных смесей.

- Наиболее близким техническим решением является устройство для дози" рования, содержащее блок. определения минимума, первый блок умножения и и 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 (2.3.

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 которого наиболее существенно зависят характеристики приготовляемых смесей. .Цель изобретения - повышение точности дозирования многокомпонентных смесей.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для управления дозиро" ванием содержит в каждом канале последовательно соединенные блок за" дания дозы и вычислитель и во всех каналах, кроме последнего, посяедова938267 тельно соединенные первый блок запрета и второй блок запрета, а также делитель, эадатчик массы, блок приоритета, второй блок умножения, первый блок сравнения, и последовательно соединенные задатчик соотношенин, 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 иэ блоков задания дозы всех каналов, кроме последнего, с первым входом блока задания дозы последнего канала и с первым входом каждого из первых блоков запрета, выход эадатчика 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 блозо ка умножения, второй вход - с выходом первого блока умножения, а выход с вторым входом каждого из первых бло ков запрета, входы блока определения минимума подключены к выходам вычисли- телей 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 второ"ю го 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. 55 ,Каждый из блоков задания дозы всех каналов, кроме последнего, содержит последовательно соединенные ф 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 четвертогр блока запрета является вторым входом блока задания дозы, второй вход третьего блока запрета является третьим входом блока задания дозы, а выходвторым выходом блока задания дозы.

На фиг.1 представлена структурная схема устройства для управления дозированием; на фиг.2 — блок-схема блока приоритета.

Устройство содержит доэаторы 1 1д, вычислители 2 1- 2, третьи блоки 3 - 3 умножения, блок 4 определения минимума, делитель 5, второй блок 6 сравнения, блоки 71- 7п:задания дозы, задатчик 8 соотношения, коммутирующий блок 9, сумматор 10, второй блок 11 умножения, первый блок 12 сравнения, первый блок 13 умножения, блок 14 приоритета, вторь е блоки 15 -15„„1запрета, четвертые блоки 16 1- 16 и запрета, третьи блоки 17 - 17пзапрета, первые блоки 18 - 18„ запрета, задатчик 19 задатчик 20 массы, а также содержит элементы И 21„- 21>, линии 221- 22„, инверторы 231- 23>, элементы IS 24„- 241,.

Исследуем принцип минимизации погрешности дозирования I-го компонента.

Во многих случаях необходимо, чтобы точность дозирования i-го компонента была максимальной. Это объясняется тем, что 1-й компонент мо5 938267 6 жет быть дорогостоящим, или наибо- 0) погрешности дозирования дХ .. Та3 3 лее активным, или качество много- ким образом окончательно имеем компонентной смеси наиболее чувствительно к погрешности его доеиро- U.лйпеетр (Х Х вания и т.п.

Рассмотрим две ситуации. 2. Компонент Х„ дозируется на.вто1. Компонент X. дозируется яа од» Ром этапе. На пеРвом этапе Яоэируют1 ном из этапов дозирования. для оп ся остальные (и-1) компоненты смеси.. ределенности предположим, что на ТогДа ДисперсиЯ приведенной поГРешпервом этапе дозируются компоненты 1О ности ДозиРованиЯ компонента Х; при .

:,смеси Х„, Х . ..Х, . Х а на . некотором значении уставки 0„ задатвтором этапе KQMfloHeHT Х чика дозатора компонента Х будет

Предположим, что для дозирования и

- X. (0-)+U f 0 1 (6), 10 ф1 компонента Х> на втором этапе его уставка принята равной 0п. Тогда ls приведенная погрешность дозирования компонента Х определится из выражеоткуда оптимальное значение уставки

0, доставляющее минимум выражению (3 ),будет решение уравнения оптимизации

n-< I}.

Т)0= Х„(О;)- Е, Х.(u )+U„Хо

0ь 1 1 20 где 00. - приведенная погрешность дозирования компонента Х,;

Х. (0 ) - фактическая масса отдо1 зированного компонента Х ", - коэффициент,.выражающий ™

80() .1

Щ и ()-- X (U ) U f f1()=o)

1 - j 5 1 101

1 долевое участие компонента в смеси„и равнйй отноше" нию Х,/(СХ), 1=3,2,...п.

