Устройство для регулирования температуры

 

Изобретение относится к технике автоматического регулирования и может быть использовано для построения автоматических регуляторов температуры, в частности в птицеводческих помещениях, имеющих приточную и вытяжную вентиляцию. Изобретение позволяет расширить функциональные возможности устройства путем автоматического контроля верхней и нижней границ температуры воздуха приточной вентиляции, повысить его надежность, а также улучшить динамику переходных тепловых процессов. Устройство содержит задатчик и датчик температуры помещения, аналого-цифровой преобразователь, три реверсивных счетчика, элемент ИЛИ, тиристорный исполнительный элемент, нагреватель, задатчик и датчик температуры потока воздуха, блок микропрограммного управления, управляемый делитель частоты, регистр, индикатор температуры, два цифроаналоговых преобразователя, двоичный счетчик с предварительной записью, таймер. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к технике автоматического регулирования и может быть использовано для построения автоматических регуляторов температуры, в частности в птицеводческих помещениях, имеющих приточную и вытяжную вентиляцию.

Известно устройство для регулировки параметров микроклимата животноводческих помещений [1] содержащее помещение, датчик температуры воздуха в помещении, датчик относительной влажности воздуха в помещении, датчик содержания углекислого газа в помещении, элементы сравнения, задатчики температуры, относительной влажности воздуха, содержания углекислого газа, усилители, разделительные диоды, блок выделения максимального сигнала, элементы И, блок управления приточной вентиляции, блок управления вытяжной вентиляцией, приточной и вытяжной электровентиляторы, блок управления нагревателем, блок управления увлажнителем, нагреватель, увлажнитель, датчик относительной влажности наружного воздуха, реле.

Недостатком устройства является ограничение функциональных возможностей вследствие того, что не контролируется температура потока приточной вентиляции.

Известно устройство для регулирования температуры в объектах со сходными условиями [2] содержащее задатчик и датчик температуры объекта, датчики температуры окружающей среды, компараторы, ключи, регулятор, нагреватели, резистивный делитель напряжения.

Недостатком известного устройства является ограничение функциональных возможностей вследствие того, что, во-первых, нет приточной вентиляции, во-вторых, нет вытяжной вентиляции, в-третьих, имеются постоянные колебания температуры одного или другого объекта.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для регулирования температуры [3] принятое за прототип. Устройство содержит цифровой задатчик температуры, схему сравнения, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), датчик температуры, триггер, блок памяти, элемент ИЛИ, реверсивный счетчик, элемент И, двоичный счетчик, формирователь синхроимпульсов, мультиплексор, тиристорный исполнительный элемент, нагреватель. Это устройство предназначено для повышения точности регулирования за счет автоматического изменения мощности нагревателя.

Недостатками устройства являются ограниченные функциональные возможности вследствие того, что в нем отсутствует контроль температуры подаваемого воздуха, и низкая надежность, обусловленная тем, что теплонагруженные элементы нагревателя (ТЭН) требуют периодической замены из-за их перегрузки при работе в режиме интенсивного изменения температуры подаваемого воздуха.

Изобретение позволяет решить задачу регулирования температуры в птицеводческих помещениях, имеющих приточую и вытяжную вентиляцию.

Сущность изобретения заключается в том, что устройство для регулирования температуры содержит задатчик температуры помещения, последовательно соединенные датчик температуры помещения и АЦП, первый реверсивный счетчик, элемент ИЛИ и тиристорный исполнительный элемент, выход которого подключен к нагревателю.

