Устройство для закалки изделий

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАКАЛКИ ИЗДЕЛИЙ, содержащее последовательно соециненные блок сравнения, один из входов которого соединен с задатчиком программы , усилитель, тиристорный выпрямитель , управляемый источник элект яр ес кой энергии и индуктор, которые охваче нь1 контуром отрицательной обратной свясзи по напряжению на индукторе, включакицем последовательно соециненные напряжения на индукторе, вхоц которого соединен с индуктором, масшта- , бирующий делитель напряжения и многоканальный коммутатор, выход которого соединен с вторым входом блока сравнения , отличающееся тем, что, с целью повышения качества термообработки потока изделий, оно дополнительно снабжено трактом, состоящим иэ измерителя показателя качества, аналоi го-цифрового преобразователя, цифрового вычислительного блока и узла сопря (Л жения, выходы которого соединены с управляющими каналами многоканального коммутатора. о: 00 о |

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (ц С 21 0 11/00

l.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ., К ABTGPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21 ) 3492367/22-02 (22 ) 1 4.06.82 (46) 07.10.83. Бюл. № 37 (72) В. С. Вербицкий, B. B. Пихлецкий и В. С. Тужиков (71) Всесоюзный орцена Труцового

Красного Знамени научно-исследовательский институт железноцорожного транспорта (53) 621. 785. 3-533. 66(088. 8) (56) 1. Авторское свицетельство СССР

¹ 261520, кл. С 21 D 11/00, 1966, 2. Авторское свицетельство СССР

¹ 761589, кл. С 21 D 11/00, 1978. (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАКАЛКИ

ИЗДЕЛИЙ, соцержашее послецовательно соециненные блок сравнения, оцин из вхоцов которого соецинен с зацатчиком программы, усилитель, тиристорный выпрями„„SU„„1046307 А тель, управляемый источник электричес» кой энергии и инцуктор, которые охваче ны контуром отрицательной обратной связи по напряжению на индукторе, включаюшем послецовательно соециненные цалчик напряжения на инцукторе, вхоц которого соецинен с индуктором, масштабируюший целитель напряжения и много канальный коммутатор, выхоц которого соецинен с вторым вхоцом блока срав нения, о т л и ч а ю ш е е с я тем, что, с целью повышения качества термообработки потока изцелий, оно цополнительно снабжено трактом, состояшим иэ измерителя показателя качества, аналого-цифрового преобразователя, цифрового вычислительного блока и узла сойря женин, выходы которого соецинены с управляюшими каналами многоканального . коммутатора.

10

25 управления 1, количество которых равно межцу собой. При поцаче управляющего сигнала по оцному иэ каналов управле ния j коммутатора 9 один из его вхо»цов 1 с сигналом Ч, (t) обратной свя35 зи поцключается ко вхопу блока 5 срав.Нения. Это приводит к тому, что на выходе послецнего формируется сигнал рао. согласования dt напряжений Чр (4} и

40 y,(ц "Оступаюших от зацатчика 6 программы HarpeBa и кОммутатора 9 соответсчзенно. Усиливаясь усилителем 4 и тиристорным управляемым выпрямителем 3, напряжение поцается на управляемый источник 1 электрической энергии, например электромашинный гене ратор.

Таким образом, напряжениеg (t}на ин« цукторе 2 пропорционально сигналу Vä {1),> который изменяется во времени по зако50

