Устройство для регулирования температуры

,Крупник,Кулаков 306-3 ри ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ .РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ, содержащее первыйи второй измерительные блоки, первыйи второй усийители, первый силовойпреобразователь, второй силовой преобразователь, вьмодом связанный свходом второго усилителя, электромагнитный клапан, установленный налинии подачи охладителя в камеру,внутри которой расположен объект,нагреватель, вход которого соединенс выходом первого силового преобразователя, первый и второй датчикитемпературы, вьмоды которьм соединены с первыми входами первого и второго измерительных блоков, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с цельюповышения точности устройства, оно 801158996, дополнительно содУ связанную пневмовком холодного и горячего газов смесительную камеру, в которой размещена спабженная электроприводом управляющая задвижка, интегратор, первый ключ, включенный параллельно интегратору, второй ключ, регулируемый ограничитель, первый и второй переключатели, первый и второй %5 -триггеры, первый и второй блоки сравне." ния и компаратор, первый вход которого соединен с первым выходом программатора и первым входом первого блока сравнения, второй вхрд которого сое- динен с первым входом второго измерительного блока и вторым входом компаратора, выходом соединенного спервым установочным входом первогоИ -триггера, второй установочный вход которого соединен с первым установочным входом второго В 5 -триггера и вторым выходом программатора, третий выход которого соединен с вторым установочным входом второго К 5-т ггера, вьмодом соединенного с управляющим входом первого ключа и инфор- СФ мационным входом второго ключа, выход которого соединен с управляющим входом электромагнитногоклапана, вход которого соединен с выходом1смесительной камеры, и электропривод управляющей задвижки управляющим входом связан с выходом второго силового преобразователя, причем выход второго К 5 -триггера связан также с управляющим входом первого перЬ- ключателя, первый вход которого соединен с выходом первого измерительного блока, вторым входом соединен1158996 ного с четвертым выходом программатора, а второй вход первого переключателя связан с выходом второго переключателя, управляющий вход которого соединен с выходом первого Мтриггера, первый вход соединен с выходом первого блока сравнения, авторой вход соедин н с выходом второго. измерительного блока, второйвход которого соединен с выходом.второго блока сравнения, первымвходом соединенного с выходом первого датчика температуры н входом программатора, а вторым входом - с пя 1Изобретение относится к автоматике и может быть использовано вустройствах для регулирования иуправления процессов в технологических установках, в частности для цик-. 5лического программного управлениятемпературой.Цель изобретения - повышение точ-ности устройства,На фиг. 1 показана функциональная 10схема устройства для регулированиятемпературьц на фиг 2 - временныедиаграммы, поясняющие работу грограммного устройства.Устройство для регулирования температуры содержит первый и второйизмерительные блоки 1 и 2, первый ивторой переключатели 3 и 4, последо"вательно соединенные первый усилитель5, интегратор 6 и первый силовой преобраэователь 7, последовательно соединенные второй усилитель 8 и второй силовой преобразователь 9, связанную с источником холодного и горячего газа смесительную камеру 10, 25в которой размещена снабженная электроприводом управляющая задвижка 11,электромагнитный клапан 12, установ-ленный на линии подачи охладителя вкамеру 13, в. утри которой расположен З 0объект, нагреватель 14, связанныйс выходом первого силового элемента7, и первый и второй датчики 15 и 16.температуры, выходы которых соединены соответственно с первыми входамипервого и второго измерительных бло- . тым выходом программатора, шестой выход которого соединен с управляю" щим входом регулируемого ограничителя, первым выводом соединенного с выходом первого усилителя и входом интегратора, выход которого соединен с входом первого силового преобразователя, а второй вывод регулируемогоограничителя соединен с входом первого усилителя и первым выходом первогопереключателя, второй выходкоторого со-единен с входом второго усилителя, седьмой выходпрограмматора соединенс управляющим входом второго ключа. 