Устройство для регулирования температуры

(5 57) тъВЫЛ еевб(088, 8 ни т быть тома ство СССР /19, 984во .СССР /19, 1987,е свидетел С 051) 2 свидетельс С 05 Р 2ь с к а ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТДО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(21) 4433699/ (22) 30.05.88 (46) 30.12.89 (72) В.Н.Наха (53) 621.555. (56) Авторско В 1118971, клАвторское 9 1312546, кл УСТРОЙСТВО ДЛЛРЕГУЛИРОВАНРАТУРЫИзобретение относится к техатического регулирования ииспользовано для построенияических регуляторов темпера мове автуры но-. тиизобретения - повышение тоегулирования за счет автомго изменения мощности нагре1532907 теля в процессе отслеживания заданной температуры в широком диапазоне изменения физических характеристик объема терморегулирования и теплофизических параметров окружающей среды.5 Это достигается тем, что в устройство для регулирования температуры, содержащее задатчик температуры 1, выходы которого соединены с первой группой входов цифровой схемы сравнения 2, последовательно соединенные датчик температуры 4 и аналого-цифро" вой преобразователь 3, выходы которого соединены с второй группой входов схемы сравнения 2, Формирователь ,синхроимпульсов 11, соединенный вхо,дом с источником переменного напряжения, а выходом - с тактовым входом двоичного счетчика 10, элемент И 9 и 20 тиристорный исполнительный элемент 13, через который нагреватель 14 подключен к источнику питания, дополни- ,тельно введены блок памяти 6, реверсивный счетчик 8, мультиплексор 12, 25 элемент ИЛИи триггер 5, первый вход которого соединег с выходом пеИзобретение относится к техникеавтоматического регулирования и может быть использовано для построенияавтоматических регуляторов температуры,Цель изобретения - повышение точ,ности устройства регулирования засчет автоматического изменения мощности нагревателя в процессе отслеживания заданной температуры при изменении физических характеристик объекта терморегулирования или теплофизических параметров окружающей среды,Иа чертеже изображено предлагаемое устройство,Устройство содержит цифровой задатчик 1 температуры, код с выходакоторого подается на первый вход схемы 2 сравнения (вычитатель), второй50вход которой подключен к выходу аналого-цифрового преобразователя 3. Навход аналого-цифрового преобразователя 3 поступает информация с выходадатчика 4 температуры. Выход переполнения схемы сравнения 2 соединен спервым входом триггера 5 и входомразрешения работы блока 6 памяти.Выход триггера 5 соединен с первым реполнения схемы сравнения и входомразрешения работы блока памяти 6,второй вход триггера 5 соединен с выходом элемента И 9 и тактовым входомреверсивного счетчика 8, а его выходсоединен с одним из входов элементаИЛИ 7 и входом направления счета реверсивного счетчика, выход элементаИЛИ соединен с первым входом элемента И 9, к второму входу. которого подключен выход переноса двоичного счетчика 1 О, причем информационные выходы двоичного счетчика соединены спервой группой адресных входов блокапамяти, вторая группа адресных входов блока памяти соединена с информационными выходами схемы сравнения иоставшимися входами элемента ИЛИ, аинформационные выходы блока памятиподключены к информационным входаммультиплексора, адресные входы которого соединены с информационными выходами реверсивного счетчика, а выход соединен с входом тиристорногоисполнительного элемента, 1 ил. входом элемента ИЛИ 7 и входом направления счета реверсивного счетчика 8. 1( оставшимся входам элемента ИЛИ 7 подключены информационные выходы схемы 2 сравнения и группа адресных входов (соответствующая старшим разрядам адреса) блока 6 памяти. Первь.-й вход элемента И 9 соединен с выходом элемента.ИЛИ 7, второй его вход подгключен к выходу переноса двоичного счетчика 10, с его выхода сигнал подается на второй вход триггера 5 и на счетный вход реверсивного счетчика 8, формирователь 1 синхроимпульсов соединен входом с источником переменного напряжения, а выходом - с тактовым входом двоичного счетчика 10, информационные выходы которого подключены к второй группе адресных входов( младшие разряды адреса). блока 6 памяти. Адресные входы мультиплексора 12 подключены к информационным выходам реверсивного счетчика 8, а информационные его входы соединены с информационными выходами блока 6 памяти. Выход мультиплексора 12 подключен к управляющему входу тиристорного исполнительного элемента 13, че 5 153рез который нагреватель 14 подключенк источнику переменного напряжения,Блок памяти представляет собойпостоянное запоминающее устройствос организацией 2 слов по тп разрядов(где и - количество адресных входовш - число информационных выходов).В качестве блока б памяти можноиспользовать, например, микросхемутипа К 53 РФ 2 с организацией 2048слов по 8 разрядов, вход "Разрешениепо выходу" которой является входомразрешения работы блока управления,Схема 2 сравнения представляетсобой вычитатель двоичных кодов,имеющий выход переполнения (переноса),Устройство работает следующим образом.