Ф 1@4

Изобретение относится к автоматичес кому управлению тепловыми процессами, связанными с вьшелением и поглощением тепла, например, при закалке изцелий, осуществляемой посрецством инцукционНОГО HBГрева и охлажпения, Известно устройство, предназначенное цля повышения качества нагрева поц термообработку или пластическую цеформацию иэпелий. Оно позволяет вос» произвоцить температурно-временные зависимости нагрева детали посрецством программного управления напряжением ин» цуктора по закону, заранее найпенному в процессе настройки или моцелирования.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство, сопержашее послецовательно соециненные блок сравнения, оцин из вхоцов которого соединен с эацатчиком программы, усилитель, тиристорный вып рямитель, управляемый источник электрической энергии и инпуктор, которые охвачены контуром отрицательной обратной связи по напряжению на инцукторе, включаквцим послецовательно соециненные патчик напряжения на инцукторе, вхоц которого соецинен с инцуктором, масштабируюший целитель напряжения и многоканальный коммутатор, выхоц которого З0 соецинен с вторым вхоцом блока сравнения. Причем, коррекция процесса нагрева без изменения уставок в блоке эацания программы в этом устройстве осуществляется оператором посредством переключния вхоцов коммутатора 2 ) .

Нецостатком цанных устройств являеъся относительно высокий уровень брака при интенсивных потоках обрабачываемых изцелий, ввицу того, что контролируемый параметр качества в таких случаях не облацает цостаточной стабильностью.

Объясняется это тем, что при интенсив ных потоках обрабатываемых иэцелий требуется статистичес.кая обработка конт» ролируемого параметра качества и olleративная коррекция программы нагрева, которых человек-оператор, изеа сложности алгоритмов, обеспечить не в состоянии, Бель изобретения - повышение качества термообработки потока иэцелий.

Указанная цель достигается тем, что устройство цля закалки иэцелий, соцержащее последовательно соециненные блок сравнения, один иэ вхоцов которого соецинен с зйцатчикОм Ilpol pBMMbl усили» тель, тиристорный выпрямитель, управляемый источник электрической энергии и инцуктор, которые охвачены контуром отрицательной обратной связи по напряжению на инцукторе, включающим псслецовательно. соепиненные цатчик напряжения на инпукторе, ахоп которого соецинен с инцуктором, масштабирукчций целитель напряжения и многоканальный коммутатор, выхоц которого соецинен с вторым вхоцом блока сравнения, цополнительно снабжено трактом, состоящим из измерителя показателя качества аналого-цифрового преобразователя, цифрового вычислижльного блока и узла сопряжения, выходы которого соецинены с управляющими каналами многоканального коммутатора, На чертеже приведена структурная схема устройства.

Устройство соцержит генератор 1, выполняющий роль управляемого источника питания, спрейерного инцуктора 2, управляемый тиристорный выпрямитель 3, усилитель 4 рассогласования и блок 5 сравнения, оцин из вхоцов которого соецинен с зацатчиком 6 Ilpol pBMMbl нагрева, а второй - с контуром отрицательной обратной связи по напряжению. Контур обратной связи сопержит цатчик 7 напряжения на инцукторе, масштабирующий целитель 8 напряжения и многоканальный коммутатор 9 со вхоцами 1 и каналами ну, заранее опрецеленному в зацатчике 6 программы нагрева оператором.

Поцключая посрецством коммутатора 9 тот или иной выхоц масштабирукидего целителя В к вхоцу блока 5 сравнения и тем самым изменяя коэффициент перецачи цепи обратной связи КОС, можно корректировать программу нагрева, не изменяя уставок в зацатчике 6 программы. В прецлагаемом устройстве управление коммутатором 9, а слецовательно, и коррекция программы нагрева, осуществляется не оператором, а автоматически. Это делается с помощью дополнительного 5 тракта, соцержашего узел 10 сопряжения, цифгювой вычислительный блок 11, аналого-цифровой преобразователь 12 и измеритель 13 показателя качества термообработки, например, твердости закален- . 10 ного слоя с проходным датчиком 14.

Описанный тракт работает слецуюшим образом. У иэделий, прошецших закалку в спрейерном индукторе 2, измерителем 13 твердости посредством прохоцного цатчи 15 ка 14 опрецеляется твердость закаленного слоя.

