Устройство для регулирования теплового режима методической индукционной установки

 

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА МЕТОДИЧЕСКОЙ ИНДУКЦИОННОЙ УСТАНОВКИ по авт. св. № 725277, отличающееся тем, что, с целью повышения точности поддержания температуры металла в переходных режимах, оно снабжено дополнительным датчиком температуры изделия внутри индуктора, смещенным к входу в индуктор относительно датчика температуры изделия внутри индуктора , двумя ключами и блоком коррекции , три входа которого соединень с датчиками температуры, четвертый с датчиком скорости, первый выход через первый ключ - с первым входом регулирующего блока, связанного вторым входом с датчиком температуры на выходе из индуктора через второй ключ, а второй выход блока коррекции - с управляющими входами обоих ключей. (/) С о 00 4. ч1

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

ЫН Н

6/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (61) 725277 .(21) 3611340/24-07 (22) 24.06 ° 83 (46) 07.08.84. Бюл. 9 29 (72) A.È.Äàíèëóøêèí, Л.С.Зимин, Э.Я. Рапопорт и Л.В. Синдяков (71) Куйбышевский политехнический институт им. В,В.Куйбышева (53) 621 ° 365,52 (088 ° 8) (56) 1,Авторское свидетельство СССР

9 725277, кл. Н 05 В 6/06, 1977. (54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА МЕТОДИЧЕСКОЙ

ИНДУКЦИОННОЙ УСТАНОВКИ по авт. св.

В 725277, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что,.с целью повышения точнос„„Я0„„1107347 А ти поддержания температуры металла в переходных режимах, оно снабжено дополнительным датчиком температуры иэделия внутри индуктора, смещенным к входу в индуктор относительно датчика температуры изделия внутри индуктора, двумя ключами и блоком коррекции, три входа которого соединень с датчиками температуры, четвертый с датчиком скорости, первый выход через первый ключ — с первым входом регулирующего блока, связанного вторым входом с датчиком температуры на выходе из индуктора через второй ключ, а второй выход блока коррекции — с управляющими входами обоих ключей..

1107347

2. Устройство по п.1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что блок коррекции содержит трехвходовой сумма тор, к одному иэ входов которого подключен источник опорного напряжения, а к выходу — вход аналоговогс блока памяти через третий ключ„ управляющий вход которого соединен с

Изобретение относится к электротермии и может быть применено в металлургической, машиностроитель» ной и других отраслях промышленности, использующих нагревательные установки непрерывного действия, например индукционные, резистивные и др. йо основному авт. св. Р 725277 известно устройство для регулирования теплового режима методической индукционной установки, содержащее индуктор, подключенный к выходу регулируемого источника питания, вход которого соединен с выходом, регулирующего блока, первый вход которого связан с датчиком скорости перемещения изделия, второй с датчиками температуры изделия на выходе из индуктора, а третий с датчиком температуры изделия внутри индуктора. Устройство может содержать несколько автономных зон, каждая иэ которых построена по этому принципу flj.

Известное устройство благодаря наличию контуров обратной связи по температуре поверхности металла внутри нагревателя обеспечивает высокую стабильность температуры металла на выходе из нагревателя в переходных режимах изменения скорости перемещения нагреваемых заготовок, При работе методических нагревателей значительное место занимают переходные режимы, связанные с пус-* ком технологической линии после кратковременной или длительной остановки. а этом случае независимо от наличия напряжения на индукторе во время остановки температурное распределение в металле по длине индуктора к моменту пуска существенно отличается от установившегося, а контроль температуры в одной точке внутри нагревателя не дает однозначной оценки температурного распределения в металле по длине. Указанное обстоятельство не позволяет обеспечивать с помощью известного устройства тре5

35 первым входом времяэадающего счетно"

Fo блока, причем первым выходом блока коррекции служит выход блока памяти, .вторым — второй выход счетного блока, первыми двумя входами — второй и третий входы сумматора, а третьим и четвертым входами — входы счет ого блока. буемую точность поддержания температуры металла в переходных режимах пуска нагревателя, Цель изобретения — повышение точности поддержания заданной температуры металла в переходных режимах пуска нагревателя и увеличение,.роизводительности установки. для достижения этой цели устрой" ство для регулирования теплового режима методической индукционной установки, содержашее индуктор, подключенный к выходу регулируемого источника питания, вход которого соединен с выходом регулирующего блока, первый вход которого связан с датчиком скорости перемещения .изделия, второй — < с .датчиками температуры изделия на . выходе из индуктора, а третий — с дат иком температуры изделия .внутри индуктора, снабжено дополнительным датчиком температуры изделия внутри индуктора, смещенным к входу в индуктор относительно датчика температуры изделия внутри индуктора, двумя ключами и блоком коррекции, три входа которого соединены с датчиками температуры, четвертый — с датчиком скорости, первый выход через первый ключ — с первым входом регулирующего блока, связанного вторым входом с датчиком температуры на выходе из индуктора через второй ключ, а второй выход блока коррекции — c управляющими входами обоих ключей.. Кроме того, блок коррекции может содержать трехвходовой сумматор, к одному иэ входов которого подключен источник опорного напряжения, а к выходу — вход аналогового блока памяти через третий ключ, управляющий вход которого соединен с первым входом времязадающего счетного блока, причем первым выходом блока коррекции служит выход блока памяти, вторым — второй выход счетного блока, первыми двумя входами — второй и третий входы сумматора, а третьим и четвертым входами — входы счетного блока.

