Способ определения весарасходуемого электрода электро- термической установки и устрой-ctbo для его осуществления

 

О П И С А Н И Е (11)794387

ИЗОБРЕТЕНИЯ

-- - Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (б1) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 12.02.79 (21) 2722958/18-10 с присоединением заявки № (51) У, К„ з

G 01С 9/00 (23) Приоритет (53) УДК 681.269 (088.8) (43) Опубликовано 07.01.81. Бюллетень № 1 (45) Дата опубликования описания 07.01.81 (72) Авторы изобретения М. М. Соколов, В. П. Рубцов, И. П. Бруковский, Л. А. Волохонский и 1О. Е. Новиков

Московский ордена Ленина энергетический институт (71) Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЕСА РАСХОДУЕМОГО

ЭЛЕКТРОДА ЭЛЕКТРОТЕРМИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ

И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к весоизмерительной технике, в частности к устройствам для измерения веса расходуемого электрода в электротермических установках.

Известны способ определения веса рас- 5 ходуемого электрода, заключающийся в измерении реакции растяжения от веса подвижных частей электродной установки, и устройство для его осуществления, выполненное в виде тенхометрического датчика, 10 подключенного к преобразовательно-усилительному узлу, связанному с регистрирующим прибором (1).

Недостатком этого способа и устройства является схемная и конструктивная слож- l5 ность, обусловленная наличием специального датчика, встраиваемого в конструкцию печи, и трудностью выделения сигнала из-за влияния силового тока печи, протекающего по конструктивным элементам 20 датчика, динамических усилий, обусловленных работой привода перемещения электрода.

Известны также способ измерения веса расходуемого электрода путем измерения 25 давления жидкости в гидравлической системе подвески и устройство для его реализации, выполненное в виде гидравлического чувствительного элемента из двух сильфонов и манометра (2). 30

Этот способ проще в реализации, однако узел чувствительного элемента достаточно сложен.

Прототипом изобретения являются способ определения веса расходуемого электрода электротермической установки путем измерения электромеханических параметров привода его перемещения и устройство для его осуществления, содержащее электродвигатель перемещения с датчиком скорости, связанный через датчик тока с выходом преобразователя (3).

Этот способ не может обеспечить требуемой точности в условиях измерения веса расходуемого электрода.

Цель изобретения — повышение точности определения веса.

Достигается поставленная цель тем, что в период измерения на рабочее движение привода накладывают осциллирующие перемещения и измеряют электромеханические параметры привода при его движении в одну и другую стороны и определяют их разность, по которой судят о весе электрода.

В устройство для осуществления этого способа введены генератор осциллирующих перемещений, компаратор, четыре ключа, формирователь импульсов и два элемента памяти, причем входы элементов памяти

794387

15 равления

25

65 подключены к выходам двух первых ключей, а выходы элементов памяти соединены через вторые два ключа со входами компаратора. При этом управляющие входы всех ключей соединены с соответствующими выходами формирователя импульсов, вход которого и вход преобразователя связаны с выходом генератора осциллирующих перемещений.

Один из вариантов выполнения устройства предусматривает соединение сигнальных входов первых двух ключей с датчиком тока, а другой вариант в с датчиком скорости.

На фиг. 1 представлен первый вариант выполнения устройства; на фиг. 2 — второй вариант; на фиг. 3, 4, представлены графики, поясняющие работу устройства, соответственно для первого и второго вариантов.

Определение веса, согласно описываемому способу, складывается из следующих операций: электроду с помощью электродвигателя придают осциллирующие перемещения в направлении вверх-вниз путемпередачи на привод перемещения электрода знакопеременного управляющего воздействия, например от генератора. В процессе осциллирующих перемещений электрода измеряют электромеханические параметры привода, например момент или пропорциональный ему ток якоря двигателя при движении вверх и вниз, и. вычисляют разность измеренных значений параметра, по которой и судят о величине веса электрода.

При выполнении осциллирующих реверсивных перемещений электромеханического привода и, соответственно электрода, момент, развиваемый двигателем, определяется моментом сопротивления на его валу, т. е. зависит от веса электрода. При движении электрода вверх (подъем электрода) с установившейся (неизменяющейся) скоростью развиваемый двигателем момент

М„= (G, + G„) а+Л, где G, — вес электрода;

G — вес неизменяющейся части механизма перемещения (электрододержатель и т. д.); а — коэффициент передачи механизма перемещения;

М,р — момент сопротивления трения.

При движении электрода вниз (опускание электрода)

M, = — (0, +O„)a+M, .

Выделение разности М„ — М, позволяет получить сигнал, пропорциональный весу электрода:

Уо — ̄— M, = 2 а (0, + GÄ) G,, который не содержит таких трудно поддающихся точному определению и изменяю4 щихся в процессе плавки факторов, как сопротивление в вакуумном уплотнении, трение в передачах и т. д.