2ков 1 и 2, программатор 17, регулируемый ограничитель 18, первый и второй й 5 -триггеры 19 и 20, первый и второй блоки 21 и 22 сравнения, первый ключ 23, включенный параллельно интегратору 6, второй ключ 24 и комапаратор 25, первый вход которого соединен с первым входом программатора 17 и первым входом первого блока 21 сравнения, второй вход которого соедини с первым входом второго измерительного блока 2 и вторым входом компаратора 25, выходом соединенного с первым установочным входом первого Йь -триггера 19, второй установочный вход которого соединен с первым установочным входом К 5-триггера 20 и вторым выходом программатора 18, третий выход котсрого соединен с вторым установочным входом второго М-триггера 20, выходом соединенного с информационным входом второго ключа 24, выходом соединенного с управляющим входом электромагнитного клапана 12, пневмовход которого соединен с выходом смеси- тельной камеры 10 и управляющими входами первого ключа 23 и первого переключателя 3, первый вход которого соединен с выходом первого измери-, тельного блока 1,. вторым входом соединенного с четвертым выходом программатора 17, а второй вход - с.выходом второго переключающего блока 4, управляющий вход которого соединен с выходом первого Й 1 -триг3 1158 гера 19, первый вход соединен с выходом первого блока 21 сравнения, а второй вход соединен с выходом второго измерительного блока 2, второй вход которого соединен с выходом второго блока 22 сравнения, первым входом соединенного с входом программатора 17 и выходом первого дат-. чика 15 температуры, а вторым входом - с пятым выходом программатора 10 17, вестой выход которого соединен с управляющим входом регулируемого ограничителя 18, первым выводом соединенного с выходом первого усилителя 5, а вторым выходом - с входом первого усилителя 5 и первым выходом первого переключателя 3, второй выход которого соединен с входом второго усилителя 8, седьмой выход программатора 17 соединен с управляющим входом второго ключа 24, выход второго силового преобразователя 9 соединен с управляющим входом управляющей задвижки 11 с электроприводом. . ИУстройство работает следующим образом.Программатор 17, выполненный в виде отдельного блока или функционально воспроизводимый с помощью ЭВМ формирует аналоговые и дискрет" ные сигналы, управляющие многоцикловым процессом нагрева и охлаждения объекта,С третьего выхода программатора 17 в соответствии с командой "Нагрев" на второй установочный вход второго И-триггера 20 подается отрицательный импульс Нн сигнала, устанавливающий его в нулевое состоя 40 ние, т.е. на выходе второго 5 -триггера 20 появляется низкий потенциал напряжения, соответствующий уровню логического нуля.С второго выхода программатора 17 фз в соответствии с командой "Охлажде.ние" на первый установочный вход второго Щ-триггера 20 и второй установочный вход первого М-триггера 19 подается отрицательный импульс 0 сигнала Ур, устанавливающий второй 3-триггер 20 и первый 35 -триггер 19 в единичное состояние. При этом, на выходе первого и второго К-триггеров 19 и 20 появляется высокий потенциал напряжения, соответствующий уровню логической единицы. С четвертого выхода программатора 17 996 4на второй вход первого измерительного блока 1 подается постоянный сигнал 11 н задания, уровень которого определяет максимальную температуру Та до которой нагревается объект.С пятого выхода программатора 17 на второй вход второго блока 22 сравнения подается постоянный сигнал Б, уровень которого соответствует заданному градиенту (разности) температур поверхности объекта и охлаждающего газа.С первого выхода программатора 17 на первые входы первого блока 21 сравнения и компаратора 25 подается сигнал У, уровень которого опреде- ляет минимальную температуру охлаждающего газа, соответствующую минимально допустимой температуре Тн.ообъекта.С шестрго выхода программатора 17на управляющий вход регулируемогоограничителя 18 подается аналоговыйсигналБь, постоянного уровня или .изменяннцийся по какому-либо законув зависимости от технологических илиэксплуатационных требований, определяющий темп нагрева объекта.С седьмого выхода программатора17 на управляющий вход второго ключа 24 подается постоянный сигналуровня логической единицы О, определяющий продолжительность работыустройства состоянием замкнутогоключа,При появлении на выходе второгоМ-триггера 20 сигнала, соответствующего уровню логического нуля (в соответствии с командой "Нагрев" ), воздействующего на управл 1 кнцие входыпервого ключа 23, первого переключателя 3 и через замкнутый в течениевсего времени работы устройства второй ключ 24 электромагнитного клапана 12, размыкается первый ключ 23,расвунтируя цепь обратной связи интегратОра 6, замыкается цепь прохождения сигнала с первого входа переключателя 3 через его,первый выходи одновременно размыкается .