Устройство для регулирования температуры

 

Изобретение относится к системам автоматического регулирования температуры и может быть применено для инфракрасного обогрева животных. Устройство содержит цифровые датчики и задатчик температуры, задатчик временны.х интервалов, делитель частоты, цифровой вольтметр и обеспечивает повышение точности при расширении функциональных возможностей за счет формирования блоком памяти управляюш.его сигнала на блок управления, соответствующего температурно-временным характеристикам процесса регулирования в соответствии с сигналом ошибки, сформированным вычитателем. Блок управления, синхронизированный с нулем сети переменного тока, формирует ШИЛ1-сигнал управления, зависящий от сигнала ошибки и от величины напряжения сети. 1 з.п. ф-лы, 4 ил. 00 оо СП СО О1

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК 1 4 С 05 Р 23/19

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3988680/24-24 (22) 02.12.85 (46) 07.09.87. Бюл. № 33 (72) А. М. Агизим, И. П. Карплюк, А. Е. Фриш, В. С. Муратов, В. М. Полищук, П. И, Кушнир, Н. Н. Ващенюк и А. К. Лямцов (53) 621.555.6 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 801840, кл. А 61 N 5/06, 1978.

Авторское свидетельство СССР № 1151932, кл. Ci 05 D 23/19, 1983. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ (57) Изобретение относится к системам автоматического регулирования температуры и может быть применено для инфракрасного

„„SU„„1335950 д1 обогрева животных. Устройство содержит цифровые датчики и задатчик температуры, задатчик временных интервалов, делитель частоты, цифровой вольтметр и обеспечивает повышение точности при расширении функциональных возможностей за счет формирования блоком памяти управляющего сигна.па на блок управления, соответствующего температурно-временным характеристикам процесса регулирования в соответствии с сигналом ошибки, сформированным вычитателем. Блок управ. пения, синхронизированный с нулем сети переменного тока, формирует ШИМ-сигнал управления, зависящий от сигнала ошибки и от величины напряжения сети. 1 з и. ф лы, 4 ил.

1335950

Изобретение огносится к системам автоматического регулирования температуры и может быть использовано для регулирования температуры в процессах с заданными температурно-временными характеристиKdMH, в частности для инфракрасного 000грева животных.

Цель изобретения повышение точности при расширении функциональных возможностей устройства.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства; на фиг. 2 — 4 --- варианты схем блока управления.

Устройство для регулирования температуры содержит блок 1 синхронизации, делитель 2 частоты, цифровой задатчик 3 температуры, вычитатель 4, блок 5 памяти, цифровой датчик 6 температуры. блок 7 управления, нагреватель 8, задатчик 9 временных интервалов, цифровой вольтметр 10

Блок управления содержит (фиг. 2) входы

11 — 14 н выходы 15 и 16, счетчик 17, инвертор 18, RS-триггер 19, элемент И 20, усилитель 21, тиристорный клк)чевой элемент 22. Блоки 3, 5 и 9 представляют собой ПЗУ с занесенной в них информацией о температурно-временных характеристиках процесса, параметрах исполнительных элементов и об ьекта регулирования. Вариант выполнения блока 7, приведенный на фиг. 3 включает элемент 23 сравнения кодов, а вариант, приведенный на фиг. 4,— счетчик-умножитель 24.

Устройство работает следующим образом.

Блок 1 синхронизации формирует импульсы с частотой, равной удвоенной частоте сети, с выхода делителя 2 частоты, коды, соответствующие пересчитанному в соответствующее число раз количеству импульсов блока 1 (т.е. текущему моменту времени выращивания t), поступают (с основной и дополнительной групп вь|ходов) на адресные входы задатчика 3 температуры и задатчика 9 временных интервалов сооТветственно. Задатчики 3 и 9 формируют cHI налы управления («Включение», «Выключение», «Интенсивность») нагревателем 8, в качестве которого используются инфракрасные излучатели в соответствии с хранящейся в их памяти программой инфракрасного обогрева животных. На выходе задатчика 3 формируются сигналы, соответствующие величинам необходимых для данного возраста выращиваемых животных (В) перегревов

П = р(В).

Сформированные таким образом сигналы управления (П) поступают на входы уменьшаемого вычитателя 4, а на его входы вычитаемого поступают сигналы с датчика 6 температуры, определяемые средней температурой окружающей среды в помещении выращивания в данное время t. Ha выходах вычитателя образовывается сигнал (код), соответствующий необходимому для данного возраста В и температуры окружающей сре5

1О

55 д

ы T воздействию Р (Р=Г! — Т ). Сигнал (код) Р поступает на блок 5 памяти, представляющий собой ПЗУ, которое по совокупност сигналов Р, сигналов (кодов цифрового вольтметра 10 (V), а также имеюгцейся информации î характеристиках нагревателей 8 (Z), помещения выращивания (К) и вида выращиваемых животных (Ж) формирует сигнал М, соответствующий требуемому перегреву П для данного возраста (В) в виде (Ж) выращиваемых животных в данном помещении (Б) при температуре окружающей среды (T ) и величине напряжения (V) питающей сети, измеренных в данный момент времени t датчиком 6 и вольтметром 10. Следовательно

М == Г (/, Б, Ж, 12(Р, V!), Р = П- — T .

