Устройство для управления температурным режимом индукционной печи

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН С 05 И 23/1 ИЗОБРЕТЕНИЯ / СА ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ Н АВТОРСИОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Киевский институт автоматикиим. ХХЧ съезда КПСС(56) 1.Авторское свидетельство СССРР 255680, кл. О 05 В 23/19, 1965,2. Устройство ограничения случайных импульсных помех, - В кн.; Разработка высокоэфФективных средств автоматики для АСУ. Киев, 1977.З,Авторское свидетельство СССРР 552597, кл, 0 05 0 23/19, 1979(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯТЕМПЕРАТУРНЫМ РЕЖИМОМ ИНДУКЦИОННОЙПЕЧИ, содержащее датчик соединениятемператур расплава, последовательно соединенные измерительный преобразователь, позиционный регулятор,исполнительный механизм и трансформатор питания печи, последовательносоединенные задатчик температурыосновной тигельной реакции, блоксравнения, квадратор, аналого-цифровой преобразователь, делитель,счетчик, блок совпадения, втораягруппа входов которого соединена свыходами блока задания программыблок Формирования сигналов управле-ЯО 109 ния, первый выход которого соединенс вторым входом исполнительного механизма, а второй выход - с таблосигнализации, с вторым входом счетчика и с первым входом синхрогенератора, второй вход которого связанс вторым выходом блока сравнения,а выход - с вторым входом аналогоцифрового преобразователя, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с цельюповышения точности устройства, внего введены датчик мощности, входкоторого соединен с выходом трансформатора питания печи, последовательно соединенные датчик веса печи,блок деления, нуль-орган, коммута-.тор и интегрирующая РС -цепь, атакже суйматор и блок вычитания,первый вход которого соединен с выходом датчика температуры расплава,второй вход в .с входом и с выходомизмерительного преобразователя интегрирующей ЙС -цепи, связанным свторым входом блока сравнения, авыход блока вычитания подключен квторому входу нуль-органа, причемвторой вход блока деления связанс выходом датчика мощности, выход -с первым входом сумматора, вторымвходом связанного с выходом интегрирующей ЙС -цепи, а выходом - свторым входом коммутатора, третийвход которого подключен к выходудатчика температуры расплава.Изобретение относится к регулированию температуры технологического объекта, в частности к регулировав 1 ю термовременного режима индукционных тигельных печей.Известны устройства регулирования температуры тигельных печей, содержащие пирометр, вторичный измерительный прибор и регулятор 1Однако такие устройства непригодны для реализации температурного режима индукционных тигельных печей, для длительного прогрева с учетом температуры равновесия основной металлургической реакции согласно технологии плавки и доводки чугуна. Кро ме того, такие устройства в условиях наличия шлака на зеркале металла регистрируют ложные значения температуры, которые, поступая на регулятор, вызывают ложные переключения режимов печи, что приводит к ухудшению качества регулирования, т.е. к дополнительным потерям электроэнергии и понижению производительности печи. 25Известно также устройство регулирования температуры индукционной печи, содержащее пирометр, подключенный к триггеру Шмидта, реле времени, вторичный измерительный прибор и регулятор, которое в некоторой степени исключает влияние импульсных помех в выходном сигнале пирометра 2Однако из-эа того, что параметры реле времени, переводящего схему в исходное состояние, невозможно подобрать в условиях индукционной плавки, происходит отключение устройства на длительное время, что, в свою очередь, приводит к ухудшению качества регулирования температуры печи,Эта цель достигается тем, что в устройство для управления температурным режимом индукционной печи, содержащее датчик температуры расплава, последовательно соединенныевторичный измерительный преобразова-, тель, позиционный регулятор, исполнительный механизм и трансформатор питания печи, последовательно соединенные блок сравнения, задатчик температуры основной тигельной реакции, квадратор, аналого-цифровой преобразователь, делитель, счетчик, блок совпадения, вторая группа входов которого соединена с выходами блока задания программы, блок формирования сигналов управления, первый .