Устройство для управления процессом графитации

СОЮЗ СОНЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК,119) П 1) П Б 05 В 11/О У,й ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТИ АВ ГОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ИЯ ль ного блок мощности трансформа ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРпо делАм изОБРетений и отнРытий(71) Запорожский Филиал Всесоюзного научно-исследовательского и конструкторского института "ЦветметавтоЪ матика"(56) 1. Авторское свидетельство ССС У 480049, кл . б 05 В 11/00, 19732. Авторское свидетельство СССР Ф 634078, кл. 6 05 В 11/01, 1976, (54)(57) 1 . УСТРОИСТВО 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 первого, второго и третьего датчиков рассогласования, последовательно сое" диненные 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 нара- метра, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения производителЬности печи и снижения уде ного расхода электроэнергии, в него введены компенсатор реактивной составляющей, четверть й датчик рассогласования, датчик и задатчик лимитирующего параметра компенсатора реактивной составляющей, связ циаме с входами четвертого датчика рассогласования, выход которого соединен с третьим входом переключателя, а также пятый датчик рассогласования, датчик и эадатчик коэффициента мощности, связанные свходами 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 исполнитель а вход датчика коэффициента соединен с входом печного 2. Устройство по п . 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью раснцрения 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 блока1 О 48 ч 55 и управляющим входом коммутатора,первый вход которого соединен с выходом компенсатора реактивной составляющей, а второй вход - с входом 1Изобретение относится к области автоматизации технологических процессов и предназначено для,управления печами графитации в электродном производстве, 5Известно 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 регу" лируемого и лимитирующего параметров, соединенные с входами соответственно первого и второго датчиков рас 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 форматор, выход которого подключен к объекту управленияа вход - к сети питания, первый, второй и треФий датчики рассогласования, датчики, подсоединенные к входу печного транс-;З 0 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 выходом третьего датчика рассогласования и через второй элемент ЗАПРЕТ -печного трансформатора, причем третий выход исполнительного блока связан с управляющим входом дополнительного трансформатора,2с входом эадатчика регулируемого па"раметра Г 2Недостатком известного устройстваявляется то, что при управлении процессом графитации оно учитывает только активные нагрузки. А так какпечь имеет и реактивное сопротивление (которое зависит от геометрических размеров печи, конструкции короткой ,сети и максимально допустимоготока печного трансформатора), то наизменение мощности печи влияет нетолько активное сопротивление (Р) печи, но и реактивное сопротивление(Х), определяющие и коэффициент мощности, и предельную активную мощность в функциях от й и Х.Коэффициент активного сопротивления печи, отрицательный, поэтомупри нагреве печи активное сопротивление падает, снижается и активнаямощность печи Р1 В с 054 аРеактивное 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 Соат,кк что, в свою очередь ведет к сниже" нию 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 иснижении удельного расхода электроэнергии, а также расширении областиприменения,Поставленная цель достигается тем,что в устройство введены компенсаторреактивной составляющей, четвертыйдатчик рассогласования, датчик и задатчик лимитирующего параметра компенсатора реактивной составляющей,связанные с входами четвертого датчи- Ока рассогласования, выход которогосоединен с третьим входом переключателя, а также пятый датчик рассогласования, датчик и задатчик коэффициента мощности, связанные с вхоцами пятого датчика рассогласования,выход которого соединен с четвертымвходом переключателя, причем первыйвход компенсатора реактивной составляющей подключен к выходу печного 20трансформатора, выход - к входу датчика лимитирующего параметра компенсатора реактивной составляющей, ауправляющий вход - к второму выходуисполнительного блока, вход датчика 25коэффициента мощности соединен с входом печного трансформатора. В неговведены последовательно соединенныекоммутатор н дополнительный трансформатор, выход которого подсоединенк выходу печного трансформатора, атакже элемент И, блок задания номинального значения регулируемого параметра, выход которого соединен свходом элемента И, другие входы кото 35рого соединены соответственно с выходамн четвертого и пятого датчиковрассогласования, а выход - с третьимвходом исполнительного блока и управляющим входом коммутатора, первый 40вход которого соединен с выходом компенсатора реактивной составляющей,а второй вход - с входом печноготрансформатора, причем третий выходисполнительного блока связан с управ"45ляющим входом дополнительного трансформатора.