Адаптивная система управления процессом стерилизации

) А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 31 управления(авки) и Калининго флотаА, П, Ситников,Е. Торопов,Попок ССС 1985 етельствоВ 13/02,СО СО ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Институт проблемтоматики и телемеханиградская база тралов(54) АДАПТИВНАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯПРОЦЕССОМ СТЕРИЛИЗАЦИИ(57) Изобретение относится к автоматике и может быть использовано всистемах управления технологическими процессами с переменными параметрами, например в системах управленияпроцессами стерилизации пищевых продуктов. Целью изобретения являетсяобеспечение высокого качества функционирования системы управления приизменении в широких диапазонахпараметров управляющих сигналов, Система содержит автоклав 1, подключенные к нему датчики температуры 2 идавления 3, сумматоры 4 и 5, регуляторы б и 7, ШИ - модуляторы 8 и 9,.реле, 10-12, клапаны охлаждения автоклава 13, подачи пара 14 и сброса давления автоклава 15, задатчикб, последовательно соединенные адаптивный задатчик 17 и блок оптимизации 18з,пф - лы, 4 ил, 1332261Изобретение относится к автоматике и может быть использовано в сис темах управления технологическимипроцессами с переменными параметраминапример в системах управления процессами стерилизации пищевых продуктов,Целью изобретения является обеспечение высокого качества функционирования системы управления при изменении в широких диапазонах параметровуправляющих сигналов,На фиг, 1 представлена функциональная схема системы;,на фиг, 2 и3 - возможные варианты реализацииадаптивного задатчика и блока оптимизации соответственно; на фиг, 4зависимость выходного сигнала задатчика от времени и сигнала с датчикатемпературы автоклава,Система содержит автоклав 1, подключенные к нему датчик 2 температуры и. датчик 3 давления, сумматоры 4и 5, регуляторы 6 и 7, ШИМ-модуляторы 8 и 9, реле 10 - 12, клапан 13охлаждения автоклава, клапан 14 подачи пара, клапан 15 сброса давленияавтоклава. эадатчик 16, последовательно соединенные адаптивный эадатчик 17 и блок 18 оптимизации. Последовательно соединены эадатчик 16,сумматор 5, к второму входу которогоподключен выход датчика 3 давления,регулятор 7, ШИМ-модулятор 9, реле12 и клапан 15 сброса давления автоклава, другой вход которого соединенс 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 ИЛИ21 и 22, задатчики 23-2, прерыватели 28-35, интеграторы 36 и 37, сумматоры 38-42, компараторы 43 - 45,блоки 46 и 47 установки начальныхусловий, инверторы 48 и 49, Выходкнопки 19 пуска соединен с входомэлемента ИЛИ 21, выход которого чеф 5 О 15 20 25 30 35 40 45 50 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 входуинтегратора 36, Выход элемента ИЛИ 21соединен с вторым входом прерывателя30, Выход задатчика 24 соединен ссоответствующими входами переключателя 20 непосредственно и через последовательно соединенные сумматор 39,компаратор 44, Инвертор 48 и элементИЛИ 22, выход которого соединен свторым своим входом, Второй вход сумматора 39 является входом адаптивного задатчика 17. Выход интегратора36 через переключатель 20 подключенк первому входу сумматора 41, Второйвход сумматора 40 соединен с выходомзадатчика 24, Последовательно соединены задатчик 25, прерыватель 34,прерыватель 32, интегратор 37, сумматор 42, компаратор 45, прерыватель35, сумматор 38 и компаратор 43. Выходы эадатчиков 26 и 27 подключенысоответственно к вторым входам сумматоров 42 и 38. Выход элементаИЛИ 22 соединен с вторым входом прерывателя 34, Выход компаратора 43соединен с другим входом прерывателя 32, кнопка 19 пуска - с входамипрерывателей 29 и. 33. Выход компаратора 45 через инвертор 49 подключенк другому входу прерывателя 28, Вторые входы прерывателей 35 и 33 соединены соответственно с выходами сумматора 42 и блоха 47 установки начальных условий, а выходы указанныхпрерывателей - 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 17через усилитель 55 подключен к входусумматора 54, Выход задатчика 50 соединен с входами переключателя 52 непосредственно и через сумматор 54.К третьему входу переключателя 52подсоединен выход элемента ИЛИ 22блока 17. В свою очередь выходы переключателя 52 и задатчика 51 соединены с входами переключателя 53, тре 1332261410 15 20 25 30 35 40 45 50 тий вход которого подключен к выхорукомпаратора 45, входящего в составадаптивного задатчика 17,Регулятор 6 представляет собойП-регулятор с перестраиваемым весовым коэффициентом. Его возможнаяреализация - 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, Контуррегулирования по давлению состоитиз автоклава 1, датчика 3 давления,сумматора 5, задатчика 16, регулятора 7, ШИМ в модулято 9, реле 12 иклапана 15 по сбросу давления. Посигналу ошибки рассогласования, получаемой на выходе сумматора 5 какразность сигналов с датчика 3 давления, автоклава 1 и задатчика 16,на выходе регулятора 7 реализуетсянепрерывный 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 спуститьчасть воды из автоклава в емкость).