Пристрій для автоматичного регулювання температури

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для автоматического регулирования температуры рабочих зон технологического оборудования, содержащего нагревательные элементы и применяемые, например, в металлургической, химической, электротехнической и други х отраслях промышленности. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому является "Устройство для автоматического регулирования температуры", которое содержит термоэлектрические преобразователи, многоканальный регулятор температуры, блок тиристорних усилителей, анализатор аварий системы обогрева и электрические нагревательные элементы, а также связанный с источником питания устройства задатчик диагностических сигналов, регистр управления, блок контроля фаз, регистр анализа сигналов, регистр контроля каналов, блок детекторов нуля, источник тока обогрева и информационную магистраль. Многоканальный регулятор температуры содержит коммутатор аналоговых сигналов, нормирующий усилитель, аналого-цифровой преобразователь, блок контроля и управления, выполненный на базе ЭВМ, блок преобразователей код-временной интервал, датчик температуры холодных спаев и блок клавиатуры и индикации. Анализатор аварий системы обогрева содержит блок контроля тока нагрузки, блок токовой защиты и блок датчиков тока. Это устройство не имеет возможности связываться с общей информационное локальной сетью, объединяющей "n" аналогичных устройств регулирования параметров управляемых объектов, например, температуры. Кроме того, устройство не позволяет связываться по локальным цепям с другими аналогичными устройствами и не позволяет на больших расстояниях (например, 1 км) дистанционно задавать требуемую программу управления и контролировать объект контроля. Это существенно сужает технологические возможности устройства. Устройство обладает также недостаточной помехозащищенностью, т.к. аналоговые цепи, в частности, сильноточные в цепях нагревательных элементов, связаны с цифровыми информационными цепями ЭВМ по общему проводу и передаваемые по ним сигналы будут подвержены помехам, возникающим в цепях питания сети переменного nока. Кроме того, устройство имеет значительную аппаратную избыточность. В частности, функции блока преобразователей код-временной интервал возможно возложить на ЭВМ, а также функции блока контроля тока и блока токовой защиты, при этом величины токов управления и токов короткого замыкания будет контролировать АЦП, на вход коммутатора которого может подаваться информация датчиков тока, т.е. одни и те же функции могут быть реализованы меньшим количеством аппаратуры. Таким образом, основными недостатками устройства-прототипа являются ограниченность технологических возможностей, недостаточно высокий уровень обеспечения помехозащиты и сложность конструкции. Задача, которая решается заявляемым устройством, состоит в значительном упрощении конструкции устройства, расширении его технологических возможностей и снижении уровня помех. Поставленная задача решается тем, что в устройстве для автоматического регулирования температуры, содержащем термоэлектрические преобразователи, многоканальный регулятор температуры, блок тиристорных усилителей, блок датчиков тока и электрические нагревательные элементы, а также связанный с источником питания устройства задатчик диагностических сигналов, блок детекторов нуля, источник тока обогрева, информационную магистраль, причем многоканальный регулятор температуры содержит коммутатор аналоговых сигналов, нормирующий усилитель, аналого-цифровой преобразователь, блок контроля и управления, выполненный на базе ЭВМ, и блок клавиатуры и индикации, согласно изобретению, выходы блока датчиков тока соединены через блок первой гальванической развязки, коммутатор аналоговых сигналов, нормирующий усилитель со входами аналого-цифрового преобразователя, выходы которого через блок второй гальванической развязки соединены с информационной магистралью устройства, а выходы нормирующего усилителя через блок третьей гальванической развязки соединены со входами блока контроля и управления, кроме того в устройство введены контроллер локальной информационной сети, входы которого связаны с выходами блока контроля и управления, а выходы через блок четвертой гальванической развязки с локальной информационной многоканальной сетью, а также блок пятой гальванической развязки, подсоединенный входами к выходам блока детекторов нуля, а выходами - ко входам блока контроля и управления, блок шестой гальванической развязки, входами связанный с управляющими выходами блока контроля и управления, а выходами - со входами блока тиристорных усилителей, блок седьмой гальванической