Устройство, реализующее способ, применительно к электротермической установке 1 с электродом 2, источником питания 3, электродвигателем 4 перемещения электрода и преобразователем 5, снабженным датчиком тока 6, содержит (фиг. 1) генератор 7 осциллирующих перемещений, элементы памяти 8 и 9, связанные своими входами с выходами датчика тока 6 через два первых ключа 10, 11, а выходами через два вторых ключа 12, 13 — со входами компаратора 14, подключенного своим выходом ко входу регистрирующего прибора 15. Управляющие входы всех ключей 10 — 13 подключены к выходам формирователя 16 импульсов упСогласно второму варианту устройства, реализующего способ (фиг. 2), ключи 10 и

11 подключены своими сигнальными входами к выходу датчика скорости 17 электродвигателя 4, Для иллюстрации связи элементов, выделяющих сигнал о весе электрода, с системой регулирования скорости плавления, на фиг. 2 показаны элементы, входящие в систему регулирования электрического режима печи: регулятор межэлектродного промежутка 18 и блок выделения скорости 19.

Устройство, реализующее предлагаемый способ, р а ботает следующим о бр азом.

Генератор 7 (фиг. 1 и 2) вырабатывает знакопеременный сигнал U„ (фиг. 3), поступающий на вход преобразователя 5 и обеспечивающий измерительно-реверсивное перемещение двигателя 4 и соответственно электрода 2. На фиг. 3 приведеныдиаграммы тока двигателя i и скорости двигателя вр при выполнении измерительного перемещения (величина измерительного перемещения принимается много меньшей длины межэлектродного промежутка, чтобы не вносить возмущений в работу установки).

Непосредственно измерение момента, развиваемого двигателем, представляет серьезные трудности. Поэтому для выделения сигнала, пропорционального весу электрода, целесообразно использовать параметры, поддающиеся прямому измерению, например ток или скорость двигателя.

Согласно первому варианту устройства, реализующего способ, при выполнении измерительного перемещения электрода фиксируется установившееся значение тока двигателя i при подъеме (д) и опускании („,) электрода. Для этого по окончании переходного процесса разгона двигателя (по истечении времени 4 при подъеме и 1О при опускании) формирователь 16 по команде генератора 7 вырабатывает управляющие сигналы Иф и H(pQ (фиг. 3), обеспе794387

5 чивающие поочередное замыкание ключей

10, 11 и подключение выхода датчика тока

6 ко входам элементов памяти 8 и 9, запоминающих значения тока двигателя 4 при подъеме (i») и опускании („о) электрода

2. По окончании измерительного перемещения электрода на выходе формирователя 16 вырабатывается сигнал Оф, (фиг. 3), замыкающий ключи 12, 13 и обеспечивающий тем самым подключение элементов памяти

8, 9 ко входам компаратора 14, производящего операцию алгебраического суммирования, т. е. выделяющего сигнал i» i», пропорциональный весу электрода, который регистрируется прибором 15, Этот сигнал может быть использован в системе регулирования для выработки сигнала, пропорционального скорости плавления и последующего замыкания системы регулирования IIo этому параметру (как показано, например, на фиг. 2).

Пропорциональность сигнала Ug=i» — i» весу электрода обусловлена прямой зависимостью установившегося значения тока двигателя от момента сопротивления наггрузкина его валу, т. е. от веса электрода.

Действительно, при подъеме электрода установившееся значение тока двигателя (значение тока после окончания переходного процесса пуска и выхода на постоянную скорость — время 4 на фиг. 3)

° п див

К ) где К вЂ” постоянная электродвигателя.

Соответственно при опускании электрода установившееся значение тока двигателя определяется как: о

М до—

К

Компаратор 14, осуществляющий операцию алгебраического сложения, выделяет сигнал — — 0, +G„= 0,.

Исключение из сигнала Ug постоянной составляющей, пропорциональной G, может быть осуществлено введением постоянного смещения, что позволит повысить точность измерения веса расходуемого электрода.

Если сигнал, пропорциональный весу электрода, используется в дальнейшем для выделения изменения веса, т. е. для получения информации о скорости плавления, то повышение точности путем исключения неизменяющейся части сигнала 0 =6 может быть достигнуто соответствующим смещением рабочей точки компаратора или введением на его вход постоянного сигнала (и= п

В рамках предлагаемого способа измерения веса электрода для выделения сигнала, пропорционального весу электрода, может быть принципиально использован любой

5 параметр электропривода, зависящий от нагрузки на валу двигателя (ток, скорость, время разгона, торможения и т. д.). На фиг. 2 приведена структура устройства, обеспечивающего выделение сигнала о ве10 се электрода путем регистрации скорости двигателя при разгоне и торможении. Такая структура устройства особенно целесообразна в электродных установках (например, в дуговых сталеплавильных печах), 15 механизм перемещения электрода которых снабжен разгрузочными устройствами (противовесами) . В этом случае установившиеся значения токов при подъеме и опускании электрода значительно отличаются друг от

20 друга, что снижает точность измерения.

