Устройство для регулирования температуры

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН 068 19) (И)11 С 05 О 23/19 ЕНИЯ д ОПИСА АВТОРСИ ИЕ ИЗО ВИДЕТЕЛЬСТВ ИЬЛй -ы рохнд ельст 19, 1 9 РОВЙ 792225то, сйства,ЕГУЛв. Уем,устр ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ по авт.отличающеесяцелью повышения точности оно содержит последовательно соединенные элемент НЕ, первый элемент И-НЕ и второй элемент И-НЕ, а также третий элемент И-НЕ, соединенный выходом с вторым входом второго элемента И-.НЕ, причем вход элемента НЕ связан с выходом первого блока срав- Р .нения, второй вход первого элементаИ-НЕ - с выходом блока синхронизации входы третьего элемента И-НЕ - с выходами блока изменения угла отсечки и с выходом второго блока сравнения, а вход блока запуска тиристоров - с выходом второго элемента И-НЕ.Устройство содержит второй блок1 сравнения, первый блок 2 сравнения, блок 3 измерения температуры,нагреватель 4, генератор 5 импульсов,блок б управления углом отсечкн,первый коммутатор 7, тнристорный ключ8, реверсивный счетчик 9, блок 10изменения угла отсечки, блок 11 синхронизации, блок 12 запуска тиристоров, первый задатчик 13 температуры, второй задатчик 14 температуры.,Блок б управления углом отсечки со:держит триггер 15 и первый элемент И 16. Изобретение относится к регулированию температуры сиспользованиемэлектрических средств и может бытьиспользовано в различных областяхпромышленности, в частности, при автоматизации технологических процессов для поддержания заданного уровнятемпературы с очень высокой степеньюточности.Известно устройство для регулирования температуры, содержащее гене Оратор импульсов, блок синхронизацииблок запуска тиристоров, последовательно соединенные первый эадатчиктемпературы, первый блок сравненияи реверсивный счетчик, последователь но соединенные блок измерения температуры, коммутатор, тиристорный ключи нагреватель, а также блок изменения угла отсечки и последовательносоединенные второй задатчик. температуры, второй блок сравнения и блокуправления углом отсечки, причем второй выход блока измерения температуры соединен с вторым входом первогоблока сравнения, а выход блока запуска тиристоров - с вторым входомтиристорного ключа, второй вход блока управления углом отсечки соединенс выходом первого блока сравнения ивторым входом второго блока сравнения, третий вход - с выходом генератора импульсов, а выход блока управления углом отсечки соединен с ввторым входом реверсивного счетчика,выход которого связан с первым входом блока изменения угла отсечки, З 5второй вход которого подключен к выходу блока синхронизации, а выход -.к входу блока запуска тиристоров,второй выход блока измерения температуры связан с третьим входом второго 4 Облока сравнения, при этом блок управления углом отсечки содержит последовательно соединенные триггер ипервый элемент И, выход которогосвязан с выходом блока, второй и 45третий входы первого элемента И соединены соответственно с первым итретьим входаье блока, а вход триггера - с вторым входом, второй блоксравнения содержит последовательносоединенные компаратор и второй элемент И, выход которого связан с выходом блока, входы компаратора,соединены с первым н третьим входамиблока, с вторым входом которого связан второй вход второго элемента И,блок изменения угла отсечки содержит последовательно соединенные генератор, счетчик, нуль-брган и одновибратор, выход которого связанс выходом блока, второй вход нуль" 6 О.органа соединен с первым входом блока,.второй вход которого связан свторым входом счетчика,Известное устройство для регулирования температуры способствует 65 повышению точности поддержания заданного значения температуры за счетполучения долговременного равновесного состояния, в результате чегов схеме не происходит регулированиетемпературы при отсутствии внешнихвозмущений Г 13.Недостатком известного устройства является малая точность поддержания заданного значения температурыпри больших значениях возмущающихвоздействий, что ограничивает егоиспользование,Целью изобретения является увеличение точности устройства эа счеткомпенсации составляющей ошибки,возникающей при больших возмущающихвоздействиях.