Минимум выраженйя (3) будет достигнут, если взять производную этого зэ выражения по уставке 0п и приравнять ее нулю, т.е. О0 м

" « X„. (U„)- С Х;(0;) 0. f. Ь= i откуда оптимальное зНачение устав, ки задатчика-дозатора компонента Хп определится как

П- т

0 =X ° (04)/АК а Х3 (03) (Ь) ОПт. 1 «О. „3 1-т10) Dx,úà÷.%I)õ РХ,...РХ 5.(в) Выражение (9) можно переписать в следующем виде )" 1рдтриа ° рхе))рх;тьЛ 1 У(о)/Туг)))р)

Таким. образом, для решения вопроса о том, на каком этапе дозирования необходимо дозировать компонент Х„ " необходимо сравнивать отношение текущих значений дисперсий приведенных погрешностей дозирования, получаемых по завершении каждого цикла дозироваПодставляя величий7 уставки иэ (3 ) в (1 ) с учетом того, что при дозировании компонента Х> возникает погрешность Хп и беря. операцию математического ожидания по множеству циклов дозирования будем иметь мини"

50 мум дисперсии приведенной погрешности доэирования Х„. компонента т.е.

У„о хÄ (4) а так как по условию на втором этапе можно дозировать любой из и компонентов, кроме i-ro, то безусловный ми55 нимум (4) будет достигнут, если на, втором этапе дозируется тот компонент который имеет минимальную дисперсию

g4 откуда величина уставки 0; опреде-. опг

:лится как с ) опт.=т о "1М<" ) р). т)

=1

Подставляя (7) в (6) и учитывая, что при дозировании компонента Х; воз; никает погрешность дозирования hX; . и беря операцию математического ожидания по множеству циклов дозирования минимальное значение дисперсии приведенной погрешности дозирования из (6) получим в виде . п= -3 1о) „, ° ()

Сравним дисперсии приведенных погрешностей дозирования компонента

X., полученные в первой и второй сйтуациях, Для этого сравним выраже" ния (5) и (8) 7 ния К, (К=1,2,...) с постоянным порогом А (формула 10).

Таким образом, если имеет место неравенство

NN11n nDX 2Х,---DX

1 Я. М .)

Dx на втором этапе дозирования необходимо дозировать компонент X„.

Если имеет место неравенство

93826

1р """ >x > Dx (Д1

Dxi на втором этапе необходимо дозировать тот компонент Х, который имел

C минимальную дисперсию 0Х.п1,>)в предыдущем цикле дозирования.

Устройство для управления дозиро- zp ванием работает .следующим образом.

Перед началом первого цикла дозирования (K=O), где К - количество циклов дозирования,, если дисперсии Р) „, (i=1,2,...,n) погрешностей 2S дозирования лХ„. неизвестны, то с помощью задатчика 19 устанавливается одна из возможных очередностей дозирования. Для определенности предположим, что при К=О, выбрана следую- зв щая очередность дозирования: на первом этапе дозируются компоненты Х, Xg,...X „, а на втором - компонент

Хп, Тогда с помощью блока 19 блоки запрета установятся в следующие. состояния: третьи блоки запрета 17>17п открыты, четвертый блок 16пзапрета закрыт, первые блоки 18 - 18„ ., запрета закрыты, третий блок 17„ за-" прета открыт. В этом случае на вторые40 входы дозаторов 1„- 1д „, после умножения величины заданной массы смеси Vo, равной Х, + Х->.... + Хп на соответствующие коэффициенты у;„, равные Х; /Vo и записанные в третьих блоках 3 - Зп умножения поступят сигналы уставок 0„„, равн"(g10 . Vo

Блок 14 приоритета после прихода на его первый и второй входы сигналов с выходов коммутирующего блока 9 и задатчика l9 соответственно, сформирует управляющие сигналы, которые поступят на первые входы дозаторов

1„- l„ „. На первый вход дозатора 1п сйгнал с выхода блока 14 приоритета

SS поступит с задержкой во времени, равной 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 21 - 21 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)- 21 > с выхода задатчика 19 поступает сигнал, который аналогичен двоичному коду сигнала с коммутирующего блока 9 для дозатора 1„.

Тем самым элемент И 21п сработает и на и-м выходе блока приоритета появится сигнал с выдержкой во времени, задаваемой линией 22„задержки.

Таким образом, после задания данной очередности дозирования блок 14 приоритета включит доваторы 1 - 1п,(, которые на первом этапе одновременно отдозируют компоненты смеси X 1, Х, ...Х 1. Аналоговые сигналы пропорциональные дозированным массам Х 1(Ц1„)>

„((1 ),...«„,.() поступят иа соответствующйе входы сумматора 10.

