Устройство для программного регулирования температуры

(19)(11) 3/19 1)4 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ЕЛЬСТВУ АВТОРСКОМ(088.8)ое свидет05 0 23/свидетел05 В 19/981. льство СС9, 1977,ство СССР2, кл. ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ(54)(57) 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 импульсови блок уставок температуры, о т л и ч а ю щ е е с ятем, что, с целью повьппения точности программного регулирования температуры, в него введены блок постояннойпамяти температуры, блок постояннойпамяти скорости, блок постоянной памяти времени, первый и второй элементы И, первый и второй блокисовпадения кодов, коммутатор, первыйсчетчик адреса, реверсивный счетчики 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, подклю- Е ченного выходом к входу счетчика адреса, второй вход коммутатора соединен с выходом второго блока совпа дения кодов, первые входы которого подключены к выходам счетчика вре- Я мени, 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 частоть+ 1Еч Изобретение относится к областиавтоматизации технологических процессов, а именно к программному заданию и регулированию температуры, иможет быть использовано, в частностив устройствах обжига, вжигания, спекания, для хроматографиМ и т.п.Целью изобретения является повышение точности программного регулирования температурыНа чертеже представлна блок-схе ма предлагаемого устройства,1,Устройство состоит"-из пусковогоэлемента 1, генератора 2 импульсов,программируемого делителя 3 частоты(ПДЧ), блока 4 постоянной памяти скорости, элемента И 5, реверсивногосчетчика 6 импульсов, блока 7 постоянной памяти температурь 1, блока 8совпадения кодов, счетчика 9 времени, блока 10 постоянной памяти времени, блока 11 совпадения кодов,элемента И 12, коммутатора 13, первого счетчика 14 адресов, блока 15аппроксимации характеристики датчикатемпературы, состоящего из делителя16 частоты, второго счетчика 17 адресов, блока 18 постоянной памятихарактеристики датчика температуры,блока 19 уставок температуры, состоящего из реверсивного счетчика 20импульсов, цифроаналогового преобразователя 2 1, датчика 22 температуры,вычитающего элемента 23, исполнитель,ного элемента 24, нагревателя 25,В качестве блоков постоянной памяти скорости, времени, температурымогут быть применены постоянные запоминающие устройства типа КР 556 РТ 4или К 573 РФ 14.Распределение частот на выходахпрограммируемого делителя в зависимости от выходного блока 4 происходитследующим образом,Коэффициент деления равен: где Й- постоянная частота генера -ген тора,Е- выходная частота программируемого делителя частоты 1 Кст код, подаваемый на установочные входы. Устройство работает следующим образом,При включении устройства пусковым элементом 1 генератора 2 начинает5 0 15 20 ЗО 35 40 45 50 55 вырабатывать импульсы, поступающиена счетный вход программируемого делителя 3 частоты и счетчика 9. Программируемыйделитель 3 частоты осуществляет деление частоты генераторав зависимости от кода, поступающего на его установочные входы с постоянного запоминающего устройства4 скорости,Если К, = О, то И = 1, т,е.Г ОАЧ = Еген Ф что соответствует максимальной скорости заполнения (илиуменьшения состояния) реверсивногосчетчика 20 импульсов, т.е. максимальной скорости нарастания (убывания) стабилизации температуры в "объекте. Однако случай К = ОсГвыбран критерием стабилизации температуры на определенном уровне, таккак элемент И 5 дешифрирует.нулевойкод блока 4 постоянной памяти скорости и закрывает прохождение импульсов с генератора 2 на блок 3, т.е.реальная максимальная частота навыходе делителя будет при.КсгВ этом случае И = 2 и 1 геи/,Таким образом, Г,может изменяться в диапазонеф 2фген,ф". В общем случае ГМ пАц Игеи- где п - разрядность ПДЧ(при условии, что ПДЧ работает вдвоично-десятичном коде),Реально ПДЧ может быть выполнениз трех (или более) последовательносоединенных микросхем типа К 155 ИЕ 6,представляющих собой параллельныереверсивные счетчики с предварительной установкой кода, работающиев двоично-десятичном коде. Кромепараллельных выходов в коде 1-2-4-8,каждая микросхема имеет и два последовательных выхода Ъ 9 и а О,которые используются при построениимногоразрядных счетчиков, Одновременно с каждым десятым входным импульсом на выходе9 появляетсяотрицательный импульс, который может подаваться на вход + следующеймикросхемы многоразрядного счетчика,При обратном счете входные импульсы подаются на вход - 1, а выходныеснимаются с выхода 4 О.В связи с этим на схеме изображены три выхода ПДЧ 3, верхний из которых (по схеме) соответствует выходу9 микросхемы типа К 155 ИЕ 6, нижний - выходуО, а средний - логической комбинации выходов ) 9 и ( О. При этом следует иметь ввиду, что при К= сопз 1 все три частоты равны между собой, т.е.