выход которого соединен с вторым входом исполнительного механизма, а второй выход - с табло сигнализации, с вторым входом, счетчика и с первым входом синхрогенерато- ра, второй вход которого связан с вторым выходом блока сравнения, а выход - с вторым входом аналого 1 .юНаиболее близким по техническойсущности к предлагаемому изобретению является устройство для упРав- у 5ления температурным режимом индукционной печи, содержащее датчиктемпературы расплава, вторичный регистрирующий прибор, позиционныйрегулятор Вход которого соединен 50с выходом вторичного регистрирующегоприб:эра, исполнительный механизм,первый вход которого подключен квыходу позиционного регулятора, трансформатор питания печи, блок сравнения, задатчик температуры основнойтигельной реакции, выход которогоподключен к второму входу блока сравнения, квадратор, вход которого соединен с вторым выходом блока сравнения,аналого-цифровой преобразователь, 60первый вход которого соединен с выходом квадратора, синхрогенератор,первый вход которого соединен с первым выходом блока сравнения, а выход - с вторым входом аналого-цифро вого преобразователя, делитель, вход которого соединен с выходом аналогоцифрового преобразователя, счетчик, первый вход которого соединен с выходом делителя, блок совпадения, первая группа входов которого соединена с выходами счетчика, блок задания програмьы, выхоцы которого соединены с второй группой входов совпадения, блок формирования сигналов управления, вход которого соединен с выходом блока совпадения, а первый вход-с вторым входом исполнительного механизма, табло сигнализации, вход которого соединен со вторым выходом блока формирования сигналов управления, причем второй выход блока формирования сигналов управления подключен ко второму входу счетчика и ко второму входу синхрогенератора 31,Однако такое устройство для управления температурным режимом индукционной печи характеризуется тем, что в выходном сигнале датчика температуры расплава присутствуют импульсные выбросы обеих полярностей большой амплитуды из-эа наличия перемещающегося шлака на зеркале металла.Наличие этой помехи не позволяет стабилизировать значение нижней и максимальной температуры расплава, вызывает искажение значения заданного времени выдержки при перегреве,т.е. снижает качество управления, что, в свою очередь, приводит к,снижению процента выдачи высококачественного чугуна заданного химического состава, увеличению времени плавки, расходу электроэнергии, понижению производительности печи.Целью изобретения является повышение точности устройства.1095150 органа. При равенстве теоретической и фактической скорости нагрева металла на выходе коммутатора присутствует сигнал, пропорциональный сиг 10 налу на выходе датчика температуры Устройство содержит датчик 1 температуры расплава, представляющийсобой пирометр излучения, датчик мощности 2, представляющий собой, например, прибор индукционной системы саналоговым выходом, тензометрическийдатчик 3 веса печи, например тензо метрический, блок деления 4, блоквычитания 5, нуль-орган б, блок суммирования 7, интегрирующую кС -цепь9, апериодическое звено., выход которого подключен к входу измерительно го преобразователя 10.с позиционнымрегулятором 11, содержит контактныезадатчики нижней и максимальной температуры перегрева расплава, подключенные к первому входу исполнительного механизма 12, выход которогоподключен к входу датчика мощности 2.Устройство содержит также трансформатор 13 питания печи, блок сравнения 14, эадатчик температуры сснов ной тигельной реакции 15. Представляющий собой потенциометрический задатчик напряжения, квадратор 1 б,представляющий собой функциональныйпреобразователь с квадратично зависимостью, выход которого подключенк первому входу аналого-цифровогопреобразователя 17, представляющегособой преобразователь напряжения в частоту следования импульсов, второй вход которого подключен к выходу65 синхрогенератора 18, представляющецифрового преобразователя, введеныдатчик мощности, вход которого соединен с выходом трансформатора питания печи, последовательно соединенные датчик веса, блок деления, нульорган, коммутатор и интегрирующаяКС -цепь, а также сумматор и блоквычитания, первый вход которого соединен с выходом датчика температурырасплава, второй вход - с входом ивыходом измерительного преобразователя интегрирующей КС -цепи, связанным с вторым входом блока сравнения,а выход блока вычитания подключен квторому входу нуль-органа, причемвторой вход блока деления связан свыходом датчика мощности, выход -с первым входом сумматора, вторымвходом связанного с выходом интегрирующей ЙС -цепи, а выходом - с вторым 15 20 25 30 входом коммутатора, третий вход которого подключен к выходу датчика температуры расплава.