Новизна изобретения заключается в том, что в него введены задатчик температуры потока воздуха, датчик температуры потока воздуха, блок микропрограммного управления, управляемый делитель частоты, регистр, индикатор температуры, второй реверсивный счетчик, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) и двоичный счетчик, снабженный предварительной записью, причем счетный вход двоичного счетчика связан с выходом датчика температуры потока воздуха, информационные входы двоичного счетчика с выходами задатчика температуры потока воздуха, а вход записи с первым выходом блока микропрограммного управления, выход старшего разряда двоичного счетчика соединен с входом обнуления второго реверсивного счетчика, остальные выходы двоичного счетчика связаны с входами элемента ИЛИ, выход которого связан с входом направления счета второго реверсивного счетчика, второй выход блока микропрограммного управления связан со счетным входом управляемого делителя частоты, вход записи которого соединен с третьим выходом блока микропрограммного управления, четвертый выход которого связан с входом направления счета первого реверсивного счетчика, связанного информационными входами с выходами задатчика температуры помещения, счетным входом с выходом АЦП, первая группа информационных выходов первого реверсивного счетчика связана с входами регистра, а вторая группа с группой информационных входов управляемого делителя частоты, выход которого соединен со счетным входом второго реверсивного счетчика, первый выход блока микропрограммного управления связан с входом записи регистра, выходы которого присоединены к соответствующим входам индикатора температуры, пятый выход блока микропрограммного управления связан с входом записи первого реверсивного счетчика, выходы второго реверсивного счетчика соединены с входами ЦАП, выход которого подключен к управляющему входу тиристорного исполнительного элемента.

Новизна изобретения заключается также в том, что него введены второй ЦАП, таймер и третий реверсивный счетчик, счетный вход которого соединен с вторым входом блока микропрограммного управления, вход обнуления третьего реверсивного счетчика связан с выходом младшего разряда первого реверсивного счетчика, выход старшего разряда которого связан с входом запуска таймера, тактовый вход которого соединен с шестым выходом блока микропрограммного управления, выходы третьего реверсивного счетчика связаны с входами второго ЦАП, выход которого предназначен для присоединения к управляющему входу электропривода вытяжной вентиляции, а выход таймера предназначен для присоединения к управляющему входу коммутирующего элемента включения дополнительных секций нагревателя.

Введение блоков и связей между ними дает возможность получить новую совокупность существенных признаков, которая при реализации позволяет контролировать температуру воздуха приточной вентиляции и отключать ТЭНы нагревателя при предельном значении, а также повысить точность выхода устройства на заданную температуру в течение заданного интервала времени.

На фиг.1 приведена схема устройства; на фиг.2 схема блока микропрограммного управления; на фиг.3 сигналы на выходах блока микропрограммного управления; на фиг.4 схема управляемого делителя частоты.

Предлагаемое устройство для регулирования температуры (фиг.1) содержит задатчик 1 температуры помещения, последовательно соединенные датчик 2 температуры помещения и АЦП 3, первый реверсивный счетчик 4, элемент ИЛИ 5 и тиристорный исполнительный элемент 6, выход которого подключен к нагревателю 7, задатчик 8 температуры потока воздуха, датчик 9 температуры потока воздуха, блок 10 микропрограммного управления, управляемый делитель 11 частоты, регистр 12, индикатор 13 температуры, второй реверсивный счетчик 14, ЦАП 15 и двоичный счетчик 16 с предварительной записью.

Счетный вход двоичного счетчика 16 связан с выходом датчика 9 температуры потока воздуха, информационные входы с выходами задатчика 8 температуры потока воздуха, а вход записи с первым выходом 17 блока 10 микропрограммного управления. Выход старшего разряда двоичного счетчика 16 соединен с входом обнуления второго реверсивного счетчика 14, остальные выходы двоичного счетчика 16 связаны с входами элемента ИЛИ 5, выход которого связан с входом направления счета второго реверсивного счетчика 14. Второй выход 18 блока 10 микропрограммного управления связан со счетным входом 19 управляемого делителя 11 частоты, вход 20 записи которого соединен с третьим выходом 21 блока микропрограммного управления. Четвертый выход 22 блока 10 связан с входом направления счета первого реверсивного счетчика 4, связанного информационными входами с выходами задатчика 1 температуры помещения, счетным входом с выходом АЦП 3. Первая группа информационных выходов первого реверсивного счетчика 4 связана с соответствующими входами регистра 12, а вторая группа с группой информационных входов управляемого делителя 11 частоты, выход которого соединен со счетным входом второго реверсивного счетчика 14. Первый выход 17 блока 10 микропрограммного управления связан также с входом записи регистра 12, выходы которого присоединены к соответствующим входам индикатора 13 температуры. Пятый выход 23 блока 10 микропрограммного управления связан с входом записи первого реверсивного счетчика 4. Выходы второго реверсивного счетчика 14 соединены с входами ЦАП 15, выход которого подключен к управляющему входу тиристорного исполнительного элемента 6.