цепь прохождения сигнала с второго входачерез его второй выход. При этомэлектромагнитный клапан 12 закрывается, перекрывая доступ охлаждающегогаза в камеру 13.При появлениина выходах первогои второго М-триггеров 19 и 20 сигналов, соответствукнцих уровню логи- сческой единицы, воздействующих науправляющие входы второго переключателя 4, первого переключателя 3,первого ключа 23 и через замкнутыйвторой ключ 24 электромагнитного 5клапана 12 (в соответствии с командой "Охлаждение" ), замыкается первыйключ 23, шунткруя цепь обратной связи интегратора 6, замыкаются цепьпрохождения сигналов с второго входа 10первого переключателя 3 через еговторой выход и с второго входа второго переключателя 4 через его выход.При этом размыкаются цепи прохождения сигналов с первого входа первого 15переключателя 3 через его первый выход и с первого входа второго переключателя 4,через его выход. Одновременно открывается Электромагнитный клапан. 12, который не препятствует прохождению охлаждающего газав камеру 13При включенном устройстве.длярегулирования температуры до запускапрограмматора 17 (интервал времени 250 - ) задающие и управляющие сигна-лы с .его выходов 1-7 не проходят,Первый и второй Р 5-триггеры 19 и 20,.при этом устанавливаются в произвольном состоянии, не оказьвая никакого 30влияния на работу устройства.Если второй РЭ-триггер 20 установился в нулевое состояние, расшунтируется интегратор 6, череззамкнутый канал первого переключате"ля 3 проходит. сигнал с выхода первого измерительного блока 1 на выходпервого усилителя 5. Однако при отсутствии сигнала задания с четвертого выхода программатора 17 темпера- ртура объекта не изменится, так каксигнал с первого датчика 15 темпера. -туры, установленного на поверхностиобъекта приводит к появлению на выходах первого измерительного блока1 и первого усилителя 5 отрицательного сигнала, удерживающего однополярный интегратор 6 в нулевом состоянии,Состояние первого РЭ-триггера 19 фне оказывает никакого влияния на температуру объекта, так как электромагнитный клапан 12 закрыт при отсутствии сигнала на его управляющем входе в течение времени О - , 55 когда разомкнут, второй ключ 24, Прй отсутствии управляющего сигнала с выходов второго усилителя 8 и второ го силового преобразователя 9, обусловленного размыканием второго канала первого переключателя 3, управляющая задвижка 11 смесительной каме-ры 10 устанавливается в крайнее положение, при котором охлаждающийгаз поступает лишь от источника горячего газа,Если второй Р 5 -триггер 20 устанавливается в единичное состояние, замыкается первый ключ, шунтируя цепьобратной связи интегратора 6. Приэтом нагреватель 14, выполненный ввиде трубчатого электронагревателя,индуктора, отражательной печи, температуры объекта не изменит.В зависимости от состояния перво-.го Рз-триггера 19 разностный сигналс второго, измерительного блока 2 илипервого блока 21 сравнения череззамкнутый канал первого переключателя 3 отрабатьвается вторым усилителем 8 и вторым силовым преобразовазелем 9, воздействует на электропривод управляющей задвижки 11, изменяя ее положение. Однако охлаждающийгаз через закрытый в течение всеговремени 0- . электромагнитный клапан12 не проходит в камеру 13, представляющую собой термокамеру с вакуумнымустройством и перепускными кпапанами.Начало циклической работы устройства для регулирования температурыопределяется запуском программатора17, В этот момент времени й одновременно с прохождением отрйцательного импульса сигнала Б с третьего выхода программатора 17 на второй установочный вход второго Р 5-триггера 20и переводящего его в нулевое состояние в соответствии с командой "Нагрев" с его первого, четвертого,пятого, шестого,и седьмого выходовфкоторые непрерывновоздействуют навходы первого блока 21 сравнения,компаратора 25, первого измерительного блока 1, второго блока 22 сравнения, на управляющие входы второгоключа 24, который замыкается на всевремя до отключения программатора17 и регулируемого ограничителя 18,выполненного, например, в виде схемысравнения выходного сигнала с управляющим,Сигнал задания У с четвертоговыхода программатора 17 поступаетна второй вход первого нзмерительно0(й) 05 Разностный сигнал