В устройстве созМ поддерживаетсяна определенном уровне благодаря егоучету и возможности автоматическогоснижения реактивной составляющей спомощью компенсатора реактивной составляющей. При этом активная мощность повышается, что. сокращаеттехнологический процесс нагрева. Сокращение времени нагрева снижает 55удельный расход электроэнергии и позволяет повысить производительностьпечи,Наличие второго печного трансформатора расширяет возможности подцержания созР 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 весьпроцесс термической обработки иэделия, Задатчиками 17 и 24 задаютсяноминальные токи, на которые рассчитаны печные трансформаторы и компенсатор реактивной составляющей, Задатчиком коэффициента мощности 27задаются пределы допустимых значений,После этого устройство включаетсяв работу.5 104Так как выходной сигнал датчикаконтролируемого параметра 8 значительно меньше величины, заданной за. датчиком контролируемого параметра20, то выходной сигнал третьегодатчика рассогласования контролируемого параметра 19 устанавливает ячейку ЗАПРЕТ 21 в нерабочее положение.В результате снимается запрет с исполнительного блока 15 и включаетсявыключатель 22,Вначале выходной сигнал датчикалимитирующего параметра 3 намногоменьше заданного значения лимитирующего параметра, величина которогозадается задатчиком 17, и выходнойсигнал второго датчика рассогласования 16 устанавливает переключатель 13в положение 1, при котором выходпервого датчика рассогласования 11подключен к входу регулятора 14, авыход второго датчика рассогласования параметра 16 отключен от регуля"тора.Переключатель 28 находится в положении 1 и промежуточный печнойтрансформатор 5 подключен параллель-но печному трансформатору 4. Печьпитается от трансформаторов 4 и 5.Сигнал от датчика 2 поступает навторой датчик рассогласования 11 ипри отклонении действительной мощности от заданной эадатчиком 12 на выходе датчика рассогласования регулируемого параметра 11 появляется сигнал, который поступает через переключатель 13 на вход регулятора 14,Регулятор 14 стремится компенсироватьпоступающий на его вход сигнал управления, в результате чего изменяетсяего выходной сигнал, поступающий. навход исполнительного блока 15, осуществляющего переключение ступенейпечных трансформаторов 4 и 5 для изменения мощности, вводимой в печь,Печь постепенно нагревается, а поскольку температурный коэффициентсопротивления печи отрицательный,то падает активное сопротивление пе"чи, реактивное сопротивление снижается незначительно, коэффициент мощности (созЧ) (близкий к единице в начале технологического процесса) начинает уменьшаться.Поддержание в заданных пределахкоэффициента созЧ осуществляется следующим образом. При снижении созЧдо заданного эадатчиком 27 значенияпятый датчик рассогласования 26 вьг5 О дает сигнал иа третий вход переключателя 13, с выхода которого сигналподается на вход второго канала регулятора 14, Регулятор через второйвход исполнительного блока 15 осуществляет переключение ступеней напряжения трансформатора 29, увеличивая напряжение на конденсаторах 30компенсатора, а значит увеличиваявлияние емкостной реактивной составляющей (ХО) на суммарную (Х 2), которая снижается в соответсвйи с выражением Х= Х-Хс15 где Х - индуктивная реактивная составляющая.Значение соз Увозрастает до техпор, пока не исчезнет выходной сигнал пятого датчика рассогласования.20 При этом постоянно по мере повьппения напряжения на конденсаторах 30компенсатора б увеличивается и токтрансформатора 29. При достижениитока трансформатора 29 номинального 25 значения, заданного задатчиком 24,с четвертого датчика рассогласования 23 сигнал поступает на четвертыйвход переключателя 13, последнийпереводится в состояние, когда упЗо равление вторым каналом регулятораосуществляется по лимитирующему параметру компенсатора реактивной составляющей б, обеспечивая стабилизацию номинального тока трансформатора 29. Дальнейшее снижение созЧ компенсатор реактивной составляющей бне компенсирует, Устройство следуетза изменением значения номинальноймощности потребления электроэнергиипечью и Стабилизирует номинальныетоки трансформаторов 4, 5 и 29.Активное сопротивление печи продолжает снижаться, созе падает,уменьшается активная мощность, пот ребляемая печью, Снижение мощностидопустимо до значения равного номинальной мощности одного печноготрансформатора 4, что контролируетсяблоком 10. По сигналу блока задания 50номинального значения регулируемогопараметра 1 О ранее подготовленная по. двум входам ячейка И 25 (созе( с,ток трансформатора 29 равен заданному номинальному значению) включается по третьему входу и переводит .переключатель 28 в положение 11,Трансформатор 5 подключается параллельно трансформатору 29, Одновременно по третьему входу исполнительного710 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 созЧ осуществляется воздействием второго канала регулятора на управляющие входы параллельно включенных трансформаторов 5 и 29.Разгрузка трансформатора 4 от реактивной сосФавляющей тока приводит аз 7931/5 Тираж Подписно ИИПИ Проектная, 4"Патент",жгоро 48455 8к снижению полного тока, включаетсяв работу контур стабилизации ( датчики 3, 1 б, задатчик 7, второй входпереключателя 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 дости 10 жении. общего расхода электроэнергиипечью, контролируемого датчикомконтролируемого параметра 8 и заданного задатчиком контролируемого параметра 20, включается третий дат 15 чик рассогласования 19, который через ячейку ЗАПРЕТ 21 отключает исполнительный блок 15 и выключатель22. Печь обесточивается .Предлагаемое устройство может20 быть использовано для управленияэлектрическим режимом печей сопротивления переменного тока,