Устройство также содержит второй ЦАП 24, таймер 25 и третий реверсивный счетчик 26, счетный вход которого соединен с вторым выходом 18 блока 10 микропрограммного управления, а вход обнуления с выходом 27 младшего разряда первого реверсивного счетчика 4. Выход 28 старшего разряда счетчика 4 связан с входом запуска таймера 25, тактовый вход которого соединен с шестым выходом 29 блока 10 микропрограммного управления. Выходы третьего реверсивного счетчика 26 связаны с входами второго ЦАП 24, выход которого предназначен для присоединения к управляющему входу электропривода вытяжной вентиляции, а выход таймера 25 предназначен для присоединения к управляющему входу коммутирующего элемента включения дополнительных секций нагревателя.

Блок 10 микропрограммного управления (фиг.2) содержит задающий генератор 30, три выхода которого являются соответственно вторым 18, четвертым 22 и шестым 29 выходами блока микропрограммного управления. Выход 22 соединен с входом первого одновибратора 31 и входом инвертора 32. Выход первого одновибратора 31 соединен с входом второго одновибратора 33 и одним из входов элемента ИЛИ 34, другой вход которого соединен с выходом третьего одновибратора 35, входом связанного с выходом инвертора 32. Выход третьего одновибратора 35 связан также с входом четвертого одновибратора 36, выход которого является первым выходом 17 блока 10 микропрограммного управления. Выход второго одновибратора 33 является третьим выходом 21 блока 10, а выход элемента ИЛИ 34 является пятым выходом 23 блока микропрограммного управления.

Временные диаграммы (фиг.3) выходных сигналов блока 10 микропрограммного управления соответствуют следующим выходам: последовательно 37 первому выходу 17, 38 второму выходу 18, 39 третьему выходу 21, 40 четвертому выходу 22, 41 пятому выходу 23, 42 шестому выходу 29.

Управляемый делитель 11 частоты (фиг.4) содержит триггер 43 с входом 20 записи и группой информационных входов. Выходы триггера соединены с соответствующими входами кодоуправляемого делителя 44 частоты, счетный вход которого является входом 19 управляемого делителя 11 частоты. Выход кодоуправляемого делителя 44 частоты является выходом управляемого делителя 11 частоты.

Задатчик 1 температуры помещения выполнен на двух двоично-десятичных переключателях (младшего и старшего разрядов).

Датчик 2 температуры помещения выполнен на p-n-переходе диода.

Работает устройство следующим образом.

При подаче силового питания запускается задающий генератор 30 блока 10 микропрограммного управления. При этом на выходах блока 10 формируются сигналы, приведенные на фиг.3, диаграммы 37-42. Первый реверсивный счетчик 4 работает в двух режимах: режиме измерения температуры помещения и режиме выделения отклонения температуры от заданного значения.

В первом режиме производится запись нулей во все разряды счетчика 4 по сигналу узкий импульс "1" на вход записи, одновременно счетчик 4 переводится в режим прямого счетчика сигналом "1" на вход направления счета и производится подсчет числа импульсов с АЦП 3, поступающих на счетный вход счетчика 4. Время измерения составляет полпериода сигнала 40. При этом соотношение тактовой частоты F_т с выхода АЦП 3 с показаниями индикатора 13 температуры находится в зависимости F_т/200. Например, если частота F_т 3500 Гц, то показания индикатора 13 должны быть 17,5^оС. Код информации о температуре помещения хранится в тpиггерах регистра 12, считывание информации с которых осуществляется в динамическом режиме через дешифратор семисегментного кода индикатора 13 температуры.

