Устройство для управления процессом графитации

 

СОЮЗ СОНЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК, ;... Б 0 „„)ЩЫДД (д) 6 05 В 11/01

У, 1

1

Ъ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 2828174/18-24 (22) 04.10.79 (46) 15.10.83. Бюл. Ф 38 (72) Ю. M. Поповкин, A.Н. Тупиков

t и А.Т. Остапенко (71) Запорожский филиал Всесоюзного научно-исследовательского и конструкторского института "ЦветметавтоЪ матика" (53) 62-50(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

У 480049, кл . G 05 В 11/00, 1973 °

2. Авторское свидетельство СССР

Ф 634078, кл. G, 05 В 11/01, 1976. (54)(57) 1 . УстРойство для УпРАвлеНИЯ ПРОЦЕССОМ ГРАФИТАЦИИ, содержащее печной трансформатор, выход которого подключен к объекту управления, а вход — к сети питания, первый, второй и третий датчики рассогласования, датчики, подсоединенные к входу печ-, ного трансформатора, и задатчики. соответственно регулируемого, лимитирующего и контролируемого параметров, связанные с входами соответственно первoro, второго и третьего датчиков рассогласования, последовательно соединенные переключатель, регулятор и исполнительный блок, первый выход которого соединен с управляющим входом печного трансформатора, а второй вход через первый элемент ЗАПРЕТ— с выходом второго датчика рассогласования, первый вход переключателя соединен с выходом первого датчика . рассогласования, а второй вход-с выходом третьего датчика рассогласова" ния и через второй элемент ЗАПРЕТ с > входом задатчика регулируемого нараметра, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения производителЬности печи и снижения удельного расхода электроэнергии, в него введены компенсатор реактивной составляющей, четвертый датчик рассогласования, датчик и задатчик лимитирующего параметра компенсатора реактивной составляющей, связанные с входами четвертого датчика рассогласования, выход которого соединен с третьим входом переключателя, а также пятый датчик рассогласования, датчик и эадатчик коэффициента мощности, связанные с входами пятого датчика рассогласования, выход которого соединен с четвертым входом переключателя, причем первый вход компеисатора реактивной составляющей подключен к выходу печного трансформатора, выход — к входу датчика лимитирующего параметра компенсатора реактивной составляющей, а.управляющий вход — к, второму выходу исполнительного блока, вход датчика коэффициента мощности соединен с входом печного трансформатора.

2. Устройство по.п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью раснц рения области применения, в него введены последовательно соединенные коммутатор и дополнительный трансформатор, выход которого подсоединен к выходу печного трансформатора, а также элемент И, блок задания номинального значения регулируемого параметра, выход которого соединен с входом элемента И, другие входы которого соединены соответственно с выходами четвертого и пятого датчиков рассогласования, а выход — с третьим входом исполнительного блока

1048455 и управляющим входом коммутатора, первый вход которого соединен с выходом компенсатора реактивной составляющей, а второй вход — с входом

Изобретение относится к области автоматизации технологических процессов и предназначено для,управления печами графитации в электродном производстве. 5

Известно устройство для управления технологическим процессом, содержащее последовательно соединенные переключатель, регулятор, исполнительный блок и объект регулирования, а также 10 датчики, подключенные к выходу объекта, и задатчики соответственно регулируемого и лимитирующего параметров, соединенные с входами соответственно первого и второго датчиков рас- 15 согласования, выходы которых подключены соответственно к первому и второму входам переключателя (1 ).

Недостатком известного устройства является низкая точность. 20

Наиболее близким по технической сущности к предложенному является устройство для управления процессом графитации, содержащее печной транс- 25 форматор, выход которого подключен к объекту управления,,а вход — к сети питания, первый, второй и треФий датчики рассогласования, датчики, подсоединенные к входу печного транс-„30 форматора, .и эадатчики соответственно регулируемого, лимитирующего и контролируемого параметров, связанные с входами соответственно первого второго и третьего датчиков рассогласования, последовательно соединенные переключатель, регулятор и исполнительный механизм, первый выход которого соединен с управляющим входом печного трансформатора, а второй 40 вход через первый элемент ЗАПРЕТ— с выходом второго датчика рассогласования, первый вход переключателя соединен с выходом первого датчика рассогласования, а второй вход — с 45 выходом третьего датчика рассогласования и через второй элемент ЗАПРЕТ— печного трансформатора, причем третий выход исполнительного блока связан с управляющим входом дополнительного трансформатора, 2 с входом эадатчика регулируемого па" раметра 12).

Недостатком известного устройства является то, что при управлении про цессом графитации оно учитывает только активные нагрузки. А так как печь имеет и реактивное сопротивление (которое зависит от геометрических размеров печи, конструкции короткой,сети и максимально допустимого тока печного трансформатора), то на изменение мощности печи влияет не только активное сопротивление (Р) печи, но и реактивное сопротивление (Х), определяющие и коэффициент мощности, и предельную активную мощность в функциях от К и К.

1(оэффициент активного сопротивления печи. отрицательный, поэтому при нагреве печи активное сопротивление падает, снижается и активная мощность печи P 1 R cos Y.