развязки, входами связанный с информационной магистралью устройства, а выходами - со входами коммутатора аналоговых сигналов, блок восьмой гальванической развязки, входами связанный с релейными выходами блока контроля и управления, а выходами - со входами дополнительных исполнительных устройств, блок девятой гальванической развязки, входами связанный с релейными выходами дополнительных исполнительных устройств, а выходами - со входами блока контроля и управления. Упрощение конструкции заявляемого устройства достигается за счет того, что функции ряда блоков возложены на ЭВМ при соответствующем программном обеспечении. Величины токов управления и токов короткого замыкания контролируются аналого-цифровым преобразователем, на вход коммутатора которого подается информация от датчиков тока. Таким образом, конструкция устройства в целом будет проще, надежнее и удобнее в эксплуатации. Наличие контроллера локальной информационной сети позволяет заявляемому устройству ста ть частью этой информационной сети, объединяющей "n" устройств, что, в свою очередь, позволяет осуществлять обмен информацией с широким кругом объектов управления и изменять параметры сигналов управления в соответствии с более широким спектром факторов влияния, что расширяет функциональные возможности устройства. Наличие телефонной связи с устройствами локальной информационной сети позволяет оператору осуществлять аудиоконтакт с любым объектом локальной информационной сети, и иметь постоянную связь с инструментальной ЭВМ для введения новых программ, записанных в перепрограммируемую память блока контроля и управления, выполненного на базе ЭВМ, например "flash-память", что также существенно расширяет функциональные возможности устройства. Наличие гальванических развязок позволяет отделить управляющие цифровые сигналы с ЭВМ от аналоговых сигналов, что существенно повышает степень помехозащищенности устройства. Благодаря гальваническим развязкам отсутствует связь по общему проводу между аналоговыми цепями, например, сильноточными в цепях нагревательных элементов и цифровыми информационными цепями ЭВМ, т.е. управляющие сигналы в устройстве не будут подвергаться помехам, возникающим в цепях питания сети переменного тока, например, 220 В. Заявляемое изобретение поясняется чертежами. На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства; на фиг. 2-схома подключения устройства в локальную информационную сеть. Устройство содержит группу термоэлектрических преобразователей 1, устанавливаемых в каждой зоне обогрева технологического оборудования, соединенных с коммутатором 2 аналоговых сигналов. Выходы коммутатора 2 аналоговых сигналов через нормирующий усилитель 3 подсоединены ко входам аналогоцифрового преобразователя (АЦП) 4 и через вторую гальваническую развязку 5 с информационной магистралью 6 устройства. Вы ходы нормирующего усилителя 3 через третью гальваническую развязку 7 подсоединены ко входам блока 8 контроля и управления/ Выходы блока тиристорных усилителей 9 через блок 10 датчиков тока соединены с нагревательными элементами 11, Между выходами блока 9 тиристорных усилителей и входами блока 8 контроля и управления, выполненного на базе ЭВМ, подключен блок 12 детекторов нуля, к выходам которого подключен источник 13 тока обогрева. Источник питания 14 подсоединен ко входу задатчика 15 диагностических сигналов, который своим выходом соединен со входом коммутатора 2 аналоговых сигналов, К информационной магистрали б устройства подсоединен блок 17 клавиатуры и индикации. Устройство содержит контроллер 18 информационной сети, подсоединенный к локальной информационной сети 19 через четвертую гальваническую развязку 20, а также телефонную связь с устройствами локальной информационной сети 19 и постоянную связь с инструментальной ЭВМ для введения новых программ и коррекции программ, записанных в перепрограммируемую память блока 8 контроля и управления. Между входом коммутатора 2 аналоговых сигналов и информационной магистралью 6 введена седьмая гальваническая развязка 21. Между выходом блока 10 датчиков тока и входами коммутатора 2 аналоговых сигналов введена первая гальваническая развязка 22. Между выходами блока 12 детекторов нуля и входами блока 8 контроля и управления подсоединена пятая гальваническая развязка 23, а между входами блока 9 тиристорных усилителей и выходами блока 8 контроля и управления подсоединена шестая гальваническая развязка 24. Устройство также содержит блок 25 восьмой гальванической развязки, своими входами связанный с релейными выходами блока 8 контроля и управления, а выходами - с дополнительными исполнительными устройствами 26, работающими на прием дополнительных информационных сигналов, и блок 27 девятой гальванической развязки, своим входами связанный с релейными выходами дополнительных исполнительных устройств 26, работающих на выдачу дополнительных информационных сигналов, а выходами - со входами блока 8 контроля и управления. В качестве дополнительных исполнительных устройств 26 могут использоваться механизмы шаговых перемещений для открывания и закрывания дверей термокамер, устройства звуковой и световой сигнализации и т.