Работа устройства, схема которого приведена на фиг. 2, поясняется диаграммами сигналов на фиг. 4. Аналогично схеме фиг. 1 генератор 7 вырабатывает сигнал Up (фиг.

25 4), поступающий на вход преобразователя

5. При включении генератора 7 целесообразно отключить регулятор длины межэлектродного промежутка 18 (эти элементы на чертежах не показаны, так как не

30 являются принципиальными) . Под действием сигнала электродвигатель совершает реверсивное движение в переходных режимах, не достигая установившейся скорости, как это показано на фиг. 4, где приведены

35 диаграммы тока i и скорости од.

Одновременно сигнал поступает на формирователь 16, который вырабатывает сигнал У„замыкающий ключ 10 и подключающий элемент памяти 8 к выходу датчика

40 скорости 17. Элемент памяти 8 фиксирует максимальное значение скорости при подьеме электрода, определяемое как 4 — ип

in+ п+ is где M = Ki — динамический момент двигателя (для упрощения выводов принимаем M =const, что справедливо для приво50 да, например, с тиристорным преобразователем, имеющим малую постоянную времени и контур ограничения тока двигателя);

55 l — момент инерции ротора двигателя;

I — приведенный к двигателю момент инерции подвижных частей механизма переме60 щения электрода;

1,= m,r apG> — приведенный к двигателю момент инерции электрода;

p — коэффициент пропорциональности; т, — масса электрода.

794387

Далее формирователь 16 вырабатывает сигнал Уфэ, замыкающий ключ 11 и подключающий выход датчика скорости 16 к элементу памяти 9, фиксирующему максимальное значение скорости при опускании электрода "до—

Л4д — 14 о о

1 +In+ I, По окончании измерительного движения привода генератор 7 вырабатывает сигнал

U„„, замыкающий ключи 12, 13 и подключающий элементы памяти 8, 9 ко входам компаратора 14 и далее к регистрирующему прибору 15.

При работе схемы фиг. 2 возможны две ситуации при 4=4: одп ("1до ®дп — о1до что может рассматриваться как частный (имеющий лишь теоретическое значение) случай полностью скомпенсированной системы.

В случае одп (" до И п о — и ип — Л4о

+G — о до одо— и — э n+ п+ э

При ад= одо; U< — — О. В этом частном случае достаточно измерить (зафиксировать) скорость при нереверсивном движении привода в ту или иную сторону. Тогда

М вЂ” Мп 0: одп = "до = и — э ° д + п + о э

Для уменьшения погрешности целесообразно произвести реверсивное измерительное перемещение привода и сложить на компараторе полученные сигналы

6д + п + 1 э

Таким образом, способ измерения веса электрода позволяет осуществить измерение веса электрода без реконструкции установки и усложнения ее за счет введения специального датчика. Кроме того, это позволяет повысить производительность печи и качество выплавляемого металла, так как позволяет построить систему регулирования процессом плавки по скорости плавле. ния электпода.

Формула изобретения

1. Способ определения веса расходуемого электрода электротермической установки путем измерения электромеханических параметров привода его перемещения, от10 лича ющийся тем, что, с целью повышения точности, в период измерения на рабочее движение привода накладывают осциллирующие перемещения и измеряют электромеханические параметры привода

15 при его движении в одну и другую стороны и определяют их разность, по которой судят о весе электрода.

2. Устройство для осуществления способа по п. 1, содержащее электродвигатель

20 перемещения расходуемого электродасдатчиком скорости, связанный через датчик тока с выходом преобразователя, о т л и ч аю щ е е с я тем, что в него введены генератор осциллирующих перемещений, компа25 ратор, четыре ключа, формирователь импульсов и два элемента памяти, причем входы элементов памяти подключены к выходам первых двух ключей, а выходы элементов памяти соединены через вторые два

30 ключа со входами компаратора, при этом управляющие входы всех ключей соединены с соответствующими выходами формирователя импульсов, вход которого и вход преобразователя связаны с выходом гене35 ратора осциллирующих перемещений.

3. Устройство по п. 2, отличающее с я тем, что сигнальные входы первых двух ключей подключены к датчику тока.

4. Устройство по п. 2, отличающееся

40 тем, что сигнальные входы первых двух ключей подключены к выходу датчика скорости.

Источники информации, 45 принятые во внимание при экспертизе

1. Патент ФРГ № 115739, кл. 21а 13/13, . опублик. 1964.

2. Авторское свидетельство СССР № 628409, кл. G 01G 5/04, 1974.

50 3. Авторское свидетельство СССР № 158603, кл. G OIG 23/36, 1962 (прототип).