1107347

На фиг. 1 изображена блок-схема устройства; на фиг. 2 — схема блока коррекции; на фиг. 3 — графики распределения температуры в изделии1 на фиг. 4 — график изменения мощности g и температуры Т на выходе из индуктора.

Устройство содержит нагреваемое изделие (металл) 1, индуктор 2, источник 3 питания, регулирующий блок

4, блок 5 коррекции задания, датчики 6-8 температуры металла, датчик

9 скорости, ключи 10 и 11.

Блок 5 коррекции задания состоит из сумматора 12, источника 13 опорного напряження, аналогового блока

14 памяти, ключа 15, времязадающего счетного блока 16.

Времязадающий счетный блок 16 выполнен, например, на микросхемах серии К 155 и содержит генератор 17 частоты, триггеры 18-21, схемы H

22-26 совпадения, инверторы 27-30, счетчики 31-34, дешифраторы 35 и 36, триггеры 37 и 38, мультивибратор 39, сравнивающие блоки 40 и 41,дифференцирующие блоки 42 и 43, блок 44 памяти.

В установившемся режиме постоянной скорости перемещения изделий ключ 10 разомкнут, ключ 11 замкнут.

Сигналы с датчиков 6,7 и 9 воэдействуют на регулирующий блок 4, который отрабатывает сигнал отклонения фактической температуры металла 1 на выходе каждой зоны нагревателя 2 от заданной, устанавливаемой в функции скорости перемещения нагреваемых заготовок. Регулирующие блоки.

4, воздействуя на источник 3 питания, изменяют мощность, подводимую в каждую зону нагревателя 2, таким образом, чтобы компенсировать возникшее отклонение температуры.

При пуске нагревателя температурное распределение в металле по длине индуктора существенно отличается. от установившегося. На фиг. 3 представлены графики распределения температуры в установившемся режиме (кривая а ) и при отключении механизма перемещения с переводом нагревателя в режим термостатирования (кривая 5} или с полным снятием напряжения (кривая ь).

Как следует из графиков, в случае остановки механизма перемещения заготовок измерение температуры металла в одной точке внутри индуктора не дает однозначного ответа на вопрос о температурном распределе-нии в металле по длине нагревателя к моменту пуска.

Реальное температурное распределение с достаточной для практики степенью точности можно получить,. зная температуру по крайней мере в 5

t0

60 двух точках по длине нагревателя (Х и Х ).

Температурное распределение в металле по длине нагревателя к моменту пуска таково, что график изменения мощности нагрева, обеспечивающий минимальное отклонение температуры металла на выходе от заданного значения в процессе выхода на установившийся режим, имеет кусочнопостоянный вид (фиг. 4), уровень каждого участка постоянства зависит от величины отклонения температурного распределения Т от установившего. ся Tz » а длительность интервалов постоянства а(определяется временем прохождения заготовки через нагреватель, длительностью остановки, уровнем мощности, подводимой к нагревателю в установившемся режиме, и максимальной мощностью источника питания.

Рассмотрим работу предлагаемого устройства в переходных режимах .пуска.

В момент пуска сигнал с датчика

9.скорости воздействует на времязада. ющнй блок 16,.раэрешая отсчет времени первого интервала управления.

Времязадающий счетный блок 16 воздействует на ключ 15,подсоединяя вход запоминающего устройства 14 к выходу сумматора 12.

Одновременно времязадающее счетное устройство 16 формирует на выходе сигнал, который воздействует на ключи 10 и 11, замыкая ключ 10 и размыкая ключ 11, подсоединяя таким образом регулирующее устройство 4 к выходу блока 5 коррекции задания.

Блок 14 памяти формирует в момент подключения его к сумматору 12 сигнал управления, пропорциональный разности между опорным напряжением

U< поступающим на один из входов: сумматора с выхода источника 13 опор ного напряжения и соответствующим стационарному распределению температуры металла, и суммой сигналов 0„ пропорциональных текущим значениям температур Т „ и Т металла в точках, соответствующих координатам Х> и Х установки датчиков 8 и 7 температуры, т.е. U = К(Т „+ Т ), где

К вЂ” коэффициент пропорциональности.