Реактивное же сопротивление - величина постоянная. По мере уменьшения активного сопротивления, реактивное сопротивление станет намного больше активного сопротивления, что ведет к резкому снижению коэффициенЙ та мощности, так как Сок = 1

R2+XR что, в свою очередь, ведет к снижению активной мощности печи.

Снижение активной мощности насту" пает. в такой период технологического процесса, когда необходимо вводить в печь большое количество электро" энергии, чтобы увеличить скорость нагрева в печи материала. Поэтому снижение активной мощности приводит к удлинейию технологического процесса, что снижает производительность печи, а также увеличивает удельный расход электроэнергии в связи с увеличением электрических и тепловых потерь.

Цель изобретения заключается в повышении производитепьности печи и!

048455 4 снижении удельного расхода электроэнергии, а также расширении области применения.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство введены компенсатор реактивной составляющей, четвертый датчик рассогласования, датчик и задатчик лимитирующего параметра компенсатора реактивной составляющей, связанные с входами четвертого датчи- !0 ка рассогласования, выход которого соединен с третьим входом переключателя, а также пятый датчик рассогласования, датчик и задатчик коэффициента мощности, связанные с вхоцами пятого датчика рассогласования, выход которого соединен с четвертым

|входом переключателя, причем первый вход компенсатора реактивной составляющей подключен к выходу печного 20 трансформатора, выход — к входу датчика лимитирующего параметра компенсатора реактивной составляющей, а управляющий вход — к второму выходу исполнительного блока, вход датчика 25 коэффициента мощности соединен с входом печного трансформатора. В него введены последовательно соединенные коммутатор н дополнительный трансформатор, выход которого подсоединен к выходу печного трансформатора, а также элемент И, блок задания номи-. нального значения регулируемого параметра, выход которого соединен с входом элемента И, другие входы кото35 рого соединены соответственно с выхо« дами четвертого и пятого датчиков рассогласования, а выход — с третьим входом исполнительного блока и управляющим входом коммутатора, первый 40 . вход которого соединен с выходом компенсатора реактивной составляющей, а второй вход - с входом печного трансформатора, причем третий выход исполнительного блока связан с управ"

45 ляющим входом дополнительного трансформатора.

В устройстве cosМ поддерживается

: на определенном уровне благодаря его учету и возможности автоматического снижения реактивной составляющей с помощью компенсатора реактивной составляющей. При этом активная мощность повышается, что сокращает технологический процесс нагрева. Сокращение времени нагрева снижает 55 удельный расход электроэнергии и позволяет повысить производительность печи.

Наличие второго печного трансформатора расширяет возможности подцержания cos4 в заданном пределе прн ограниченном значении номинального тока компенсатора реактивной составляющей. Компенсатор реактивной составляющей выполнен в .виде регулирующего трансформатора, соединенного с блоком конденсаторов.

На чертеже представлена блок-схема устройства для управления процессом графитации, которое содержит объект управления (печь) 1, датчик регулируемого параметра 2, датчик лимитирующего параметра 3, печной трансформатор 4, дополнительный трансформатор 5, компенсатор реактивной составляющей 6, датчик 7 лимитирующего параметра компенсатора реактивной составляющей, датчик контролируемого параметра 8, датчик коэффициента мощности 9, бпок задания номинального значения регулируемого параметра 10, первый датчик рассогласования 11, задатчик регулируемого параметра 12, переключатель 13, регулятор 14, исполнительный блок 15, второй датчик рассогласования !6, задатчик лимитирующего параметра 17, второй элемент ЗАПРЕТ 18, третий датчик рассогласования 19, задатчик контролируемого параметра 20, первый элемент ЗАПРЕТ 21, выключатель 22, четвертый датчик рассогласования 23, задатчик лимитирующего параметра компенсатора реактивной составляющей 24, элемент И 25, пятый датчик рассогласования 26, задатчик коэффициента мощности 27, коммутатор 28, регулировочный трансформатор 29, батарею конденсаторов 30.

Устройство работает следующим образом .

После загрузки печи 1 обоженными электродами задатчиком регулируемого параметра 12 задается график скорости подъема мощности для термической обработки изделия . Задатчиком контролируемого параметра 20 задается общий расход электроэнергии на весь процесс термической обработки иэделия, Задатчиками 17 и 24 задаются номинальные токи, на которые рассчитаны печные трансформаторы и компенсатор реактивной составляющей. Задатчиком коэффициента мощности 27 задаются пределы допустимых значений, После этого устройство включается в работу.

5 104

Так как выходной сигнал датчика контролируемого параметра 8 значительно меньше величины, заданной sa. датчиком контролируемого параметра

20, то вьгходной сигнал третьего датчика рассогласования контролируемого параметра 19 устанавливает ячейку ЗАПРЕТ 21 в нерабочее положение.