Контур регулирования по температуресостоит из блоков 1,2,4,6,8-11,13,17 и 18, По сигналу ошибки рассогласования, получаемой на выходе сумматора 4 как разность сигналов сдатчика 2 температуры и адаптивногозадатчика 17 (сигнал с сумматора 41)регулятором 6 формируется сигнал,соответствующий П-закону регулированияЗависимость выходного сигналаадаптивного задатчика 17 от времении сигнала с датчика 2 температурыимеет вид, изображенный на фиг, 4Задатчик 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 моментакогда температура в автоклаве впервые достигает значения температурыстерилизации Т, задаваемой сигналомс задатчика 24. После раэмыканияна выходе сумматора 40 получаетсясигнал, по величине (А) равный разности сигналов с интегратора 26 изадатчика 24, Выходной сигнал с переключателя 20 - сигнал с интегратора 36, если элемент ИЛИ 22 выдаетсигнал "1", и сигнал с задатчика24 - в противном случае,Цепь задатчик 25 - интегратор 37замкнута с момента времени С, и сигнал с задатчика 25 тогда поступаетна вход интегратора 37, Сигнал рассогласования между сигналами с интегратора 37 и задатчика 26 формируется сумматором 42, В момент с,момент равенства сигнала рассогласования нулю, сигнал компаратора 45с логического "0" меняется на "1".Время 1:,= -, - время поддержаниятемпературы, настраивается с помощьюзадатчиков 25 и 26. В зависимостиот знака сумматора 42 компаратор 45вырабатывает сигнал на замыкание("1 и) или размыкание ("0") цепи сумматор 42 - сумматор 41 (сумматор 38). Навыходе сумматора 41 формируется сигнал рассогласования между сигналами с переключателя 20 и прерывателя 35. Этот сигнал является задающим сигналомв контуре управления по температуреНа 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 г. его из 3менения, Выбором значений сигналов с задатчиков 25,26 и 27 можно добиться любой требуемой по технологии характеристики (фиг, 4) задающего воздействия на температуру, В моментсигнал 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(2) 1, если Е ) 00, если Е ( О,(3) Ф о р м у л а изобретения45 1, Адаптивная система управленияпроцессом стерилизации, содержащаяавтоклав, подключенный к автоклавудатчик давления, последовательно соединенные первый сумматор первый50вход которого подключен к датчикудавления, первый регулятор, первыйШИМ-модулятор и первое реле, подключенное к клапану сброса давленияавтоклава, задатчик, который подключен к второму входу первого сумматора подключенный к автоклаву датчик температуры, последовательно соедиК при с.К(С) = К +А при С., ( г. ( й , (1)К пригде К, К - величины сигналов с задатчиков 50 и 51;коэффициент усиленияусилителя 55,Сигнал с переключателя 52 - этоили сигнал К с эадатчика 50, еслисигнал с элемента ИЛИ 22 "0", илис сумматора 5 ч - в противном случае.На вход сумматора 5 ч поступают сигналы с задатчика 50 и усилителя 55.Сигнал с переключателя 53 - это или сигнал с переключателя 52, если сигналс компаратора 5 "0", и сигнал Кс задатчика 51 - в противном случае("1"). Сигнал К с блока 18 оптимизации и является весовым коэффициентом П-закона управления, реализуемого регулятором 6, Сигнал с регу-.лятора 6 поступает, на вход ШИМ-модулятора 8, который формирует сигналЕ, поступающий на входы реле 10 и 11,Выходные сигналы 11 и У с реле10 и 11 имеют вид Эти сигналы являются соответственно управляющими для клапана 1 ч подачи пара в автоклав (он открывается в силу логики (2) на промежутке возрастания характеристики задающего воздействия) и клапана 13 охлаждения автоклава (открыт при убывании характеристики задающего воздействия). 5 1 О 15 20 25 ненные второй сумматор первый входкоторого подключен к датчику температуры, второй регулятор и второйШИМ-модулятор, выход. которого черезсоответственно второе и третье ре ле подключен к клапану подачи параи клапану охлаждения автоклава, о т -л и ч а ю щ а я с я тем, что, сцелью обеспечения высокого качествафункционирования системы управленияпри измерении в широких диапазонахпараметров управляющих сигналов, онаснабжена адаптивным задатчиком иблоком оптимизации, причем первыйвыход адаптивного задатчика соединен с вторым входом второго сумматора, а второй, третий и четвертыйвыходы адаптивного задатчика - с первым, вторым и третьим входами первогоблока оптимизации, выход блока оптимизации подключен к второмувходу второго регулятора, авыход датчика температуры подключен к входу адаптивногозадатчика. 2, Система по п, 1, о т л и ч 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, 7третий 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 логического элемента ИЛИ соединен с вторым 3322 бвходом седьмого прерывателя, выход первого компаратора соединен с вторым входом пятого прерывателя, а5выход 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 выходами адаптивного задатчика.орректор Л. Бес каз 3830/42 Тираж 863 По ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делаЮ изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5