Таким образом, на вход регулирующего блока 4 поступает сигнал, который сформирован сумматором 13 в момент пуска нагревателя и пропорционален разности Uq К(Т „ + Тх ) . Be. личина этого сигнала соответствует той мощности, которая необходима для выдачи всех заготовок, находящихся в нагревателе в момент пуска, с заданной температурой.

Регулирующий блок 4 воздействует на источник 3 питания, который под1107347 водит к индуктору 2 требуемый уровень мощности, определяемый сигналом с выхода сумматора 12.

Длительность первого интервала управления зависит от состояния нагревателя к моменту пуска и опреде- 5 ляется времязадающим счетным блоком

16 в функции сигналов, пропорциональных скорости перемещения заготовок через нагреватель и температуре металла на выхеде из нагревателя и IO поступающих на вход блока 16 с выходов датчика 9 скорости и датчика б температуры.

При пуске нагревателя из режима термостатирования температура металла на выходе из нагревателя в. момент пуска. равна заданной, а уровень мощности, цодводимой к индукторам 2 на первом интервале управления ниже уровня мощности в установившемся режиме работы и соответствует разности сигналов и -К(Тх„ + Т ) в момент формирования. импульса управ ления на выходе времязадающего блока причем Тх, и ТХ2 большею чем соответ-. 25 ствующие значения.температур в установившемся режиме.

Вследствие этого разность сигналов от источника 13 опорного напряжения и датчиков 7 и 8 температуры металла внутри нагревателя значительно меньше„. чем в установившемся режиме.

Этот разностный сигнал через сумматор 12, блок 14 памяти и через ключ

10 воздействует на регулирующий блок

4, управляющий источником 3 питания таким образом, что последний уменьшаc"т .--значение подводимой мощности до требуемого значения, соответствую. щего условию поддержания температуры металла на выходе из нагревателя на 40 заданном уровне, „Длительность первого интервала управлейия равна времени прохождения заготовки через нагреватель, определяемому иэ соотношения io = ЫI, 45 где d — длина индуктора; Ч вЂ” скорость перемещения заготовки через нагреватель.

На этом интервале управления 0-i из нагревателя выдают заготовки, нагретые до заданной температуры.

По мере выхода из нагревателя нагрстых заготовок в него поступают холодные заготовки. Так как на интер вале 0-,, подводимая к нагревателю мощность ниже заданной (по условию выцачи на этом интервале заготовок, нагретых до заданной температуры), вновь поступающие заготовки оказываются недогретыми, и по истечении времени из нагревателя ста" 6О о нут выходить недогретые заготовки.

В этот момент сигнал с выхода датчи. ка 6 температуры воздействует на блок 16, который начинает отсчет врем ни второго интервала управления; 65

Одновременно блок 16 воздействует на ключ 10, который кратковременно подключает вход блока 14 памяти к выходу сумматора 12, причем уровень сигнала на выходе 14 пропорционален новому значению разности сигнала и сигналов, поступающих с датчиков

7 и 8 температуры в момент подключения блока 14, и соответствует максимальному значению мощности нагревателя. Температура металла на выходе из нагревателя начинает расти.

Когда температура металла на выходе из нагревателя 2 вновь достигает заданного значения (момент фиг. 4), датчик 6 температуры воздействует на вход блока 16, который формирует очередной импульс управления, воздействующий на ключ 15.

Ключ 15 подсоединяет выход сумматора .12 к входу блока 14, который формиру. ет очередной сигнал .управления и воздействует .через ключ 10 .на ре улиру-. ющее устройство 4. К индуктору 2 под водится мощность, прн которой вновь выдаются заготовки, нагретые .до заданной температуры.

Далее формирование импульсов управления с заданным интервалом осуществляет блок 16, автоматически подключая вход блока 14 к выходу сумматора в моменты времени, соответствующие длительностям интервалов управй и î а . (фиг

Процесс переключения осуществляется до тех пор, пока температурное распределение в металле по длине нагревателя не соответствует: установившемуся режиму, что определяется равенством опорного напряжения По и сигнала с датчиков 7 и 8 температуры металла.

При этом в течение всего процесса выхода нагревателя на установившийся режим скорость перемещения за. готовок через нагреватель остается постоянной и равной заданной.

Времязадающий счетный блок работает следующим образом.

В момент пуска нагревателя пусковой импульс воздействует на триггер

l8 и через инвертор 27 на счетчики

31 и 32, устанавливая их в исходное состояние. Сигнал с выхода триггера

18 воздействует на схему И 22 совпа. дения, на выходе которой появляется серия импульсов с .частотой 1 Гц, соответствующей частоте генератора

17 импульсов, Счетчик 31 начинает запись числа импульсов в регистры.