Поставленная цель достигается тем,что в устройство для регулированиятемпературы введены последовательносоединенные элемент НЕ, первый элемент И"НЕ и второй элемент И-НЕ, атакже третий элемент И-НЕ, соединенный выходом со вторым входом второго элемента И-НЕ, причем вход элемента НЕ связан с выходом первогоблока сравнения, второй вход первого элемента И-НЕ - с выходом блокасинхронизации, входы третьего элемента И-НЕ - с выходами блока изменения угла отсечки и с выходом второго блока сравнения, а вход блоказапуска тиристоров - с выходом второго элемента И-НЕ.Совокупность перечисленных узловфункционально представляет собойвторой коммутатор. Благодаря введению упомянутых элементов устройство,наряду со свойствами интегральногорегулятора, приобретает свойства,и релейного регулятора, что позволяет скомпенсировать составляющуюошибни, вызванную большими возмущающими воздействиями,На фиг. 1 представлена блок-схема устройства для регулирования температуры; на фиг. 2 - блок управления углом отсечки; на фиг, 3 - второй блок сравнения; на фиг. 4 - блок изменения угла отсечки; на фиг. 5 второй коммутатор,Блок 1 сравнения содержит компаратор 17 и второй элемент И 18;Блок 10 изменения угла отсечки содержит генератор 19, нуль-орган 20, счетчик 21 и одновибратор 22.Устройство содержит также формирователь 23 импульсов, который может представлять собой одновибратор, аналогичный одновибратору 22, и,кроме того, - второй коммутатор 24, который содержит элемент НЕ 25, первый элемент И-НЕ 26, второй элемент И-НЕ 27 и третий элемент И-НЕ 28.Блоки 2, 3 и 13 могут быть выполнены на любом двухпозиционном регуляторе температуры, например типа 15 ПТР, ТК и др, Коммутатор 7 может быть выполнен на основе тиристорного ключа, блок 11 синхронизации - в виде двухстороннего ограничителя, дифференцирующей цепочки и формирователя импульсов, блок 12 запуска тиристоров - на любом мощном токовом ключе, компаратор 17 - на основе операционного усилителя.На фиг. 1-5 приняты следующие 25 буквенные обозначения: Е 1 частота генератора 5 импульсов; Еъ - частота генератора 19;И - последовательность импульсов, поступающих на счетный вход реверсивного счетчика 9; И - сигнал управления направлением реверсивного счетчика 9; В - потенциальные выходы реверсивного счетчика 9; А потенциальные выходы счетчика 21;3 - сигнал записи фиксированного числа в реверсивный счетчик 9; М сигнал о действительной температуре;О 3 - сигнал, о заданной температуре; ик- сигнал о заданной температуре, отличающийся на зону нечувствительности; В 1 - импульсы запуска тирис торов; И - мощные импульсы запуска тиристоров; щ с - импульсы начальной установки числа в счетчика 21; Ь - напряжение, поступающее на нагреватели 1 С - сигнал равенства; И - сиг нал о равенстве действительной и заданной температуры; У -сигнал о превышении заданной температуры на величину дТ; К - сигнал об аварийном перегреве; Р - напряжение сило вого питания, включающееся при ава.рийном перегреве; Зк - сигнал уста" новки триггера в исходное состояние. при включении питания; М 3 - после" довательность импульсов запуска тиристоров, выработанных в моментперехода напряжения сети через нуль) М - первая последовательность импульсов коммутатора 24; 9 - вторая последовательность импульсов коммутатора 24; И, - последовательность им пульсов зайуска тиристоров.Устройство для регулирования температуры работает следующим образом.В устройстве используются сигналы Ю и У, определяеь.е следующим образом. 65 Сигнал И имеет два логических состояния, описываемые следующим выражением:О, если Сз ) . (сложение)1, если 11. (вычитание),Ф где С - заданная температура объек 9та.- действительная температураобъекта.