с второго иэме- Ярительного блока 2 отбрасывается вторым усилителем 8 и вторым силовым преобразователем 9 таким образом, что на управляющем входе электропривода управляющей задвижки 11 7 1158 го блока 1 и сравнивается с сигналом, соответствующим температуре поверхности объекта, поступающим на первый, вход первого измерительного блока 1 с первого датчика 15 температуры, Разност ный сигнал с измерительного блока 1 через замкнутую цепь. первого переключателя 3 поступает. на вход перво-. го усилителя 5, в цепь обратной связи которого включен регулируемьп 3 ог раничитель 18. Сигнал на выходе первого усилителя 5 с регулируемым ограничением изменяется в соответствии с выражением 130 ВЫ (Й) С(Й 1(й) х ЕСЛИ Одщс(1)"игр(С)О,р (е)если Ос(С)0 ое (й) где ЬО(й) - выходной сигнал первого 20измерительного блока 1;- коэФфициент усиленияпервого усилителя 5;1 огр -уровень ограничения регулируемого ограничите ля 18, задаваемый с шестого выхода программатора 17.Выходной сигнал первого усилителя 5 интегрируется интегратором 6, на ф выходе которого сигнал возрастает с заданным темпом, определяемым управляющим сигналом регулируемого ограничителя 18 в соответствии с выражени-, ем33 Тгде Т - постоянная времени интегрирования интегратора 6.Нарастающий по заданному закону,сигнал О(й) воздействует на первый .силовой преобразователь 7, которыйуправляет работой нагревателя 14таким образом, что нагрев объекта 4происходит с заданным темпом.(При достижении на поверхностиобъекта температуры, соответствующейзаДанному значению, на выходе первого силового элемента 7 устанавлива- ффется постоянный сигнал, обеспечивающий с помощью нагревателя 14 постоянную температуру на поверхностиобъекта в соответствии, с заданием(момент Й),Программатор 17 получив информацию о достижении заданнон температу.ры объекта поступившую с первого датчика 15 температуры на его вход в виде аналогового сигнала БВх х после отработки заданной выдержки времени 1 - 1 выдает команду на прекращение нагрева и перевод устройства в реим "Охлаждение". При этом с второго выхода программатора17 на второй установочный вход перво. го Ю -триггера 19 и первый установоч ный вход второго РБ-триггера 20 проходит отрицательный импульс сигнала Б переводящий их в "Единичное"состояние. С этого момента , замыкается первый ключ 23, шунтирующий цепь обратной связи интегратора 6 таким образом, что на его выходе сигнал исчезает, после чего нагрев объекта прекращается. Сигнал с выхода первого измерительного блока 1 через разомкнутую цепь первого переключателя 3 на вход первого усилителя 5 не проходит,так как триггеры 19 и 20 устанавливаются в такие состояния, которые обеспечи вают прохождение сигнала с второговхода второго переключателя 4 на егоIвыход и с второго входа первого пере(ключателя 3 на его выход. Одновременно открывается электромагнитный клапач 12, разрешая тем самым доступ охлажденного газа в камеру 13.Второй блок 22 сравнения фориирует задающее воздействие определяемое разностью сигнала, соответствующего текущей температуре объекта поступающего с выхода первого датчика 15 температуры на первый вход второго блока 22 сравнения, и сигнала, соответствующего установке Б программатора 17, поступающего на второй вход второго блока 22 сравнения, определяющее заданный градиент (разность) температур.Выходной сигнал второго блока 22 сравнения поступает на второй вход второго измерительного блока 2, где сравнивается с сигналом обратной связи, соответствующим текущему значению температуры охлаждающего газа, поступающего на его первый вход с выхода второго датчика 16 температуры, установленного в потоке охлаждающего газа.1158996чиков: вместо второго блока 22 сравнения, формирующего сигнал, изменяющийся в соответствии с заданным градиентом (разностью) температур по 5 верхности объекта и охлаждающегогаза, с первого выхода программатора17 подключается задатчик сигнала,а- уровень которого У, определяет порогминимальной температуры охлаждающегоа 111 газа, воздействующего на объект, коа- торая с помощью первого блока 21 срав.