С вь>хода сумматора 10 сигнал, равный Щ Х- (О; ) поступит на вход .> вторЬго блока 11 умножения, где умножится на величину ll /(1 — п). Таким образом, на выходе блока 11 будем иметь сигнал (уставку U для дозатора 1и компонента Хп), равный (> ) 11,. (U ) /(1-> „) . .Этот сиг1.1 нал через третий блок 17„ запрета поступит на второй вход дозатора lп, после чего дозатор lп отдозирует компонент Хп.

После окончания первого цикла дозирования (K=1) в вычислителях 2>- 2п будут вычислены дисперсии О>(; погреш(2. ностей дозирования, равные DX. = D X; = (Х1 (U;„.) - UÄ ),,i=1,2,...п-l,1после чего значения 0>(э поступят в блок ofl ределения минимума. Сигнал, равныи

11

Ф минимальному значению дисперсии

О)(; „„ппогрешности дозирования Х1„

11 1 поступит на первый вход делителя 5, на второй вход которого поступит сигнал с выхода вычислителя 2п.

На выходе делителя g (после деления этих си налов) появится сигнал, равный результату деления 0)(; »„/0)(„ .

П1

Этот сигнал поступит на первый вход второго блока 6 сравнения, на второй вход которого от задатчика 8 соотношения поступит сигнал, равный (1 - п) /g z . Таким образом, во вто" ром блоке 6 сравнения произойдет срав9 9382 . нение этих сигналов и на его выходе появится сигнал, который поступает на входы третьих блоков 171" .17п запрета первых блоков 181- 18 запрета и четвертого блока запрета 16п, ко- 5

1 Ъ торые устанавливаются в определенные состояния по следующему принципу.

Если имеет место неравенство 1 ! тл) 3 л лХЪ в11л! Y.z второй блок . )р

6 сравнения оставит первые блоки

18 18и 1 запрета, третьи блоки 174-17.„ запрета,четвертый блок 16 запрета в тех же состояниях в которых они нахоУ

5 дились перед началом производства пер ваго цикла дозирования. Одновременно сигнал с.выхода блока 4 определения минимума, соответствующий номеру дозатора, для которого дисперсия D, по20 грешности дозирования д Х; в первом

1 цикле была минимальна поступит в коммутирующий блок 9. Блок 9 установит вторые блоки 15„- 15 запрета и четвертые блоки 16„- 16и „запрета, в зависимости от того какой дозатор имел в первом цикле минимальную дисперсию погрешности дозирования, в соответствующие состояния.

Для определенности предположим, что 0 „ и1„ иимел ДозатоР 1п1компонензо та X„ „ .Тогда коммутирующий блок 9 установит блоки запрета в следующие состояния: четвертые блоки запрета

16.1- 16и1открыты, 16„1 закрыт, вторые блоки 15„- 15и и запрета закрыты, 15н» открыт. Таким образом, если выполйяется неравенство (тв) /1л Х()1л11в / Хр1 (<в,1э

40 на входы дозаторов 1 1 1п 1будут поданы сигналы(уставки 01 ), равные О. = « 1 V и последовательность дозирования во втором цикле останется прежней. Если выполняется неравенство

45 где K = 2,3,; ..n,Îö(„4),0)(„„дисперсии погрешностей дозирования дХ;„ в

К-l,и К-м циклах дозирования соответственно, 1=1,2,...n

Перед производством третьего цикла дозирования (К=2) устройством будет выбрана такая очередность дозирования, которая позволяет получить минимум дисперсии заданного (i-ro) компонента, тем самым через несколько циклов дозирования устрой" ство самонастраивается на оптималь" ную очередность дозирования компонентов смеси.

Таким образом, в процессе доэирования многокомпонентных смесей име1 1 ) /1 л М>Х m1n(Х11,âòîðîé

n Р (9=1)1 блок 6.сравнения закроет третьи блоки

17 -17 запрета и откроет первые блоп ки 181-18и запрета. Будет открыт также четвертый блок 1Ь q запрета, а тре" тий блок 17п запрета закрыт. Следо" вательно., на входы дозаторов 1 " ln и 1 поступят сигналы, равные уставкам V = у Ч . Одновременно, сигнал

0 с выхода второго блока 6 сравнения поступит на второй вход блока 14 приоритета. В блоке 14 приоритета при

67 10 равенстве сигналов на первом и втором входах элемента И 21и.1 последний сработает и сигнал с его выхода через линию 22и .1задержки поступит на п-1 выход блока приоритета.