Сигнал И описывается следующим выражением:И,: ф и Э т (2)ф (О, еслиСигнал И используется для уйравления направлением счета реверсив" ного счетчика 9 и дляобразования последовательности импульсов, посФ тупающей на вход элемента И-НЕ 28, определяемой соотношениемц ЯНЗесли эт (3)(О, еслис тСигнал И,используется для разрешения подачи на счетный вход реверсивного счетчика 9 последовательности импульсов К и для образования последовательности М, поступающей на вход элемента И-НЕ 28, определяемых соотношениямиК если 1 Ф( Н если10, если 13 Ф 1 тВыражение (4) справедливо, когда первоначальная температура достигнута.С выхода элемента И-НЕ, 28 используется последовательность импульсов Н служащая входным сигналом для блока 12 запуска тиристоров, Последовательность импульсов Б определяетися соотношениемН 1если З = "тН 4 НЗ ф если Эт (6)О, еслис .Как следует из соотношейий (1) и (4), в реверсивном счетчике 9 хранится записанное число, которое скла-. дывается или вычитается с последовательностью Б в зависимости от соотношения действительной 1 и заданной Ф температур. В случае равенства действительной и заданной температур (= 3) на счетный вход. реверсивного счетчика 9 импульсы не йоступают, в реверсивном счетчике 9 хранится накопленное .число, полученное при достижении заданной температуры, При внешних возмущениях (изменении питающих напряжений, внешних условий и т.д.) нарушается ра- венство температур, импульсы Н поступают на счетный вход реверсивного счетчика 9, изменяя накопленное в нем число в необходимом направлении до получения нового равновесного состояния,Получению информации о фазовом чйка 21 импульсов, блока измененияперемещении угла отсечки служит блок -угла отсечки,10 изменения угла отсечки (фиг. 4) . Блок Управлеыиправления углом отсечкиСхема работает следующим образом. (Фиг. 2) работает следующим образом,На счетный вход счетчика 21 посту- При включении питания триггерпаот импульсы от генератора 19, На 15 Устанавливается в исходное сос 5установочный вход счетчика 21 по- тояние, запрещающее прохождениедаются импульсы в . Импульсы вс фор- импУльсов Е 1 через первый элементмируются каждый раз, когда амплиту- И 1 б. Триггер 15 устанавливается вда питающего напряжения сети равна состояние, разрешающее прохожцениенулю, Каждый импульс кэ последова импУльсов Г 1 прн С ст е И =10этельности в .устанавливает в счетчи- Таким образом, от момента включеке 21, заранее выбранное Фиксирован- ния до момекта достижения заданнойное число. Последовательность им- температуры на счетный вход реверсивпульсов й от генератора 19 вычита- ного счетчика 9 не поступают импуль.етсяиз фиксированного числа, за сц с генератора 5 импульсов.писанного в счетчика 21, уменьшая Второй блок 1 сравнения (фиг. 3)его содержимое до нуляСодержимое выделяет сигнал И, описываемый выреверсивного счетчика 9 и счетчнка 21 . Ражением (2), Выработка сиги21 поступает на нуль-орган 20, В достигается применением второго элерезультате сравнения числа, записан мента И 18 и компаратора 17 порогного в реверсивном счетчике 9 с пос- срабатывания которого отличается отледовательностью чисел счетчика 21 .порога первого блока 2 сравнения нана,выходенуль-орган 20, вцрабатыва- тРебУемую зону нечувствительности.ется сигнал С, определяющий угол за- Компаратор 17 вырабатывает сигналжигания тиристоров. Этот сигнал обраописываемый следующим выражением:зуется на выходе нуль-органа 20 ц 1, если 1 . т + дйри равенстве чисел, поступающих отф1.0 если с с с + асо3реверсивного счетчика 9 и счетчика, Принцип действия второго блока 121; Изменение накопленного числа в . сравнения, блока б управления угломреверсивном счетчике 9 приводит к З 0 отсечки обеспечивает необходимое усиэменению угла зажигания ткрксторов ловие .