Устройство для закалки изделий

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК цС 2 ИС БРЕТЕ СТВ Ко 37 В, В ецк на Труаовогоно-исследоватецорожного тран.66(088,8) иаетельство СССР Э 11/00, 1966, етельство СССР Э 11/00, 1978. о ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ ВТОРСКОМУ СВИДЕТ(71) Всесоюзный орцКрасного Знамени научский институт железноспорта(54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАКАЛКИ ИЗОЕЛИЙ, соцержашее послеаовательно соециненные блок сравнения, оцин из вх цов которого соецинен с зацатчиком про раммы, усилитель, тиристорный выпрям 801046307 А тель, управляемый источник электрической энергии и инцуктор, которые охвачены контуром отрицательной обратной связи по напряжению на индукторе, включающем послеаовательно соециненные цаъчик напряжения на инаукторе, юищ которого соецинен с индуктором, масштабируюший целитель напряжения и многоканальный коммутатор, выхоц которогосоеаинен с вторым вхоаом блока сравнения, 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 изизмерителя показателя качества, аналого-цифрового преобразователя, цифрового вычислительного блока и узла сойряженин, выходы которого соеаинены суправляющими каналами многоканальногкоммутатора.5 10 управления 1, количество которых равномежцу собой. При поцаче управляющегосигнала по оцному иэ каналов управления 1 коммутатора 9 оаин из его входов 1 с сигналом Ч, С) обратной свя 35зи поцключается ко вхопу блока 5 срав.Нения, Это приводит к тому, что на выхоце послецнего формируется сигнал раосогласования М напряжений Чр К) и 40 Чо Ж, постУпающих от зааатчика бпрограммы нагрева и коммутатора 9соответсчзенно. Усиливаясь усилителем 4и тиристорным управляемым выпрямителем 3 напряжение поаается на управляемый источник 1 электрической энергии, например электромашинный генератор.Таким образом, напряжение Ч (Ф) на инцукторе 2 пропорционально сигналу Чп (1),гкоторый изменяется во времени по зако 50( 4Изобретение относится к автоматическому управлению тепловыми процессами,связанными с вьщелением и поглощениемтепла, например, при закалке изцелий,осуществляемой посрецством инцукционБОГО нагрева и охлажцения,Известно устройство, прецназначенное цля повышении качества нагревапоц термообработку или пластическую цеформацию иэпелий. Оно позволяет воспроизвопить температурно-временныэзависимости нагрева аетали посрепствомпрограммного управления напряжением инпуктора по закону, заранее найаеиномув процессе настройки или моцелирования.Наиболее близким к изобретению потехнической сущности является устройство, сопержашее послецовательно соеаиненные блок сравнения, оцин из вхоцов которого соеаинен с эацатчиком 20программы, усилитель, тиристорный выпрямитель, управляемый источник электрической энергии и инпуктор, которыеохвачены контуром отрицательной обратной связи по напряжению на инцукторе, 2включакзцим послеаовательно соеаиненные патчик напряжения на инцукторе, вхоцкоторого соецинен с инцуктором, масштабируюший целитель напряжения и многоканальный коммутатор, выхоа которого З 0соецинен с вторым вхоцом блока сравнения. Причем, коррекция процесса нагрева без изменения уставок в блокеэацания программы в этом устройствеосуществляется оператором посредствомпереклю ения вхоцов коммутатора Г 2.Неаостатком аанных устройств являеъся относительно высокий уровень бракапри интенсивных потоках обрабазываемыхизцелий, ввицу того, что контролируемыйпараметр качества в таких случаях необлацает цостаточной стабильностью.Объясняется это тем, что при интенсивных потоках обрабатываемых иэаелийтребуется статистическая Обработка контролируемого параметра качества и оперативная коррекция программы нагрева,которых человек-оператор, из еа сложности алгоритмов, обеспечить не в состоянии,Цель изобретения - повьаиение качества термообработки потока иэцелий.