Сигналы, формируемые на других Bblxoдах делителя 2 частоты и задатчика 3, управляют адресными входами задатчика 9, на выходе которого образуется сигнал (Л), соответствующий длительности и времени наступления пауз в циклах обогрева, необходимых при данном возрасте выращиваемых животных (В) данного вида (Ж) в данном помещении выращивания (Б). При этом

Л = (F>(E, Ж, В).

Временная диаграмма типичного суточного цикла воздействия формируется под управлением сигналов (кодов), поступающих с выходов делителя 2 частоты, а номер разновидности текущего цикла (N) и его длительность i Ti) задаются другими выходами задатчика 3.

Сигнал (код) М; поступает на вход 11 блока 7 управления и вызывает на его выходе 15 воздействие соответствующей величины М, интенсивности.

Сигнал Л принимающий значение

«Лог. О» либо «Лог. 1», поступает на вход 12 блока 7 и производит выключение нагревателей 8 независимо от состояния других входов блока 7. Обновление информации в блоке 7 происходит под управлением делителя 2 частоты по входу 14 либо асинхронно.

Блок 7 осугцествляет согласование нагревателей 8 и через входящие в его состав силовые ключи на базе тиристоров типа T — 160 с трансформаторным управлением с выходами блока 5 памяти, задатчика 9 и блока I. Количество полупериодов тока, пропускаемых блоком 7 в нагреватели 8, равно величине кода М„ сформированного на выходе блока 5 (вход !1 блока 7) .: 1ри наличии управляющего сигнала на входе 12 блока 7 (на выходе задатчика 9) импульсы тока «не пропускаются» блоком 7 в нагреватели 8 — формируется пауза в процессе обогрева животных. С целью экономии электрической мощности, рассеиваемой на тиристорных ключах блока 7, схемы ориентированы на

1335950 широтно-импульсный метод регулирования (ШИМ), при котором число полупериодов равно величине сформированного блоком 5 кода М;, а их временное расположение зависит от схемной реализации блока 7 и от моментов перехода напряжения питающей сети через нуль (вход 13 блока 7).

Возможные три способа размещения «пропускаемых» в нагрузку импульсов: все пропускаемые импульсы (М шт. М (N,,N„— период регулирования) размещаются в начале периода регулирования — «проходят» импульсы с номерами от 1-го по М-й; все пропускаемые импульсы размещаются в конце периода регулирования — «проходят» импульсы с номерами от (1х! — М)-го по N-й; импульсы по возможности равномерно распределяются по всему периоду регулирования М вЂ” «проходят» М импульсов, размещение которых зависит от соотношения между М и N (M

Вариант блока 7 на фиг. 2 (ШИМ 1) реализует способ управления по первому или второму типу.

ШИМ 1 работает следующим образом.

Импульс с выхода делителя 2 частоты, воздействуя на вход 14, устанавливает триггер 19 через инвертор 18 в «О» и одновременно заносит в счетчик 17 выходной код блока 5 с входа 11. После этого начинается счет импульсов, поступающих на счетный вход счетчика 17 через вход 13 с блока 1, частота их равна удвоенной частоте сети. Количество разрядов счетчика 17 выбрано так, чтобы его переполнение наступало через М вЂ” М импульсов блока 1, триггер 19 устанавливается в «1», срабатывает элемент И 20 и на выход усилителя 21 начинают проходить импульсы с блока 1 (вход 13), количество которых равно N,— (N p — М) = М. С приходом íà R- вход счетчика 17 через вход 12 управляющего потенциала от задатчика 9 счетчик 17 устанавливается в «О», импульсы переноса прекращаются, а следовательно, прекращаются и импульсы на выходе усилителя 21.

Аналогичные возможности обеспечивает схема ШИМ 2, представленная на фиг. 3.

ШИМ 2 функционирует следующим образом.

Коды, формируемые блоком 5, поступают на параллельные входы А элемента 23 и сравниваются с выходными кодами счетчика 17, пересчитывающего импульсы от блока 1. Управляющий (разрешающий) потенциал на первом входе усилителя 21, соединенном с выходом элемента 23, возникает в те моменты, когда А ) В, в результате в нагрузку под управлением блока 7 будут пропущены М из N импульсов, размещение которых зависит от того, какой из выходов ) или (элемента 23 поступает на вход усилителя 21. С приходом управляющего потенциала от задатчика 9 (через вход 12) на входы ) или (элемента 23 сравне1О

55 ни я кодов, фо1)мирова н liio II 41 lit, . 1ьсов н11 13 хпде усилителя 21 прскра1цается, наступает ил за в процессе регу,111130BBIIIIH.

Функции равномерного раси!3еделсння М импульсов fin длительности перио3à Х„осу1цествляет ШИМ 3, схема которого представлена на фиг. 4.