В момент включения устройства обнуляется реверсивный счетчик 8, кодна выходе которого определяет номервыхода блока б памяти, подключаемогочерез мультиплексор 12 на управляющийвход тиристорного исполнительногоэлемента 13.Схема 2 сраннени вырабатывает код,равный разности кодов заданной и действительной температур нагреваемогообъекта, поступающих с выхода задатчика 1 температуры и выхода аналогоциФрового преобразователя З,.преобразующего н двоичный код напряжение,вырабатываемое датчиком 4 температуры.Старшие раэряды разностного кодас выхода схемы 2 сравнения (не используются, например, дна младшихразряда кода) подключены к входамэлемента ИЛИ 7 и соединены с группойадресных входов блока 6 памяти, формируя старшую часть адреса выходногослова этого блока.На выходе Формирователя синхроимпульсов 11 при переходе напряженияпитания через ноль формируются синхроимпульсы, которые подсчитываютсядвоичным счетчиком 10.Иладпие разряды двоичного кода свыхода счетчика 10 (например, 5 младших разрядов) формируют младшую частьадреса выходного слова блока 6 ламяти, Количество этих разрядов определяют дискрет изменения мощности нагревателя 14. Информация на выходахблока 6 памяти изменяется циклическипо мере пересчета поступающих на 2907 6вход двоичного счетчика 10 тактовыхсинхроимпульсов.. В каждом разряде выходного слонаблока 6 памяти содержится своя последовательность нулей и единиц, соответствующих включенному и выключенному состоянию тиристорного исполнительного элемента 13, Поскольку чембольшее количество полупериодон питающего напряжения за цикл пересчетаразрядов двоичного счетчика 10, подключенных к блоку 6 памяти, тиристорный исполнительный элемент 13 находится во включенном состоянии, тембольше мощности выделяется в нагре.вателе 14, подключая через мультиплексор 12 один иэ выходов блока памяти б на вход тиристорного исполни 20 тельного элемента 13, можно регулировать мощность, выделяемую н нагревателе 4, предварительно занеся соответствующую информацию в блок 6 памяти (программируется до установки в 25 устройство),.Выбор номера канала, пропускаемого мультиплексором, осуществляетсякодом с выхода реверсивного счетчика8, причем меньшему номеру соответст вует относительно меньшая величинамощности, подводимая к нагревателю14, Блок 6 памяти запрограммировантаким образом, что побитная информация на его выходах зависит также от 35 кода с вда е 2 сранниячто при уменьшении. этого кода (приуменьшении раэбаланса между заданнойи действительной температурами объекта регулирования) пропорционально щ уменьшается и мощность, подводимаяк нагревателю.Переход на характеристику регулирования с меньшей относительной мощностью нагревателя 14 осуществляетсякоммутацией выхода мультиплексора 12с входом, соединенным с тем выходомблока б памяти, который содержит относительно меньшее количество нулейв последовательном коде, формируемом 5 О на этом ныходе синхронно с пересчетом двоичным счетчиком 10 тактовыхсинхроимпульсов, И наоборот, подключением через мультиплексор 12 входатиристорного исполнительного элемента13 к выходу блока 6 памяти, в последовательном коде которого содержитсяотносительно больше нулей, осуществляется переход на характеристику регулирования с большей относительнойО 35 Мощностью нагревателя 14, требуемойпри большей теплоотдаче в окружающуюсреду,Слова блока 6 памяти, соответствующие старшим адресам, содержатзначения бит, определяющие постоянноВключенное состояние тиристорногоисполнительного элемента 13. Следова 1 епьно, при большом разбалансе велиин заданной и действительной темпеатур (при наличии единиц в старшихазрядах кода на выходе схемы сравнеия 2) нагреватель работает на максиМальной мощности.По мере нагревания объекта регулиования с уменьшением величины разостного кода на выходе схемы 2 срав-ения пропорционально уменьшается коичество нулей в последовательныходах на выходах блока 6 памяти (сазличным коэффициентом пропорциоь альности на разных выходах), Выходулока 6 памяти с меньшим номером соответствует относительно большее 25уменьшение времени включения нагретателя 14 за период цикла двоичногоачетчика 10 при уменьшении величиныхода на выходе схемы 2 сравнения,поскольку после включения устройства 30а выходе реверсивного счетчика 8 установлен нулевой код, на начальномэтапе осуществляется пропорциональЙое регулирование с минимальной выбРанной,мощностью нагревателя.По прошествии отрезка времени,определяемогО временем пересчета синхроимпульсов двоичным счетчиком 1 О,разрядность которого выбирается достаточно большой, на выходе переноса 4 Оэтого счетчика появляется импульс,поступающий на первый вход элемента И 9, Если рассогласование величинзаданной и действительной температурв этот момент недостаточно мало т.