Одновременно это число записывается в регистры счетчика 34. Кроме того, пусковой импульс воздействует на вход блока 44 памяти, подсоединяя через ключ 10 один иэ вхоцов регулирующего блока 4 к выходу блока 14 и отсоединяя второй вход регулирующего блока 4 от выхода датчика б

1107347

15 температуры. С момента пуска нагревателя 2 иэ него выдают заготовки, нагретые до заданной температуры, в течение времени (фиг. 4) ..

Когда из нагревателя 2 выйдет вся партия заготовок, находившаяся там в момент пуска, температура металла на выходе уменьшится и сравнивающий блок 40 формирует сигнал, который через инвертор 29 и схему

И 23 совпадения воздействует на 10 счетчики 31 и 32, прекращая запись числа в регистры счетчика 31 и разрешая запись числа в регистры счет-. чика 32. Одновременно сигнал с вы-. хода сравнивающего блока 40 через дифференцирующий блок 42 воздействует.на мультивибратор 39, на выходе которого появляется единичный импульс.. длительностью 0,2 с, соответствующей.периоду колебаний на выходе 20 генератора 17 частоты. Этот импульс воздействует на ключ 15 (фиг.l), который.подсоединяет выход сумматора..

12 к входу .блока 14. Регулятор 4 воздействует на.иоточник 3 питания, который подводит к нагревателю 2 максимальную мощность. Температура метал ла 1 на выходе нагревателя 2 начинает расти и в момент т„ (фиг.4), когда достигHeT д oй HB вы ходе сравнивающего блока сигнал ис:— чезнет, а на выходе дифференцирующего блока 43 появляется импульс, который через инвертор 30 воздействует на мультивибратор 39, который формирует очередной единичный импульс длительностью 0,2 с, воздействующий на ключ 15. Одновременно сигнал с вы хода сравнивающего блока 40 через инвертор 29 и схему И 23 совпадения воздействует на счетчики 31 и 32, 40 прекращая запись числа в регистры счетчика 32.

Таким образом, в регистрах счетчи ков 31 и 32 записаны числа, соответствующие длительностям интервалов 45

То — b о и 6 lp (фиг, 4) . Та же информация записана соответственно в счетчиках 33 и 34. Начиная с момента (фиг. 4), температура металла на выходе из нагревателя остается посто 50 янной. Сигнал с выхода сравнивающего блока 40 в момент „ воздействует на триггер 19, выход которого соединен с входом схемы И 24 совпадения.

На выходе схемы И 24 совпадения появляется серия импульсов, которая воздействует на вход счетчика 33, работающего в режиме вычитания, который начинает вычитание импульсов из регистра. Когда число импульсов на входе счетчика 33 станет равным числу, записанному в регистрах счетчика 31, дешифратор 35 формирует сигнал, который через триггер. 37 воздействует на вход мультивибратора 39.

На выходе мультивибратора появляется очередной сигнал, воздействующий на ключ 15. Одновременно с выхода дешифратора 35 сигнал воздействует на триггер 21, Чигнал с выхода которого воздействует на схемы И 24 и 25 совпадения. Сигнал с выхода схемы И 24 запрещает работу счетчика 33, а сигнал с выхода схема И 25 разрешает работу счетчика 34, который производит вычитание числа импульсов, записанных в регистрах счетчика и по окончании счета через дешифратор 36 и триггер 38 воздействует на.мультивибратор 39, который формирует очеред. ной импульс. Одновременно сигнал с выхода дешифратора 36 воздействует на вход триггера 20. Триггер 20 формирует на выходе сигнал, который через триггер 21 и схемы И 24 и 25 совпадения воздействует на счетчики

33 и 34, разрешая работу счетчика

33 в режиме вычитания и запрещая na

Когда уровень мощности нагревателя в процессе переключений .отключает ся от.установившегося значения Не более чем на 5Ъ, сравнивающий блок

41 формирует сигнал, который.воздействует на схему И 26 совпадения, за-. прещая работу счетчиков 33 и 34,.и на блок 44 памяти, сигнал с .выхода которого воздействует на ключи 10 и 11, отключая выход блока 5 Коррекции от входа регулирующего блока 4 и подсоединяя выход датчика б температуры металла на выходе иэ нагревателя к входу регулирующего блока 4.

Пуск из произвольного состояния осуществляется аналогично.

Предлагаемое устройство повышает точность поддержания заданной температуры металла на выходе из нагревателя в переходных режимах пуска, что позволяет исключить брак от перегрева заготовок в процессе выхода на установившийся режим, увеличивает производительность установки, снижает расход электроэнергии на нагрев.

1107347

1107347

L Х,н

К8 TP 2 б

Фиг.4 6 7 К 6

Заказ 5780/45 . .Тираж 783 . .. . . .....Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, г.Ужгород, ул.Проектная,4

Составитель 0.Турпак

Редактор A.Ìoòûëü Техред Т. Фанта Корректор А. Обручар