ШИМ 3 функционирует следующим образом.

Код с выхода блока 5, поступающий через вход 11 блока 7 на входы управления умножением К счетчика-умножителя 24, вызывает изменение коэффициента пересчета импульсов блока 1. что приводит к появлению на входе усилителя 21 М импульсов (М а HÄ), длительность которых равна длительности импульсов блока 1, равномерно распределенных по перно 3i регулирования. С приходом управляющегo lloтенциала от задатчика 9 через вход 12 б Inка 7 íà Rвход счетчика 24, tpnp lpn13 Iние импульсов на входе усилителя 21 ll!3t.кращается.

Тиристорный ключевой элемент 22 функционирует следующим образом.

С приходом импульса ШИМ, синхронного с переходом напряжения питающей сети через «О», на управляющих электродах тиристоров возникает положительное относительно их катодов отпирающее напряжение, и открывается тот из тиристоров, на аноде которого присутствует в данный момент положительное относительно катода напряжение.

В следующий полупериод напряжения

U(отопрется другой из тиристоров. Ток в нагреватели 8 будет пропускаться во все М полупериодов напряжения питающей сети за период регулирования !U . Схема позволяет уменьшить расход электроэнергии за счет уменьшения мощности, выделяемой на элементе 22. Угол отсечки в выходном токе не превышает 4 — 6 в связи с тем, что анодное напряжение, достаточное для включения тиристоров Т вЂ” 160, не превышает 7 10 B.

Мощность, «пропускаемая» в нагреватели 8, может составлять величины порядка десятков киловатт.

Уровень помех, создаваемый устройством, оказывается весьма низким, так как коммутация производится практически в моменты перехода сетевого напряжения через «О».

ШИМ 3 по сравнению с ШИМ 1 и ШИМ 2 обеспечивает возможность работы с нагревателями, тепловая инерционность которых сравнима с периодом питающей сети, при возможно равномерной расстановке импульсов по периоду регулирования N„нагреватели не успевают сильно остыть и изменить величину своего сопротивления. Это позволяет дополнительно экономить электрическую мощность. ШИМ 1 позволяет организовать регулятор сразу нескольких процессов, так как счетчик служит одновремен1335950

Формула изобретения (/с (lс

5 но регистром. LLIL4M 2 обеспечивает максимальную простоту, не требуя дополнительного выхода (вход 14 ШИЧ 1) делителя 2 частоты.

Таким образом, устройство обеспечивает автоматическое поддержание и требуемый закон изменения температуры перегрева (П) и длительностей циклов обогрева (Т) с заданной точностью в зависимости от возраста выращиваемых животных (В) и темпе- 10 ратуры окружающей среды (Т") в данном помещении для выращивания при изменениях напряжения питающей сети (Li) в широких пределах, обеспечивая при этом экономию энергетических ресурсов при повышении напряжения питающей сети, а также исключение возможностей педогрева и перегрева выращи ваемых животных при изменениях величины напряжения питающей сети.

l. Устройство для регулирования температуры, содержащее цифровые датчики и задатчик температуры, вычитатель, делитель частоты, блок синхронизации, блок памяти, 25 а также последовательно включенные в сеть переменного тока блок управления и нагреватель, причем один из входов вычитателя соединен с выходом цифрового датчика температуры, а другой его вход связан с одним из выходов цифрового задатчика температуры, вход блока синхронизации соединен с сетью переменного тока. отличающееся тем, ч"î,,с целью повышения тонкости при расширении функциопальных возможностей, введены задатчик временных интервалов и цифровой вольтметр, причем вход цифрового вольтметра подключен к сети переменного тока, а его выход соединен с первым входом блока памяти, выход которого подключен к первому входу блока управления, второй, третий и четвертый входы которого соединепы соответственно с выходами задатчика временных интервалов, блока синхронизации и первым выходом делителя частоты, второй выход которого подключен к первому входу задатчика временных интервалов, второй вход которого соединен с другим выходом цифрового задатчика температуры, соединенного входом с третьим выходом делителя частоты, вход которого подключен к выходу блока синхронизации, а второй вход блока памяти соединен с выходом вычитателя.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок управления содержит счетчик, инвертор, RS-триггер, а также последовательно соединенные элементы И, усилитель, тиристорный ключевой элемент, причем первый вход блока связан с информационным входом счетчика, вход сброса и счетный вход которого соединены соответственно с вторым и третьим входами блока, четвертый вход которого связан с входом записи счетчика и через инвертор с R-входом RS-триггера, S-вход которого подклк>чен к выходу счетчика, входы элемента И соединены с выходом RS-триггера и третьим входом блока, а выход тиристорного ключевого элемента соединен с выходом блока.

+Enum

Риз. 2

+ Enum

+Enum

1б

Составитель Г. Крейман

Редактор В. Данко Техред И. Верес Корректор А. Обручар

Заказ 3802/4i Тираж 863 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1 l 3035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4