Введение дополнительных блоков и их связей позволяет повысить точность управления эа счет; во-первых,достижения возможности стабилизировать значение нижней и максимальной температуры перегрева расплава, вовторых, достижения заданной временной выдержки металла при перегреве позволяет снизить расход электроэнергии за счет исключения беспорядочных коммутаций питания в режиме стабилизации температуры расплава, позволяет повысить функциональную надежность устройства за счет исключения возможностей частичной потериработоспособности устройства в режимах стабилизации температуры расплава и регулирования времени выдержки при перегреве, а также в периоды после окончания выдержки времени приперегреве. Это достигается путемисключения мощных выбросов в выходном сигнале датчика температуры расплава и замены их .расчетным значением температуры расплава на основании данных об электрической мощности, подводимой к индукционной печи,и веса содержимого печи, Наличиедатчика мощности, датчика веса, блока деления и их связей позволяютопределить теоретическую возможнуюскорость нагрева металла. Блок вычитания, апериодическое звено - интегрирующая ЦС -цепь с их связями впериоды отсутствия импульсных выбросов линеариэуются в дифференцирующее звено, что позволяет получитьна выходе блока вычитания сигнал,пропорциональный скорости изменениятемпературы расплава, и сигнал,пропорциональный разности выходногосигнала датчика температуры расплава на выходе апериодического звенав периоды возникновения импульсныхвыбросов в выходном сигнале датчика температуры расплава. Наличие нульоргана с его связями позволяетуправлять коммутатором путем сравнения теоретической и фактическойскорости нагрева металла при заданном пороге нечувствительности нульрасплава, При расхождении значений теоретической и фактической скорости агрева металла включается другой вход коммутатора, и на его выходе появляется сигнал, пропорциональный расчетному значению температуры расплава Наличие блока суммирования, апериодического звена и их связей позволяет получить на выходе блока суммирования сигнал, пропорциональный расчетному значению температуры расплава в периоды возникновения импульсных выбросов в выходном сигнале датчика температуры расплава.Апериодическое звено, кроме указанных, выполняет также функцию сглаживания высокочастотных параэитных составляющих в выходном сигнале датчика температуры расплава.На чертеже приведена блок-схема устройства для управления температурным режимом индукционной печи.. 40где ф - постоянная времени апериодического звена 9;Р - оператор Лапласа.Сигнал с выхода датчика мощности2, пропорциональный величине электрической мощности Н, подводимой кпечи, и сигнал с выхода датчика веса 3, пропорциональный весу Ю содержимого печи, поступают на входы блока деления 4, на выходе которого возникает сигнал, пропорциональный теоретическому значению производнойтемпературы расплава, определяемойпо Формуле:гго собой мультинибратор, запускающийся от импульса запуска и прекращающий генерацию от импульса сброса, делитель 19, представляющий собойдвоичный счетчик импульсов, счетчик 20 двоичный, выходы каждого разряда которого подключены к соответствующим нходам первой группы входов блока совпадения 21, представляющего собой цифровую схему сравнения, вторая группа входов которого подключе на к выходам блока задания программы 22, представляющего собой двоичный регистр памяти с ручной эапйсью информации, блок формирования сигналов управления 23, связанный с вхо дом табло сигнализации 24.Устройство работает следующим образом.