цля получения долговременноготиристорного ключа 8. равновесного состояния, однако безправильного выбора объема счетчикаКак следует иэ соотношений (3), 21 это условие является недостаточ(5) и (б), в случае равенства дей- нцм, Очевидно, что для получения долствительной и заданной температур, 35 говремеино равновесного состоянияв блок 12 запуска ткристоров посту- требуется выбирать необходимый уголпает сигнал о значении угла зажкга- отсечки для включения тиристоров тиния с реверсивного счетчика, чтористорного ключа 8, Для обеспечениясоответствует такому открытию тирис" всего рабочего диапазона температурторного ключа 8, при котором устрой желательно иметь непрерывную регулиство имеет долговременное устойчивое Ровочную характеристику. В дискретравновесное состояние, при установив- ных системах это может быть достигшемся переходном процессе. В случае, нуто высокой степенью аппроксимациикогда заданная температура превыша- непрерывной регулировочной характеет действительную, в блок 12 запус Ркстики, Степень аппроксимации опрека тиристоров поступает последова- деляется заданным объемом информациительность импульсов, сфорькрованных (количеством разрядов в счетчике 21),каждый раз, когда амплитуда питающе- Коммутатор,24 (Фиг. 5) состоитго напряжения сети равна нулю, что иэ одного элемента НЕ 25 и трех элесоответствует полну открытию тирисментов И-НЕ 26-28 Его работа опиторного ключа 8 и максимальному на- вается выражениями (3), (5) и (б),пряжению на нагревателе.В сРабота устройства при поддержанержаннислучае, когда действительная заданного уровня температуры в слутемпература превышает заданную, в аях, когда фт е. заданнаяблок 12 запуска тиристора импульсы температура больше действительной;не поступают, что соответствует за сзВ., т.е. заданная температуракрытию тиристорного ключа 8 и отсут- равна действительной С стствкю напряжения на нагревателе. заданная температура меньше действиТаким образом, устройство для Ре- тельной осуществляется следующим обгулирования имеет долговременное ус- разом,тойчивое равновесное состояние, ко В первом случае (И : О, И : Г 1торое достигается применением блока 1-И 3И 4)б управлением углом сусечки, схемы В блок 12 запуска тиристоров посвыработки сигнала о равенстве дей- тупает последовательность импульсовствительной и заданной температур к МЗ, сформированных каждый раз, когдасоответствующим выбором объема счет 65 амплитуда питающего напряжения сетиравна нулю, что соответствует полно- ствует закрытию тирнсторного ключа 8му открытию тиристорного ключа 8 и и отсутствию напряжения на нагревамаксимальному напряжению на нагрева- геле 4. В то же время сигнал Х " 1определяет операцию вычитания импульСигнал И = 0 определяет операцию сов И в реверсивном счетчике 9, В ресложения реверсивного счетчика 9,5зультате уменьшения числа в реверсивПоследовательность импульсов с перч ном счетчике 9 увеличивается угол отвого элемента И 16 поступает на счет- сечки включения тиристоров ключа 8,ный вход реверсивного счетчика 9. В . , что соответствует уменьшению напрярезультате увеличения числа в ревер- жения, подаваемого на нагреватель 4,сивном счетчике 9 импульсов на выхо- в случае подключения импульсов посде нуль-органа 20 уменьшается угол ледовательности Н к блоку 12 зап сотс ечки тиристоров .ключа 8, что ка тиристоров. Таким образом, длясоответствует увеличению напряжения, случаясв устройстве. создаютпо даваемого на нагреватель 4, в слу- ея условия при которых. С уменьшаетчае подключения к блоку 12 запуска 35 ся,У Гтиристоров последовательности импуль- таким. образом, в устройстве для Ре.сов Ю. Таким образом, для рассмат- гулирования температуры также обесриваемого случая создаются условия, .печены необходимае и достаточные успри которых Ст повышается, . ловия для получения долговременногоВо втором случае (И= 1, И= О, ф равновесного состояния,И= Й 1) в реверсивном счетчике 9 В устройство, наряду с интегральхранится число, накопленное им для ным законом регулирования, добавлеполучения равновесного состояния. ны элементы релейного закона регулиугол отсЕчки включения тиристоров рования за счет введения второгоне изменяется, следовательно, не из-. р 5 коммутатора. При этом такое положименяется и напряжение, подаваемое тельное свойство релейного законана нагреватель 4, так как оно опре- .регулирования, как быстродействие,деляется последовательностью импуль- используется в предлагаемом устройсов В, поступающей в блок 12 эапус- стве для повышения точности при отка тиристоров. Но в отличие от изве- Работке больших возмущающих воэдейстного устройства, где напряжение на ствий.