Во втором режиме работы счетчика 4 по сигналу с пятого выхода 23 блока 10 на вход записи счетчика 4 в последний записывается информация с задатчика 1 температуры помещения, поступающая на информационные входы счетчика 4. При этом счетчик 4 переводится в режим обратного счета сигналом "0", поступающим на вход направления счета с четвертого выхода 22 блока 10 микропрограммного управления (фиг.3, 40). Режим счета определяется тактовой частотой F_т с выхода АЦП 3, время счета равно полпериода тактовой частоты (0,5 с), сигнал 40, фиг.3. По окончании счета на второй группе информационных выходах счетчика 4 устанавливается код, равный N= N_т -F_t0,5, где N_т код температуры с задатчика 1 температуры. Код N поступает на группу информационных входов управляемого делителя 11 частоты, и в зависимости от отклонения температуры от заданной на них устанавливается код отклонения температуры. Указанный код определяет величину частоты с выхода управляемого делителя 11 частоты, которая поступает на счетный вход второго реверсивного счетчика 14, изменяя тем самым постоянную времени аналогового сигнала управления тиристорным исполнительным элементом 6.

Изменение кода на выходах второго реверсивного счетчика 14 преобразуется с помощью ЦАП 15 в аналоговый сигнал (напряжение в диапазоне 0-10В), который поступает на вход тиристорного исполнительного элемента 6, управляя его работой и изменяя тем самым температуру нагревателя 7.

При температуре в помещении меньше t_з-1^оС (t_з заданная температура) на выходе элемента ИЛИ 5 формируется сигнал "1", который включает счетчики второго реверсивного счетчика 14 в режим прямого счета, скорость которого определяется выходным сигналом управляемого делителя 11 частоты, при этом напряжение на выходе ЦАП 15 увеличивается с постоянной времени Т₁.

При температуре в помещении в диапазоне t_з-1^оС.t_з происходит изменение выходной частоты управляемого делителя 11 частоты и тем самым напряжение на выходе ЦАП 15 увеличивается с постоянной времени Т₂ << Т₁, что позволяет повысить точность выхода устройства на заданную температуру.

Сигнал "0" на выходе элемента ИЛИ 5 включает счетчики второго реверсивного счетчика 14 в режим обратного счета, при этом напряжение на выходе ЦАП 15 уменьшается с постоянной времени Т₂ в диапазоне температур в помещении t_з.t_з + 0,2^оС и с постоянной времени Т₁ при температуре больше t_з + 0,2^оС.

При температуре, большей t_з + 0,6^оС, на выходе 27 первого реверсивного счетчика 4 формируется сигнал "1", который включает третий реверсивный счетчик 26 в режим прямого счета, при этом напряжение на выходе второго ЦАП 24 начинает увеличиваться, задавая увеличение напряжения на тиристорном исполнительном элементе, включающем вытяжную вентиляцию.

Предлагаемое устройство выполняет следующие функции: ограничивает минимальную температуру воздуха приточной вентиляции на заданном уровне, ограничивает максимальную температуру воздуха приточной вентиляции на заданном уровне, отключает нагрев калориферов при предельном значении температуры воздуха приточной вентиляции для защиты ТЭН от перегрева.

Ограничение минимальной температуры воздуха приточной вентиляции осуществляется следующим образом.

При температуре воздуха приточной вентиляции ниже заданной по сигналу с выхода двоичного счетчика 16 на выходе элемента ИЛИ 5 принудительно формируется сигнал "1" во всех режимах работы блоков устройства при стабилизации температуры помещения. Второй реверсивный счетчик 14 работает в режиме прямого счета, и напряжение на выходе ЦАП 15 увеличивается с постоянной времени Т₁. При этом происходит нагрев воздуха приточной вентиляции до достижения минимально заданной температуры потока воздуха.