Указанная цель достигается тем, чтоустройство цля закалки иэцелий, сопержащее послеаовательно соециненные блоксравнения, оаин иэ вхоаов которого соецинен с зюцатчиком программы усилищфтель, тиристорный выпрямитель, управляемый источник электрической энергии и ницуктор, которые охвачены контуромотрицательной обратной связи по напряжению на инцукторе, включающим псслеаовательно. соепиненные цатчик напряжения на инпукторе, вхоа которого соециненс инцуктором, масштабирукщий целительнапряжения и многоканальный коммутатор,выхоц которого соецинен с вторым вхоцом блока сравнения, цополнительно снабжено трактом, состоящим из измерителя показателя качества аналого-цифрового преобразователя, цифрового вычислиящьного блока и узла сопряжения, выходы которого соепинены с управляющими каналами многоканального коммутатора,На чертеже привеаена структурная схема устройства.Устройство соцержитгенератор 1, выполняющий роль управляемого источника питания, спрейерного инауктора 2,управляемый тиристорный выпрямитель 3,усилитель 4 рассогласования и блок 5сравнения, оаин из вхоцов которого соецинен с зацатчиком 6 программы нагрева, а второй - с контуром отрицательной обратной связи по напряжению. Контуробратной связи соцеркит цатчик 7 напряжения на инпукторе, масштабирующийцелитель 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 масштабируюаего целителя 8 к вхоцу блока 5 сравнения и тем самым изменяя коэффициент перецачи цепи обратной связи КОс, можно коррэктировать программу нагрева, не изменяя уставок в зацатчике 6 програмгце е - математическое ожиаание сптчайиой вепичиньц 55 д - срецнеквацратичное отклонение случайной величины х. Известно также, что значение показателя качества х в рассматриваемоммы. В прецлагаемом устройстве управлениекоммутатором 9, а слецовательно, и коррекция программы нагрева, осуществляется неоператором, а автоматически. Это делается с помошью дополнительного 5тракта, соцеркашего узел 10 сопряжения,цифиеой вычислительный блок 11, аналого-цифровой преобразователь 12 и измеритель 13 показателя качества термообработки, например, твердости закаленного слоя с прохоцным цатчиком 14.Описанный тракт работает слецуюшимобразом. У иэцелий, прошедших закалкув спрейерном инаукторе 2, измерителем 13твердости посредством прохоцного цатчи 15ка 14 опрецеляется твераость закаленного слоя,Измерителем 13 показателя качества,является по существу вихретоковыйструктуроскоп. Основным его наэначекием является получение сигнала постоянного тока, уровень которого пропорционален тверцости контролируемого образцаизцелия. Структурная схема структуроскопов состоит из соециненных послеаовательно генератора низкой частоты, регулируемого источника тока с малымуровнем нелинейных искажений, вихретокового преобразователя, фильтра низкой частоты и преобразователя сигнала З 0переменного тока в сигнал постоянноготока. Принцип цействия такого приборасостоит в инцуцировании в измерительной обмотке проходного аатчика сигнала,в частотном спехтре которого присутству- З 5ют нечетные гармоники, выцелении изнего с помошью фильтра сигнала зацанной частоты (обычно это третья гармоника) и послецуюшем преобразованиивыаеленного сигнала в сигнал требуемой 40формы,Полученная таким образом информация о качестве термообработки с выхоца измерителя 13 твераости поступает в цифровой вычислительный блок 11. При чем преаварительно 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 хоа технологического процесса, В результате вырабатывается решение о том, нужна ли коррекция программы нагрева или нет, а если нужна, то какая. Если качество термообработки уцовлетворяет прецъяв- .ляемым требованиям и программу нагрева изменять не нужно, то цифровойсигнал на выхоае блока 11 по алгоритму буцет оставаться неизменным.В противном случае сигнал на выхоцеблока 11 в соответствии с алгоритмомавтоматически примет новое значение.Всякий "нал на выхоце блока 11является коаом команаы, оаноэначноопрецеляюшей не только каналуприьпения и вхоа 1, которые цолжны функционировать у коммутатора 9 в кажцомконкретном случае, но и значение коэффициента перецачи Ко у цепи обраъ.ной связи. Указанные функции в прецлагаемом устройстве реализуются с помощьюузла 10,сопряжения., Например, им может быть послеаовательно соеаиненныецешифратор и набор усилителей мошности.Тах как количество вхоцов у коммун.татора 9 реального устройства всегааограничено тем количеством аискрет,на которое разбивается циапазон варнаций контролируемого показателя качества,то очевицно, что число управляющихкомана, подаваемых с выхоаа блока 11,цолжно быть равно числу пар вхоцови каналов ) управления, используемыхв коммутаторе 9,В связи с тем, что алгоритм работыцифрового вычислительного блоха 11 зависит от цели, которая в зацаче управ.