Й )9 = ГО = Е9 +СО)одчВ блоке 4 постоянной памяти скорости записана информация в виде 1цифровых 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 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 совпадениякодов вырабатывает сигнал Т, поступающий на вход. коммутатора 13.Коммутатор 13 реализует функцию 5С =Т Ч (ВАР),где С - выходной сигнал.Таким образом, переключение наследующую ступень программы можетпроизойти либо по температуре перехода, либо по окончании времени выдержки предыдущей ступени.Если на предыдущей ступени былазадана какая-либо отличная от нуляскорость изменения температуры, топереключение на следующую ступеньпроизойдет при совпадении кодовреверсивного счетчика 6 и блока 7постоянной памяти температуры, если гоже на предыдущей ступени была задана стабилизация температуры, то переключение на следующую ступеньпроизойдет при совпадении кодовсчетчика 9 времени и блоке 10 постоянной памяти времени, т.е. послеокончания времени выдержки даннойступени. Выходной сигнал С коммутатора 13 поступает на счетчик 14адресов и увеличивает его состоя- ЗО ние на единицу. При этом из блока4 постоянной памяти скорости, блоков10 и 7 времени и температуры выбирается новая информация о скоростиизменения температуры, времени выЗ 5 держки и температуре перехода следующей ступени. Первоначальная адресация, т.е, выбор номера начальнойступени какой-либо программы, осуществляется путем записи в счетчик 40 14 адресов исходного числа, соответствующего номеру начальной ступенипрограммы, а затем с помощью коммутатора 13 каждый раз при переходена новую ступень программы это чис ло увеличивается на единицу.В режиме отработки заданной программы, начиная с какого-либо начального адреса, время выбора новойинформации из блока постоянной 50 памяти скорости, времени и температуры определяет счетчик 14 адресов,управляемый коммутатором 13. Начальноный адрес, т.е. фактически номеродной из записанных в блоке постоян ной памяти программ термообработки,задается путем записи (с кодовыхпереключателей, тумблеров и т.п,на схеме не указаны) в счетчик 14.адресов исходного числа, равногоначальному адресу. Счетчик 14 адресов представляет собой счетчикс предварительной установкой кода(аналогично программируемому делителю частоты).Отличие заключается в том, чтосчетчик 14 всегда увеличивает своесостояние, начиная с предварительно записанного числа до переполнения (но никогда не переполняется),При этом каждый импульс, пришедшийна вход счетчика, соответствуетпереходу с предыдущей ступени термообработки на последующую.Работу устройства всегда можноостановить, например, снять питание с генератора 2. Затем ввестиновый исходный адрес в счетчик 14и запустить пусковым устройством 1.Таким образом, программу термообработки можно составить из любыхступеней всех программ, записанныхв эти блоки, т.е. синтезировать новые программы. Это положительноекачество чрезвычайно полезно дляисследовательских целей, для отработки новых технологических процессов. Так продолжается до тех пор,пока не появится сигнал "Конецпроцесса", свидетельствующий обокончании выполнения данной программытермообработки.Максимальное количество ступенейтермообработки равнои =2,где и - разрядность счетчика 14 адресов и соответственно адресного поля постоянных запоминающих устройств скорости,времени и температуры.Если каждая программа содержитМ ступеней, то количество программ,записанных в блоки постоянной памяти скорости, времени и температурыбудет равно 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 интервалы 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 18 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. ра - 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 объекте 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 155 ИЕ 2, 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, соответствующий 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/45 ТираВНИИПИ Государстпо делам изобр 3035, Москва, Ж,дписно 5 илиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 импульсами, подаваемыми на его суммирующий или вычитающий входы спрограммируемого делителя 3 частотысо скоростью (частотой), равной скорости линейного изменения температуры на данной ступени программы. Поскольку в любом относительно маломинтервале разбиения по сравнениюс рабочим диапазоном температурхарактеристика датчика температурыобладает незначительной нелинейностью, то внутри интервалов характеристика аппроксимируется, в первомприближении, отрезками прямых линий.В целом же видоизменяется заданиесамой 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 реверсивногосчетчика 20 импульсог преобразуется 10 в аналоговый сигнал, который сравнивается в вычитающем элементе 25с сигналом датчика 22 температуры.Разностный сигнал поступает на исполнительный элемент 24, соединен ный с нагревателем 25, при этомотрабатывается текущее значениетемпературы.