нагревателе 4 определяется только Например,. количество тепла, поступоследовательностью импульсов Я, в, навщего на объект регулирования, изпредлагаемом устройстве напряжейие меиилось скачком на О, Регуляторна нагревателе 4 определяется после- устройства должен скомпенсироватьдовательностью н только при случае, З 5 возмущающее воздействие, увеличивкогда С,, а в остальных случаях- ,уменьшив) температуру нагревателя,последовательностью Н З и отсутствием В известном устройстве компенсацияимпульсов запуска тиристоров, Поэто- возмущающего воздействия или качестму при прохождении возмущающего воз- во регулирования зависит от выбрандействия в первый момент времени, 40 ного диапазона частот й генераторакогда Ст достигает С , содержамое 5 импульсов. Задача выбора диапазо(число) реверсивного счетчика 9 не на частот й решается в теории автоясоответствует числу, необходимому матического регулирования. При этомдля получения равновесного состояния, из условий устойчивости контура выВ реверсивном счетчике 9 появится 45 бор частоты йоднозначно связанчисло, соответствующее получению рав- с постоянной объекта регулирования иновесного.состояния, через несколь-: поэтому ограничен по величине сверко интервалов времени, в течение ко- ху. Компенсация возмущающего воэдейторых объект регулирования пройдет . ствия будет зависеть от количества,последовательно несколько раэ через 5 О импульсов частоты й, поступившихсостояния, когда 1 т ф 1 8 и С 7 1 на счетный вход реверсивного счетчиили г ( , что говорит о затягива- ка, 9 за единицу времени, т.е. от венин переходного процесса, в отличие личины Йд 1. Величина ЕЮ соответот,известного устройства, где пере- ствует дЦ - приращению количествааходной процесс кончался при пеРвоМ 55 тепла, поступающего на объект регудостижении 1 т заданной температуры.лирования за единицу времени, ЧтобыТаким образом, при появлении в ре- скомпенсировать возмущающее воздейверсивном счетчике 9 числа, соответ- ; нствующего появлению равновесного сос- ствие я 1, необходим, чтобы ,Е двтояния, в устройстве создаются условия для поддержания заданного уров равнялась 0, где Ь - время. Поканя температуры до следующего изме-, происходит компенсация возмущающегонения внешних условий. воздействия, действительная темпе 3 третьем случае (И, -" 1, Н: Йратура объекта 1 изменяется от заИ = О) в блок 12 запуска тиристоровданной температуры 1 на величинуимпульсы не поступают, что соответ д 1 а затем снова будетВ Предлагаемэм устройстве компенсация возмущающего воздействия происходит иным образом. Приращение количества тепла, поступающего на объект регулирования аЯ, в данном случае не зависит от частоты Г, а эави сит от разности между количеством тепла, выделяемым нагревателем, вклю. ченным на полную мощность, и количеством тепла, выделяеням нагревателем в состоянии долговременного равновесного состояния, соответствующего В, либо количеству тепла,. выделяемому нагревателем в состоянии долговременного равновесного состояния, соответствующего й,. 15йсио, что приращение 49 намного превышает по величине 4 Яд;Чтобй скомпенсировать такое же возвещающее врэдействие я необходимо чтобы 3 В 20 ,5 39 равнялась О, где щ - время,3 как 4 00 6 0, то и и р щ, т.е, в этом случае компенсация возмущающего воздействия происходит за значительно меньший отрезок времени, и 1 т изменяется отна величину Ж, при этом величина 4 Й, будет значительно меньше АСи.Величины 41,и аСхарактеризует точность поддержания заданной температуры. Из приведенных рассуждений ясно, что точность поддержания заданной температуры в предлагаемомустройстве будет выше, но при этом затягивается переходной процесс выхода устройства на новое долговременное равновесное состояние, соответствующее значению Е.Таким образом, в предлагаемом устройстве достигнута более высокая точность поддержания заданной температуры,1090681 3005/21 Тираж 842ВНИИПИ Государственного комитетапо делам изобретений и открыти 113035, Москва, Ж, Раушская н одписСССР е лиал ППП Патент,фг. Ужгород, ул, Проект Составитель Л,Птенцоваедактор Н.Егорова Техред Л.Мартяшова Корректор А.Ильи