е, 45код, поступающий с выхода схемы 2сравнения на элемент ИЛИ 7, имеетхотя бы в одном разряде единицу (этаситуация соответствует недостаткувеличины мощности, подводимой к нагревателю, для компенсации отбора тепла), единица с выхода элемента ИЛИ 7разрешает прохождение указанного импульса через элемент И 9 на счетныйвход реверсивного счетчика 8, При55этом, поскольку не было перегрева регулируемого объекта и на выходе триггера 5 установлен нулевой уровень,содержимое реверсивного счетчика. 8 увеличивается на единицу. устройств переходит на регулировочную характеристику с относительно большей величиной мощности, выделяемой в нагревателе 14. Подобный процесс продолжается до тех пор, пока в момент поступления очередного импульса с выхода переноса двоичного счетчика 10 на выходе элемента ИЛИ 7 не появится нуле" вой уровень, соответствующий минимальному разбалансу величин заданной и действительной температур регулируемого объекта. При этом импульс со счетчика 10 не проходит через элемент И 9 и содержимое счетчика не изменяется.Если величина мощности нагревателя, на которой осуществляется регули" ровка в зоне малых рассогласований температур, больше необходимой для компенсации отбора тепла, неизбежно температура объекта превышает заданную величину. При этом на выходе переполнения схемы 2 сравнения появляется сигнал, запрещающий работу блока памяти 6 и устанавливающий триг" гер 5 в единичное состояние, На выходах блока памяти 6 устанавливаются единицы и тиристорный исполнительный элемент 13 отключает нагреватель 14 от источника питания до тех пор, пока не исчезнет сигнал переполнения с выхода схемы 2 сравнения, Наличие единицы на выходе триггера 5 изменяет направление счета реверсивного счетчика 8 на вычитание, а также определяет наличие единицы на выходе элемента ИЛИ 7.Очередной импульс с выхода переноса двоичного счетчика 10 проходит через элемент И 9 на счетный вход реверсивного счетчика 8, уменьшая его содержимое на единицу. Этот же импульс возвращает триггер 5 в исходное нулевое состояние. В результате устройство переходит на характеристику регулирования малых откло-. нений от заданной температуры с относительнс меньшей величиной мощности, подводнмой к нагревателю 14.При изменении характеристик регулируемого объекта или параметров окружающей среды в устройстве вновь начинаются описанные ранее процессы, приводящие к уменьшению или увеличению содержимого реверсивного счетчика 8 и к уменьшению или увеличению мощности, отдаваемой в нагрузку приЗаказ 8098/52 Тираж 788 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул, Гагарина,101 малых рассоглассованиях заданной идействительной температур объекта,3 результате этих процессов устройство стремится к установлениюравновесия между мощностью, отдавае-,5мой в нагреватель и мощностью, отбираемой в окружающую среду при заданной температуре регулируемого объекта, т.е. к уменьшению статическойошибки регулирования. При этом устройство самостоятельно настраиваетсяна одну из хранящихся в блоке памяти6 характеристик регулирования, обеспечивающую минимальную статическуюошибку регулирования при сложившейсясовокупности характеристик объекта ивнешних воздействий,.Использование изобретения позволяет автоматически вести отслеживаниезаданной температуры в широком диапазоне воздействий внешних условий иизменения характеристик объекта нагрева на мощности нагревателя соот-ветствующей интенсивности отбора тепла при этой температуре, что сводитк минимуму статическую ошибку регулирования и, следовательно, повьппаетточность регулирования,30 Формула изобретенияУстройство для регулирования температуры, содержащее задатчик температуры, выходы которого соединены с первой группой входов цифровой схемы сравнения, последовательно соединен- ные датчик температуры и аналогоцифровой преобразователь, выходы которого соединены с второй группой входов цифровой схемы сравнения, формироватсль синхроимпульсов, соединенный входом с источником переменногонапряжения, а выходом - с тактовымвходом двоичного счетчика, элемент Ии тиристорный исполнительный элемент,через который нагреватель подключенк источнику питания, о т л и ч а -ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, оно содержит блок памяти, реверсивный счетчик, мультиплексор, элемент ИЛИ и триггер, первый вход которого соединен с входомпереполнения схемы сравнения и входом разрешения работы блока памяти,второй вход триггера соединен с выходом элемента И и входом счета реверсивного счетчика,а выход триггерасоединен с одним из входов элементаИПИ и входом направления счета реверсивного счетчика, выход элемента ИЛИ(соединен с первым входом элемента И,к второму входу которого подсоединенвыход переноса двоичного счетчика,причем информационные выходы двоичного счетчика соединены с первой .группой адресных входов блока памяти, вто"рая группа адресных входов блока памяти соединена с информационными выходами цифровой схемы сравнения и остальными входами элемента ИЛИ, а информационные выходы блока памяти подключены к информационным входам мультиплексора, адресные входы которогосоединены с информационными вьгходамнреверсивного счетчика, а выход соеди"нен с входом тиристорного исполнительного элемента,