способ регулирования температуры импульсного нагревательного элемента упаковочной машины

Формула изобретения

Способ регулирования температуры импульсного нагревательного элемента упаковочной машины, заключающийся в измерении мгновенного значения напряжения, формировании сигнала управления нагревательным элементом, отличающийся тем, что измерение напряжения производят с постоянной частотой в течение нагрева, после каждого измерения напряжения дополнительно вычисляют мгновенное значение мощности импульса нагрева, суммируют мгновенные значения мощности и после каждого цикла вычисления суммарной мощности сравнивают ее с заданным значением, при этом если полученная сумма меньше заданного значения, нагрев продолжают, а при превышении полученной суммы над заданным значением нагрев выключают.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к оборудованию для расфасовки и упаковки продуктов в пакеты из полиэтиленовой пленки и может быть использовано в пищевой, химической и других отраслях промышленности.

Известен способ управления нагревателем в упаковочной машине, заключающийся в измерении напряжения сети, сравнении его с заданным значением и формировании сигнала управления нагревателем (a.c. CCCP № 2041844, кл. В 65 В 51/26, пр. 15.03.93).

Способ обеспечивает фазовое изменение мощности в нагрузке пропорционально линейному изменению напряжения сети. Однако, как известно, мощность пропорциональна квадрату напряжения и поэтому применение данного способа снижает точность поддержания температуры нагревателя при изменении питающего напряжения более 10% и повышает излучаемые помехи.

Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение стабильности температуры импульсного нагревательного элемента в широком диапазоне изменения напряжения питания, обеспечение линейности регулирования температуры и уменьшение излучаемых помех за счет вычисления мощности, выделяемой импульсным нагревательным элементом, из мгновенных значений напряжения и поддержания мощности до определенного момента.

Для достижения этого технического результата в способе регулирования температуры импульсного нагревательного элемента упаковочной машины, заключающемся в измерении мгновенного значения напряжения, формировании сигнала управления нагревательным элементом, измерение напряжения производят с постоянной частотой в течение нагрева, после каждого измерения напряжения дополнительно вычисляют мгновенное значение мощности импульса нагрева, суммируют мгновенные значения мощности и после каждого цикла вычисления суммарной мощности сравнивают ее с заданным значением, при этом если полученная сумма меньше заданного значения, нагрев продолжают, а при превышении полученной суммы над заданным значением нагрев выключают.

Измерение напряжения в течение всего нагрева с частотой, обеспечивающейся производительностью составных элементов устройства, реализующего способ, и контроль мощности, пропорциональной сумме квадратов измеренных напряжений, обеспечивают стабильность температуры нагревателя, линейность регулирования температуры и независимость ее от колебаний напряжения сети.

Сущность способа поясняется на примере устройства: на фиг.1 приведена структурная схема устройства для регулирования температуры импульсного нагревательного элемента упаковочной машины, на фиг.2 - эпюры напряжений, поясняющие работу предлагаемого способа.

Устройство для регулирования температуры импульсного нагревательного элемента упаковочной машины содержит силовой трансформатор 1, нагревательный элемент 2, блок 3 аналогового формирования сигнала, микропроцессорный контроллер 4, оптосимистор 5, симистор 6, выпрямитель 7. На фиг.1 указаны три точки, с одной из которых может быть снято напряжение для дальнейшей обработки микропроцессорным контроллером 4: непосредственно на нагревательном элементе 2; на обмотке силового трансформатора 1, к которой подключен нагревательный элемент 2, или с выпрямителя, подключенного к отдельной измерительной обмотке силового трансформатора 1. При использовании одного нагревательного элемента 2 для наиболее точного регулирования температуры целесообразно измерять напряжение на нагревательном элементе 2. В случае использования нескольких нагревательных элементов и (или) разных обмоток силового трансформатора для упрощения устройства измеряют напряжение на силовой обмотке трансформатора или, при необходимости, с отдельной измерительной обмотки силового трасформатора. Если в состав микропроцессорного контроллера входит однополярный АЦП, измерять напряжение необходимо на выпрямителе, который подключен к измерительной обмотке.

Устройство может быть реализовано отдельно в виде самостоятельного блока или встроено в систему управления упаковочной машины.

Все элементы устройства могут быть выполнены на базе серийно выпускаемых микросхем. Микропроцессорный контроллер обеспечивается программным обеспечением, реализующим данный способ.

Устройство, поясняющее действие способа, работает следующим образом.

Сигнал включения нагрева поступает на устройство по шине управления. В случае работы устройства в системе управления упаковочной машины включение нагрева производят циклично, например импульсом запуска нагрева (см. фиг.2б). После запуска нагрева микропроцессорный контроллер 4 через свой порт управляет оптосимистором 5 (см. фиг.2в), который через симистор 6 коммутирует нагревательный элемент 2. При этом блок 3 аналогового формирования сигнала обеспечивает преобразование напряжения в нужный диапазон АЦП микропроцессорного контроллера 4 и его фильтрацию. АЦП измеряет напряжение, производит вычисление соответствующей мощности и запоминает это значение. Следующее измеренное значение напряжения также преобразуется АЦП микропроцессорного контроллера 4 в мощность и суммируется с предыдущим значением мощности:

где Р_имп - суммарная мощность импульса нагрева,

t_выкл - время выключения нагрева,

t _вкл - время включения нагрева,

Р - вычисленные значения мгновенной мощности,

U - измеренное значение напряжения,

R - сопротивление нагревательного элемента 2.

При этом Р_имп=const и задается оператором, сопротивление нагревательного элемента - тоже постоянная величина, полученное мгновенное значение мощности определяется определенным значением АЦП микропроцессорного контроллера 4, поэтому можно получить условие регулирования температуры:

(Значение АЦП)²dt=const,

Полученную суммарную мощность сравнивают с заданным значением мощности (const) и формируют соответствующий сигнал управления нагревательным элементом 2. Если сумма мощностей меньше заданного значения, то нагрев продолжают. При превышении полученного значения суммарной мощности над заданным значением нагрев выключают. Цикл измерения напряжения, перерасчета его в мощность, сравнения с заданным значением и формирования соответствующего сигнала управления производят с постоянной частотой в течение всего нагрева.

При изменении измеряемого напряжения U микропроцессорный контроллер 4 формирует сигнал управления на нагревательный элемент 2 большей (при уменьшении напряжения) или меньшей (при увеличении напряжения) длительности (см. пунктирные линии на фиг.2 а, г, д).

Так как для нагревателей обычно используется переменное напряжение с частотой 50 Гц, а управление производится через симистор, то точность поддержания мощности, а значит и температуры, на нагревателе определяется шкалой АЦП, частотой измерения, длиной импульса. Использование микропроцессорного контроллера с АЦП в отличие от аналоговой схемы повышает точность и обеспечивает линейность регулирования температуры.

Таким образом, предлагаемый способ регулирования температуры импульсного нагревательного элемента упаковочной машины позволяет повысить точность регулирования температуры в широком диапазоне изменения питающего напряжения за счет поддержания выделяемой мощности, вычисленной с применением микроконтроллера с АЦП.