Измерителем 13 показателя качества, является по существу вихретоковый структуроскоп. Основным его наэначе- 20 кием является получение сигнала постоянного тока, уровень которого пропорцио нален твердости контролируемого образца изделия. Структурная схема структуроскопов состоит из соециненных послецова- 25 тельно генератора низкой частоты, ре гуляруемого источника тока с малым уровнем нелинейных искажений, вихретокового преобразователя, фильтра низкой частоты и преобразователя сигнала 30 переменного тока в сигнал постоянного тока. Принцип действия такого прибора состоит в инцуцировании в измеритель ной обмотке проходного датчика сигнала, в частотном спехтре которого присутству- З5 ют нечетные гармоники, выцелении из него с помошью фильтра сигйала задан ной частоты (обычно это третья гарМоника) и последующем преобразовании выцеленного сигнала в сигнал требуемой 40 формы.

Полученная таким образом информация о качестве термообработки с выхоца измерителя 13 твердости поступает в цифровой вычислительный блок 11. При- 45 чем предварительно преобразователем 12 типа аналог - цифра информативный сигнал из аналоговой формы преобразуется в цифровую, В вычислительном блоке 11 поступившая информация поцвергается 50 соответствующей статистической обработке. По заложенному в блоке 11 алго ритму, соцеркашему эацанный критерий качества, анализируется хоц технологического процесса. B результате вырабатывается решение о том, нужна ли коррекция программы нагрева или нет, а если нужна, то какая. Если качество термообработки уцовлетворяет предъяв- . ляемым требованиям и программу нагpssa изменять не нужно, то цифровой сигнал на выхоце блока 11 по алгсьритму буцет оставаться неизменным, B противном случае сигнал на выхоце блока 11 в соответствии с алгоритмом автоматически примет новое значение.

Всякий ..."нал на выходе блока 11 является кодом команды, однозначно опрецеляюшей не только канал уприь. ления и вход 1, которые должны функци онировать у коммутатора 9 в кажцом конкретном случае, но и значение коэф фициента передачи Ко у цепи обраь ной связи. Указанные функции в прецлага емом устройстве реализуются с помощью узла 10,сопряжения., Например, им может быть последовательно соединенные цешифратор и набор усилителей мошно сти.

Тах как количество входов у комму татора 9 реального устройства всегца ограничено тем количеством дискрет, на которое разбивается циапазон варна ций контролируемого показателя качества, то очевицно, что число управляющих команц, подаваемых с выхода блока 11., должно быть равно числу пар вхоцов и каналов j управления, используемых в коммутаторе 9.

В связи с тем, что алгоритм работы цифрового вычислительного блоха 11 за висит от целир KQTopB$I в задаче ð ления может формироваться по разному, рассмотрим в качестве примера один из его возможных вариантов.

Формулировка задачи управления процессом.

Пусть имеется поток изцелий tn,tn2, 1 .„rn„, прошедших термообработху. При этом показатель качества . (х.„х2,. -.х„ =х обычно является случайной величиной, поцчиняюшейся нормальному закону. То есть известно распрецеление вероятноо тей Р (x), которое описывается следую шим обшеизвестным выражением:

1 (x-m)

Р(х)= — ехр fe)

237о 2 где rn - математическое ожидание спучайной величиньц

d"- -среднеквадратичное отклонение случайной величины х.

Известно также, что значение пока зателя качества х в рассматриваемом

1046307 (- о ном 2 нам+ !j, (22

2 2

И)! 2 . (8)

Х

И . x, !