Ограничение максимальной температуры воздуха приточной вентиляции на заданном уровне осуществляется следующим образом.

При температуре воздуха приточной вентиляции выше заданной по сигналу с выходов двоичного счетчика 16 на выходе элемента ИЛИ 5 принудительно формируется сигнал "0" во всех режимах работы устройства, связанных со стабилизацией температуры помещения. Второй реверсивный счетчик 14 работает в режиме обратного счета, и напряжение на выходе ЦАП 15 уменьшается с постоянной времени Т₁. При этом происходит охлаждение воздуха приточной вентиляции до максимально заданной температуры.

Отключение нагрева калориферов при предельном значении температуры воздуха приточной вентиляции для защиты ТЭН от перегрева проходит следующим образом.

По сигналу, поступающему на вход обнуления, на выходах второго реверсивного счетчика 14 и ЦАП 15 устанавливается сигнал "0", по которому отключается тиристорный исполнительный элемент 6 от нагревателя 7. При отклонении температуры помещения от заданной в сторону уменьшения на величину больше, чем 1^оС в течение 40 мин включается дополнительные секции нагревателя. При этом по сигналу "1" с выхода 28 первого реверсивного счетчика запускается таймер 25, который дает сигнал на включение дополнительных секций нагревателя по истечении указанного времени.

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ, содержащее задатчик температуры помещения, последовательно соединенные датчик температуры помещения и аналого-цифровой преобразователь, первый реверсивный счетчик, элемент ИЛИ и тиристорный исполнительный элемент, выход которого подключен к нагревателю, отличающееся тем, что в него введены задатчик температуры потока воздуха, датчик температуры потока воздуха, блок микропрограммного управления, управляемый делитель частоты, регистр, индикатор температуры, второй реверсивный счетчик, первый цифроаналоговый преобразователь и двоичный счетчик, причем счетный вход двоичного счетчика связан с выходом датчика температуры потока воздуха, информационные входы с выходами задатчика температуры потока воздуха, а вход предварительной записи с первым выходом блока микропрограммного управления, выход старшего разряда двоичного счетчика соединен с входом обнуления второго реверсивного счетчика, остальные выходы - с входами элемента ИЛИ, выход которого связан с входом направления счета второго реверсивного счетчика, второй выход блока микропрограммного управления связан со счетным входом управляемого делителя частоты, вход записи которого соединен с третьим выходом блока микропрограммного управления, четвертый выход которого связан с входом направления счета первого реверсивного счетчика, связанного информационными входами с выходами задатчика температуры помещения, счетным входом с выходом аналого-цифрового преобразователя, первая группа информационных выходов первого реверсивного счетчика связана с входами регистра, а вторая группа с группой информационных входов управляемого делителя частоты, выход которого соединен со счетным входом второго реверсивного счетчика, первый выход блока микропрограммного управления связан с входом записи регистра, выходы которого присоединены к соответствующим входам индикатора температуры, пятый выход с входом записи первого реверсивного счетчика, выходы второго реверсивного счетчика соединены с входами первого цифроаналогового преобразователя, выход которого подключен к управляющему входу тиристорного исполнительного элемента.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в него введены второй цифроаналоговый преобразователь, таймер и третий реверсивный счетчик, счетный вход которого соединен с вторым входом блока микропрограммного управления, вход обнуления с выходом младшего разряда первого реверсивного счетчика, выход старшего разряда которого связан с входом запуска таймера, тактовый вход которого соединен с шестым выходом блока микропрограммного управления, выходы третьего реверсивного счетчика связаны с входами второго цифроаналогового преобразователя, выход которого и выход таймера образуют соответствующие управляющие выходы устройства.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4