пения может формироваться по разному,рассмотрим в качестве примера оаин изего возможных вариантов.Формулировка задачи управления процессом.1Пусть имеется поток изцелий Ь,п 12,,1 ф 2 фю, прошецших термообработху. Приэтом показатель качества .х.х 2,."х=Хобычно является случайной величиной,поцчиняюшейся нормальному закону, Тоесть известно распрецеление вероятноотей Р (х), которое описывается спецуюшим общеизвестным выражением: 1 (х-го) 2 Р(х) = - ехр (т 23 У 2(22 с вероятностью Р,5гпе х, - номинальное по технологиизначение показателя качествапосле термообработки изпелияЭ10дР - верхнее и нижнее попустимые1 2отклонения контролируемогопараметра х от номинальногозначения,Требуется с помощью корректирующихвоздействий й(.) (С) программы нагреваи И) обеспечить потоку изпепий такоезначение показателя качества х, котороебы с вероятностью Р (Р ) Р ) попапалобы в диапазон (2). Иными словами,целью управления является обеспечениеслепуюшего условия 22ИЪ, 2 (8) Х Браком в таком случае бупет считаться всякая заготовка ю , у которой велипфчина показателя качества х при контроле окажется эа пределами пиапаэона (2).Алгоритм решения эапачи.30Решение сформулированной запачи преппагается провопить в слепуюшей послепова тел ьнос ти.1. Для запанного технологического пиапазона вариаций (2) по выбранному 35 числу пискрет, скажем (, провопится его равномерное разбиение по зонам с шагом пискретизации ИС., х,1=1( 9) гпе х - значение контролируемого параметра у элемента (изпелия) выборки с номером 18,7. Бычиспяется отклонение вычислен ного значения л кот желаемой величины контролируемого показателя качества к как разность/ + о1 2 (, ) 40 ном "1 х ( 10) 8, Провопится анализ степени отклонения оценки математического ожидания пх от величины хми вырабатывается решение о необхопимости корректировать программу нагрева, Коррекция провоцится в том случае, если нарушается условие 2, Вся ширина диапазона (2) с шагомер разбивается на (зон, которым присваиваются номера Г по правилу 45 х Р 1= х (+ц+ К, при ном 2 Х + с ири ном(Л( (сЪ (1) Тактика провепения коррекций осушествляется в зависимости от слепуюшихситуаций если Л(0, (12), то программанагрева икорректируется путемизменения коэффициента перепачи цепиобратной связи К с большего значенияна меньшее. Для этого с вьхопа блока 11 попается команда ие подклю чение 3. Кажпому управляюшему ) каналуи соответствующему ему входу 1 коммутатора 9, числу пар которых должнобьгть равно (, присваивается номертак, чтобъ пля коэффициента перепачи процессе попапает в попустимый технологический пиапазон вариаций цепи обратной связи Кос: К К выпопняосвлось требование Ь, По извес нойеро тнс ти Рп нормированной функции опрепеляется значение аргумента Я, чтобы 2 ф) = Р, (д)гпе фф) = екр- - 3 - табупированнаяГ 2 п2функция. 5, Опрепеляется объем выборки М, необхопимый пля вычисления оценки математического ожипания й контролихруемого параметра с точностью я, которая эапается 6. Для выборки, состоящей иэ И элементов в потоке иэделий щ, п 1,т(п 7) М вычисляется оцейка математического ожипания по формуле7 .10463078к выходу коммутатора 9 вхоаа 1 с мень, тельный блок, зналго " - фп-ерово рео раиф вой и бшим номером,; чем тот, который до это-, зователь и,измеритель твердости с ЩщЮго функционировал; если Я 0, (13), то ным датчиком можно по достаточно словпрограмма нагрева и (С) корректиру- ному алгоритму автоматически орректается за счбт изменения оэффициен- ровать процесс нагрева, чтобы без аэта р сК с меньшего значения на большее, менения уставок программы нагрева вагаДля этого из блока 11 выаается комю- зааатчике поддерживать значение ситроца на переключение входа 1 коммутато- лируемого параметра близким к номинальра 9 на вхоа с номером 1+1, ному,10 Применение устройства в проаессвРассмотренный нами пример решения поточного изготовления высокопрочнысзадачи управления показывает, что с по рельсов дает в сравнении с базовым вамошью дополнительного тракта, соаержаще- риантом экономический эффект, оторыйго узел сопряжения, цифровой вычисли- составляет 8,02. руб/т.Заказ 7666/25 Тираж 568 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская набц. 4/5 филиал ППП "Патент, г. Ужгороц, ул. Проектная, 4