Таким образом, блок 14 приоритета обеспечит необходимую очередность дозирования: на первом этапе дозируются компоненты Х1,Х„,... Хи,1 и Х и а на втором этапе - компонент Хп»1.

После этого блок 14 приоритета вклю- . чит дозаторы 11- 1 и 1„. Аналоговые сигналы с выходов дозаторов 11- l равные Х (ui ) поступят на входы сумматора 10. С выхода сумматора 10 сигнал поступит на первый вход первого блока 12 сравнения, на второй вход которого поступит сигнал с выхода дозатора ln, предварительно умноженный в первом блоке 13 умножения на коэффициент 1/уи. На выходе первого блока 12 сравнения появится сигнал, равный уставке дозатора компонента Хи 1

И« „><= X«(u«3 T„W Х, (V„. ) . Этот сигнал через открытйе Ъервый блок

18и .1 запрета и второй блок 1511-q запрета поступит на вход дозатора 1х11 компонента Хп .1, после чего по сигналу с п-l выхода блока 14 приоритета дозатор lи 1начнет дозировать компонент Х„qПосле дозирования компонента Хп 1 в вычислителях 21 в 2 будут вычислены дисперсии погрешностей, равные

0Ч=(дХ-+дХ ) /2, i 1 2, и

11.

В общем случае для К-ro цикла дозирования значения дисперсий, вычисляемые в вычислителях 2„ - 2и равны

g «)) - — )) -дХ.„, Кф „.

)(, Х. К, Х ° iÊ

11К (К-} " iÊ-1) 11 93826 ет место коррекция дозы 1-ro компонента с учетом ошибок доэирования остальных компонентов и осуществляется поиск оптимальной очередности (последовательности) дозирования. 5

Использование изобретения позволяет путем минимизации погрешности дози-:: ! рования 1-го компонента поддерживать состав многокомпонентных смесей на уров-В не заданного и тем самым гарантировать заданные характеристики приготовляемой смеси.

Формула изобретейия Устройство для управления дозированием, содержащее блок определения минимума, первый блок умножения и и каналов, каждый иэ которых содержит дозатор, выход которого подключен к соответствующему входу сум- матора, отличающееся тем, что, с целью повышения точности 5 устройства, оно содержит в каждом канале последовательно соединенные блок задания дозы и вычислитель и во всех каналах, кроме последнего, последовательно соединенные первый блок 3О запрета и второй блок запрета, а также делитель, задатчик массы, блок приоритета, второй блок умножения, первый блок сравнения, и последовательно соединенные задатчик соотно- 35 шения, второй блок сравнения, задатчик и коммутирующий блок,. выход которого подключен к второму входу каждого из вторых блоков запрета, к первому входу каждого из блоков зада-49 ния дозы всех каналов, кроме последнего, и к первому входу блока приоритета, первые входы доваторов 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 кана лов, кроме последнего,с первым входом

50 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 втоt

55 рому входу блока задания дозы последнего канала, первый вход первого блока сравнения соединен с выходом сумматора и с входом второго блока

7 12

J умножения, второй вход - с выходом первого блока умножения, а выходс 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 выходс входом второго блока сравнения, выходы всех дозаторов соединены с вторыми входами соответствующих вычислителей, а выход доватора 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, о т л ич а ю щ е е с я 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 с выходом третьего блока запрета, вто- рой вход которого является вторым о входом блока задания дозы, а выход третьего блока умножения является выходом блока задания дозы.

Устройство по п.1,о 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 взводом 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 тре93826

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Автоматизация процессов взвешивания и дозирования. Материалы

13 тьим входом блока задания дозы, а выход - вторым выходом блока задания дозы.

7 14 научно-технического совещания. Под ред. Карпина Е. Б. И., ОНТИПРИБОР, 1967, с. 113.

2. Авторское свидетельство СССР

11 750279, кл.G 01 F 11/00, 1978 (прототип).

938267

Составитель Л. Цаллагова

Редактор A.Èàíäîð:.. Техред Д. Пекарь КорректорИ. Демчик

\, Заказ 4465/72 Тираж 914 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