Сигнал с ныхода датчика 1 температуры расплава в случае измерения температуры зеркала металла поступает через первый вход коммутатора 8, КС -цепь 9 на вход измерительного преобразователя 10 и первый вход блока сравнения 14. В случае попадания 25 шлака в поле зрения датчика 1 температуры расплава сигнал на его выходе резко изменится, что скажется на величине его производной. На выходе блока вычитания 5 присутствует сигнал, пропорциональный производной температуры расплава, так как цепь- выход датчика температуры расплава 1, первый вход коммутатора 8, его выход, апериодическое звено 9, второй вход блока вычитания 5 и его выход - линеаризуется в звено вида где- термический КПД индукционной печи;К - коэффициент, пропорцио" 60нальный для данных технологических условий.Значенияи К определяются предварительно для конкретного агрегата, 65 В момент попадания н поле зренияшлака сигнал на выходе блока вычитания 5 примет значение, отличающеесяот значения сигнала на выходе блокаделения 4 на величину, превышающуюзаданную, что вызывает такое измене-.ние значения сигнала на выходе нуль-.органа б, который переключает входкоммутатора 8. При этом сигнал свыхода блока деления 4, суммируясьс сигналом с выхода апериодическогозвена 9, поступает через второйвход коммутатора 8 и периодическоезнено 8 на вход измерительного преобразователя 10 и первый вход блокасравнения 14, Цепь - первый входблока суммирования 7, коммутатора 8,апериодическое звено 9, второй входблока суммиронания 7 - линеаризуется в интегрирующее звено вида% г - )06 )входным сигналомкоторого являетсясигнал, пропорциональный теоретическому значению производной/ температуры расплава с выхода блока деления 4, таким образом, в периоды времени, когда в поле зрения пирометра.присутствует помеха, на выходе апериадического звена будет присутстно.вать сигнал, пропорциональный расчетному значению температуры расплава, т.е. помеха, вызванная перемещением шлака на зеркале металла, будетустранена,После расплавления шихты и скачинания шлака или при заполнении миксера расплава температура поддерживается на нижнем уровне, который задается контактным эадатчиком. Если вэтом нет необходимости,задатчик блокируется, температура расплава под,нимается до максимальной температуры перегрева, заданной вторым контактным,задатчиком, и стабилизируется. В момент, когда температура перегрева достигает равновесной, заданной задатчиком 15 в зависимости от марки чугуна, нуль-индикатор блока сравнения 14 импульсом запуска переводит синхрогенератор 18 иэ ждущего режима в автоколебательный. Сигналы поступают на вход блока сравнения 14 в одном масштабе 1 вч= 1 град. Когда синхрогенератор 18 запустит преобразователь 17 аналог-циФра второй раз, температура перегрева будет уже превышать значение равновесной температуры и их разность с выхода сравнивающего устройства, возведенная в квадрат квадратором 1 б, поступит на вход преобразователя 17. Преобразователь преобразует непрерывный входной сигнал в соответствующую последовательность импульсов. Если период запуска синхрогенератора выбран значительно меньшим минуты, то импульсы1095150 Составитель Л,ПтенцоваНедолуженко Техред Л.Михеш Коррек Николайч Редант Поого комитета ССий и открытийРаушская наб.,Тираж 842 Государственелам изобретеМосква, Ж,н аказ 3596/29 ВНИИП по 13035, 4/ илиал. ППП "Патент", г.ужгород, ул ная,4 с выхода преобразователя поступят на делитель 19 с коэффициентом деления, равным отношению минуты к периоду .ледования импульсов синхрогенератора. С выхода делителя импульсы подаются на счетчик 20. 5При наборе на счетчике числа, равного соответствующему значению интеграла для чугуна данной марки, предварительно набранному на переключателях блока 22 задания программы, сра- О батывает блок 21 совпадения, и сигнал совпадения поступает через блок формирования сигнала управления наФ исполнительный механизм 12 для отключения питания печи и на световоетабло 24 готовности металла. Положительный эффект заключается в том, что предлагаемое устройство обеспечивает стабильную выдачу высо кокачественного чу уна заданного хи мического состава при минимальном времени плавки, что позволяет снизить удельный расход электроэнергии, угар элементов, повысить производительность и увеличить межремонтные сроки эксплуатации печи.