нения, второго усилителя 8, дторогосилового преобразователя 9, управляющей задвижки 11 с электроприводом15 и смесительной камеры 10 поддержиой вается неизменной до конца процессаохлаждения данного цикла,ь- Программатор 17, получив информацию:о достижении в момент времени 15 .20 заданной минимальной температурые- Труд, н объекта с первого датчика 15 температуры, отрабатывает эаие данную выдержку времени Й-С, втечение которого объект продолжаетв 25 охлаждаться с малой интенсивностью,а- не достигая порога допустимой темпеа ратуры Тд, , соответствующейа- минимальной температуре охлаждающеа- го газа, после чего вьщает командуЗО на прекращение охлаждения и переводо- устройства в режим "Нагрев",смесительной камеры 10 устанавливается сигнал, соответствующий такомуположению управляющей задвижки 11,при котором температура охлаждающеггаза изменяется в соответствии с измененией сигнала на выходе второгоблока,22 сравнения; определяющегозаданный градиент (разность) темпертур поверхности объекта и охлаждающего газа, достигая в начале участкохлаждения своего максимального знчения и уменьшаясь при дальнейшемохлаждении.До тех пор, пока сигнал второговыхода .датчика 16 температуры повышает уровень, определяемый установксигнала Б с.первого выхода программатора 17, соответствующего минималной температуре охлаждающего газа,с выхода компаратора 25 на первыйустановочный -вход первого Й 5 -триггра 19 поступает сигнал логическойединицы, не оказывающий на состоянтриггера никакого влияния,Как только сигнал, поступающийсоответствии с температурой охлаждющегО газа с выхода второго датчик, 16 температуры на второй вход компратора 25, снизится до уровня сигнла И, приходящего на первый входкомпаратора 25 с первого выхода прграмматора 17, сработает компаратор25 и отрицательным перепадом выходного сигнала, поступающего на первыйустановочньй вход первого Я 5-тригге 35ра 19, переводит его в противоположное состояние с выходным сигналом,соответствующим уровню логическогонуля (момент времени С),Второй переключатель 4 при изме ф нении управляющего сигнала на его управляющем входе размыкает цепь прохождения сигнала с выхода второго измерительного блока 2 на вход второго усилителя 8 через замкнутую цепь 4 з первого переключателя 3. При этом на вход второго усилителя 8 проходит сигнал с выхода первого блока 21 сравнения, определяемый разностью сигналов,соответствующих уставке Б 56 минимальной температуры охлаждающего газа с первого выхода программатора 17 и температуре охлаждающего газа, поступающих на второй и первый входы первого блока 21 сравнения, Таким 55 образом, с этого момента времени в устройстве для регулирования температуры происходит переключение задатПри этом с третьего выхода программатора 17.в момент временипроходит отрицательный импульс сигнала Б , переводящий второй Й 5 -триггер 20 в нулевое состояние. Первый и второй переключатели 3 и 4 обеспечивают прохождение сигнала с выхода первого измерительного блока 1 на вход первого усилителя 5, а разомкнутый первый ключ 23 расшунтирует интегратор 6, который начинает интегрирование при нулевом выходном напряжении, В это время с выходов второго измерительного блока 2 и первого.блока 21 сравнения сигналы на вход второго усилителя 8 не проходят через разомкнутую цепь второй вход - второй выход первого переключателя 3. При отсутствии управляющих сигналов с выходов второго силового преобразователя 9 и второго Я 5 -триггера 20 управляющая задвижка 11 смесительной камеры 10 с помощью электропрчвода устанавливается в крайнее положение, при котором охлаждающий газ поступает лишь от источника горячего газа, но через закрытый электромагнитный(1158996 12Ъвает однополярный интегратор 6 в нулевое состояние, .снимая управляющийсигнал на входе нагревателя 14. 11клапан 12 в камеру 13 не проходит, .Начинается следующий цикл работы устройства, в котором все рассмотрен ные .процессы повторяются.При внезапном аварийном .отключении э программатора 17 объект независимо от стадии цикла термовоздействия остыва, ет в естественных условиях, так как при этом с помощью разомкнувшегося второго ключа 24 электромагнитный клапан 12 закрывается, препятствуя прохсадению охлаздающего газа в камеру 13, а отрицательный сигнал с выходов первого измерительного блока 1 и первого усилителя 5 при отсут ствии сигнала задания 0 устанавли(Окончание работы устройства для регулировани,; температуры осуществпяется остановкой программатора 17 в конце заданного цикла при достижении объектом заданной минималвной температуры, При этом из-за отсутствия управляющего сигнала закрывается электромагнитный клапан 12, который не пропускает поток охлакдающего газа в камеру 13, а эашунтированный интегратор 6 препятствует разогреву нагревателя 14.1158996 2 и йфиВ,2 Составитель В.Крупнедактор М.Недолуженко Тезред И,Асталош Корректор А,Тяс аз 35 Тираж Государстве елам изобрете осква,. Ж