д. Заявляемое устройство работает следующим образом. После проверки работоспособности основных функциональных блоков блоком 17 клавиатуры и индикации устанавливается один из рабочих режимов устройства, реализуемых с помощью программы, введенной в оперативную память блока 8 контроля и управления. Рабочий режим устройства предусматривает поддержание в заданных пределах температуры в рабочих зонах технологического оборудования, в которых установлены термопреобразозатели 1. Сигналы с термопреобразователей 1, пропорциональные действительным значениям температуры в соответствующи х зонах измерения, поступают на входы коммутатора 2 аналоговых сигналов и через нормирующий усилитель 3 и аналого-цифровой преобразователь 4- на информационную магистраль 6 устройства. С информационной магистрали 6 цифровые сигналы поступают на вход блока 8 контроля и управления. Вычисленные ЭВМ значения управляющих воздействий по каждому каналу и выработанные ЭВМ на основе этих значений управляющие сигналы поступают на блок 9 тиристорных усилителей. Ти-ристорный усилитель 9 в открытом состоянии пропускает на соответствующий электронагревательный элемент 11 число периодов сетевого напряжения от источника 13 тока обогрева, пропорциональное длительности управляющего сигнала, включая или отключая секции термоэлектронагревателя 11 в зависимости от реальной температуры в зоне измерения и сохраняя ее текущее значение в заданных пределах. Аппаратно-программная защита блока 9 тиристорных усилителей от короткого замыкания в цепи электрических нагреватель-ных элементов 11 обеспечивается аналого-цифровым преобразователем 4, на входы которого поступают сигналы с выходов блока 10 датчиков тока. АЦП 4 выполняет функции коммутатора, компаратора и других функциональных элементов, составляющих блок токовой защиты. При этом реализуются режимы контроля тока нагрузки и диагностического контроля. Сигнал о срабатывании токовой защиты формируется с помощью АЦП 4, одновременно фиксируется номер канала, в котором сработала токовая защита. Аналого-цифровой преобразователь 4 позволяет преобразовать сигналы, поступающие от блока 10 датчиков тока в цифровые коды, пропорциональные токам, протекающим через электрические нагревательные элементы 11. Эти коды считываются блоком 8 контроля и управления посредством информационной магистрали 6, что позволяет управляющей программе в процессе работы производить контроль соответствия токов нагрузки их номинальным значениям. В устройстве на программном уровне с помощью ЭВМ обеспечивается равномерное распределение и загрузка фаз источника тока обогрева по всем каналам, синхронизация фронтов импульсов с переходом через нулевой уровень синусоидального напряжения соответствующи х фаз, определение целостности внешних питающих цепей, контроль целостности электрических нагревательных элементов и электрических соединений, контроль соответствия токов нагрузки их номинальным значениям. Устройство имеет широкие технологические возможности, что определяется его мобильной связью с локальной информационной сетью, а с помощью диспетчерского пульта индикации и управления - с любым устройством, входящим в эту сеть. Локальная информационная сеть (фиг. 2) может объединять "n" устройств, аналогичных заявляемому. В зависимости от температурных параметров объекта, измеряемых и управляемых одним устройством, могут меняться температурные параметры, измеряемые другим или другими аналогичными устройствами. Введение новых исходных данных легко осуществляется с общего диспетчерского пульта. Кроме того, устройство имеет возможность управления на программном уровне дополнительными исполнительными устройствами, являющимися частью основного объекта управления, Так, наряду с регулированием температуры в зоне измерения (термокамер), возможно автоматическое слежение за состоянием двери термокамеры (открыто-закрыто) или ее освещением при визуальном контроле протекания основного технологического процесса, например плавки. Устройство имеет достаточно высокую степень помехозащиты. Его конструкция проста и легко встраивается в любой аппаратный парк производственного цеха. Устройство надежно, удобно в эксплуатации, может быть реализовано в одноблочном исполнении.