=1

rnx= N 1 (9) гце х - значение контролируемого пара1 метра у элемента (изцелия) выборки с номером i<8, 7, Вычисляется отклонение вычислен ного значения rn кот желаемой величины контролируемого показателя качества к как разность

0/ + 0 ,! - " . (4)

8. Провоцится анализ степени отклонения оценки математического ожипаHHH lTlx oT B8JIfPiHHbl х „ ми BblPB6BTblBB

ВТсВ решение о необхопимости корректировать программу нагрева, Коррекция проводится в том случае, если нарушается условие х(Ц= x {a+):g+ К, при

Но! 2

Х + err nðrr

)

1= (. (5 e) Тактика провецения коррекций осушест вляется в зависимости от следующих ситуаций: если Л(0, (12), то программа нагрева и (4) корректируется путем изменения коэффициента перецачи цепи обратной связи К ц с большего значения на меньшее. Для этого с вь хопа блока 11 поцается команда ие иопкню !ение

3. Кажцому управляюшему каналу и соответствующему ему входу комму- 55 татора 9, числу пар которых должно бьгть равно L, присваивается номер 0 так, чтобь! пля коэффициента иерецачи процессе попацает в попустимый технологический циапазон вариаций с ря ьюР1 °

5 гце х„м - номинальное по технологии значение показателя качества после термообработки изцелия

Э

d - верхнее и нижнее попустимые

1 2 отклонения контролируемого параметра х от номинального значения, Требуется с помощью корректирующих воздействий й(.) (C) программы нагрева и (4) обеспечить потоку изпелий такое значение показателя качества Х, которое бы с вероятностью P (Р ) Р ) попацало бы в диапазон (2). Иными словами, целью управления является обеспечение слецуюшего условия

Р(хе(х — о",х с )(!Р . (д!

Браком в таком случае бупет считать- ся всякая заготовка m, у которой вели!

1! чина показателя качества х,! при контроле окажется эа прецелами пиапаэона (2}.

Алгоритм решения эацачи.

Решение сформулированной зацачи прецлагается провопить в слецуюшей послецова тел ьнос ти.

1. Для зацанного технологического циапазона вариаций (2) по выбранному 35 числу цискрет, скажем („, провопится его равномерное разбиение по зонам с шагом дискретизации

2, Вся ширина циапаэона (2) с шагомер разбивается на l„зон, которым присваиваются номера Г по правилу 45 цепи обратной связи К = К К выполняос я лось требование

К„(, j=Ê„(Ð) Кос(1.(, 1)=К„(Е.1), 0= =1= 1,L (eJ ) о известной рояти ) „цля нормированной функции опрецеляется зна чение аргумента Я, чтобы

2Ф®)= Р„, (д) E

2) гце ф(ц = z« - — gg - табулированная

Г2п 2 ) функция.

5, Опрецеляется объем выборки М, необхоцимый цля вычисления оценки математического ожицания йч контролих руемого параметра с точностью g которая эапается !

6. Для выборки, состоящей иэ И элементов в потоке иэделий m, m, ... m (n)) !ч} вычисляется оцейка математического ожипания по формуле

7 .1046307

8 к выходу коммутатора 9 вхоаа 1 с мень, тельный блок знал го"и- Рово иф вой и б шим номером,, чем тот, который до это; зователь и измеритель твердости о М%9 ф„нкциони . есл„ >p, (13), m ным датчиком можно по достаточно слоиэ программа нагрева и (t) корректиру- ному алгоритму автоматически «орректн ется за счэт изменения «оэффициен- 5 poaan npogecc нагрева чтобы без иэ та р с

К с меньшего значения на большее. менения уставок программы нагрева в Г

Для этого из блока 11 выаается комая - зааатчике поддерживать значение «онтро ца на переключение axona i коммутато- лируемого параметра близким к номиналь ра 9,на вхоа с номером i+1. ному.

10 Применение устройства в проаессв

Рассмотренный нами пример решения поточного изготовления высокопрочных задачи управления показывает, что с по рельсов дает в сравнении с базовым ва мошью дополнительного тракта, соаержаше- риантом экономический эффект, «оторый

ro узел сопряжения, цифровой вычисли- составляет 8,02. Руб/т.

Составитель Г. Демин

Рецактор Т. Киселева Техред Ж.Кастелевич Корректор О. - Билак

Заказ 7666/25 Тираж 568 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., ц. 4/5

Филиал ППП "Патент, г. Ужгороц, ул. Проектная, 4