В результате снимается запрет с исполнительного блока 15 и включается выключатель 22, Вначале выходной сигнал датчика лимитирующего параметра 3 намного меньше заданного значения лимитирующего параметра, величина которого задается задатчиком 17, и выходной сигнал второго датчика рассогласования 16 устанавливает переключатель 13 в положение 1, при котором выход первого датчика рассогласования 11 подключен к входу регулятора 14, а выход второго датчика рассогласования параметра 16 отключен от регуля" тора.

Переключатель 28 находится в положении t и промежуточный печной трансформатор 5 подключен параллель- но печному трансформатору 4. Печь питается от трансформаторов 4 и 5.

Сигнал от датчика 2 поступает на второй датчик рассогласования 11 и при отклонении действительной мощности от заданной эадатчиком 12 HB BbIxo де датчика рассогласования регулируемого параметра li появляется сигнал, который поступает через переключатель 13 на вход регулятора 14, Регулятор 14 стремится компенсировать поступающий на его вход сигнал управления, в результате чего изменяется его выходной сигнал, поступающий. на вход исполнительного блока 15, осуществляющего переключение ступеней печных трансформаторов 4 и 5 для изменения мощности, вводимой в печь, Печь постепенно нагревается, а поскольку температурный коэффициент сопротивления печи отрицательный, то падает активное сопротивление пе" чи, реактивное сопротивление снижается незначительно, коэффициент мощности (соэY) (близкий к единице в начале технологического процесса) начинает уменьшаться.

Поддержание в заданных пределах коэффициента cos9 осуществляется следующим образом. При снижении соьЧ до заданного эадатчиком 27 значения пятый датчик рассогласования 26 вьг

8455 дает сигнал иа третий вход переключателя 13, с выхода которого сигнал подается на вход второго канала регулятора 14, Регулятор через второй вход исполнительного блока 15 осуществляет переключение ступеней напряжения трансформатора 29, увеличивая напряжение на конденсаторах 30 компенсатора, а значит увеличивая влияние емкостной реактивной составляющей (Х0) на суммарную (Х2), которая снижается в соответсвйи с выражением

10

xr= xCxcii где Х вЂ” индуктивная реактивная составляющая.

Значение соэ Рвозрастает до тех пор, пока не исчезнет выходной сигнал пятого датчика рассогласования.

При этом постоянно по мере повьппе15

Трансформатор 5 подключается параллельно трансформатору 29. Одновременно по третьему входу исполнительного ния напряжения на конденсаторах 30 компенсатора 6 увеличивается и ток трансформатора 29. При достижении тока трансформатора 29 номинального

25 значения, заданного задатчиком 24, с четвертого датчика рассогласования 23 сигнал поступает на четвертый вход переключателя 13, последний переводится в состояние, когда уп30 равление вторым каналом регулятора осуществляется по лимитирующему параметру компенсатора реактивной составляющей 6, обеспечивая стабилиза» цию номинального тока трансформатора 29. Дальнейшее снижение cosV компенсатор реактивной составляющей 6 не компенсирует, Устройство следует за изменением значения номинальной мощности потребления электроэнергии

40 печью и Стабилизирует номинальные токи трансформаторов 4, 5 и 29.

Активное сопротивление печи продолжает снижаться, созе падает, уменьшается активная мощность, пот45 ребляемая печью, Снижение мощности допустимо до значения равного номинальной мощности одного печного трансформатора 4, что контролируется блоком 10. По сигналу блока задания

50 номинального значения регулируемого параметра 10 ранее подготовленная по . двум входам ячейка И 25 (соз Y(d, ток трансформатора 29 равен заданному номинальному значению) включается по третьему входу и переводит . переключатель 28 в положение 11.

lO блока 15 ячейка И 25 подключает трансформатор 5 к второму каналу регулирования и стабилизации.

Подключение трансформатора 5 параллельно трансформатору 29 разгружает последний по току и увеличивает напряжение на конденсаторах 30, что приводит к увеличению влияния емкостной составляющей на общее реактивное

:сопротивление сети трансформаторпечь . Уменьшение реактивной составляющей сопротивления сети приводит .

:к подъему коэффициента мощности выше нижнего предельного значения, заданного задатчиком 27. Дальнейшее поддержание заданных пределов cosЧ осуществляется воздействием второго канала регулятора на управляющие входы параллельно включенных трансформа торов S и 29.

Разгрузка трансформатора 4 от реактивной сосФавляющей тока приводит

48455 8 к снижению полного тока, включается в работу контур стабилизации (датчики 3, 16 задатчик !7, второй вход переключателя 13, первый канал регулятора 14, исполнительный блок 15), воздействующий на вход переключате— ля ступеней напряжения трансформатора 4 до достижения номинального тока .заданного задатчиком 17. При дости10 жении. общего расхода электроэнергии печью, контролируемого датчиком контролируемого параметра 8 и заданного задатчиком контролируемого параметра 20, включается третий дат-!

5 чик рассогласования 19, который через ячейку ЗАПРЕТ 21 отключает исполнительный блок 15 и выключатель

22. Печь обесточивается .

Предлагаемое устройство может

20 быть использовано для управления электрическим режимом печей сопротивления переменного тока, филидл ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

ВНИИПИ Заказ 7931/53 Тираж 874 Подписное