Устройство управления нагревом ферромагнитных заготовок в методической нагревательной установке

(19) ) 78782 51)4 С 21. Р 11/00 Е ИЭО ОЛИ К АВТОРСК СТВ м первым являетсявторым вхо другого усилвходом блока ел правления мпаратора илителей, ого блока Второи ВхОд к дом - входы у выход аналого а Выходо мят и -ком п.1, о т что бло к памяти, сточ- срав- на- ом что, с цел тельности заданной ходных,реж оно снабж ия и бл ик опорног первьлм вхо ературы метал переЯблоимах пуска нагрев но блоком управле ации и четырьмя к которого одом блока памярого является ами, лока ком комму причем пе коммутацидатчика с ммутацинения ода а1вляет а коммутации, ляется выходо всехполовыход - кключей, и жен между ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Куйбьппевский ордена ТрудовогоКрасного Знамени металлургическийинститут им. В,В.Куйбышева(54)(57) 1; УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯНАГРЕВОМ ФЕРРОМАГНИТНЫХ ЗАГОТОВОКВ МЕТОДИЧЕСКОЙ НАГРЕВАТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКЕ, содержащее подсоединенный кнагревателю регулируемый источникпитания, управляющий вход которогосоединен с выходом регулятора, дваиндуктивных датчика, расположенныеснаружи нагревателя вдоль его продольной оси, механизм перемещенияобоих индуктивных датчиков вдольнагревателя, вход которого соединенс выходом блока сравнения, к входамкоторого подсоединен выход механизма перемещения индуктивных датчиков,датчик скорости перемещения заготовки, о т л и ч а ю щ е е с я тем,ю повьппения производи точности поддержания рвыи и второи входы ПОДСОРДИНРНЫ К ВЫХ коростп и регулятора управляющим входам ервый из которых расдатчикол 1 скорости и входом блока сравнения, второй - Выходом индуктивных датчиков и входом регулятора, третий - выходом индуктивных датчиков и входом блока сравнения, а четвертый - входом регулятора и выходом блока управления, один из входов которого соединен с выходом регулятора, а второй - с выходом исполнительного механизма перемещения датчиов.2. Устройство по п.1, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что блок управления содержит ключ, компаратор, аналоговый блок памяти, два усилителя, выход одного из которых подсоединен к входу аналогового блока памяти через ключ, первый управляющий вход которого соединен с выходом компаратора, к одному из входов которого подсоединен выход 3. Устройство по ч а ю щ е е с я тем мутации содержит бло ник опорного напряже нения, причем источи пряжения соединен с блока сравнения, вьп. соединен с первым вти, второй вход кот1 ервым входом блока второи вход блока сся вторым входом блвыход блока памятиблока коммутации.Изобретение относится к электротермии и может быть использовано в металлургической, машиностроительной и других областях промышленности, использующих нагревательные установки непрерывного действия, например индукционные, для нагрева ферромагнитных заготовок до температур, превышающих температуру магнитных превращений.Цель изобретения - повышение производительности и точности поддержания заданной температуры металла в переходных режимах пуска нагревателя.На Фиг. 1 изображена функциональная схема устройства; на фиг,2- график изменения мощности и температуры на выходе из нагревателя; на фиг. 3 - распределение температуры вдоль нагревателя; на фиг. 4 график изменения мощности нагрева в Функции координаты точки магнитных превращений.Устройство содержит нагреватель 1, индуктивные датчики 2 и 3, регулятор 4, выполненный, например, на базе регулирующего устройства типа РБА-П системы АКЭСР, регулируемый источник 5 питания, например АРИР, нагреваемое изделие 6, датчик 7 скорости перемещения металла, блок 8 сравчения, выполненный, например, на базе блока суммирования типа БКР-П системы АКЭСР, исполнительный механизм 9 перемещения индуктивных датчиков, блок 10 формирования сигнала управления, блок 11 коммутации, ключи 12-15.Блок 10 формирования сигнала управления содержит усилители 16, 17, компаратор 18, ключ 19, аналоговый блок 20 памяти, выполненный, например, на базе блока динамических преобразований типа БДП-П системы АКЭСР.Блок 11 коммутации содержит блок 21 памяти, выполненный, например,на базе блока динамических преобразований БДП-П системы АКЭСР, источник 22 опорного напряжения, блок 23 сравнения, выполненный, например на базе блока БСЛсистемы АКЭСР.В процЕссе пуска нагревателя изхолодного состояния, когда в нагре. вателе находятся холодные заготовки, при включении механизма перемещения заготовок сигнал пуска воздействует 5 1 О 15 20 25 30 35 40 45 50 55 на блок 21 памяти блока 11 коммутации. На выходе блока 21 памяти появляется сигнал, соответствующий " 1",который воздействует на ключи 12-15,отсоединяя с помощью ключа 12 входблока 8 сравнения от выхода датчика7 скорости и подсоединяя второй входблока 8 сравнения к выходу индуктивных датчиков 2 и 3 с помощью ключа14. Одновременно ключ 13 отсоединяет один вход регулятора 4 от выходаиндуктивных датчиков 2 и 3, а ключ15 подсоединяет второй вход регулятора 4 к выходу блока Формированиясигнала управления,Так как в индукторе находятсяхолодные заготовки, индуктивныедатчики 2 и 3 формируют сигнал,который через ключ 14 и блок 8 сравнения воздействует на исполнительный механизм 9 перемещения индуктивных датчиков, который перемещает индуктивные датчики 2 и 3 вправо.Когда индуктивные датчики 2 и 3 переместятся в положение, соответствующее координате точки Кюри в установившемся режиме работы с минимальнойскоростью, сигнал с выхода исполнительного механизма 9 воздействуетна ключ 19, подсоединяя вход блока20 памяти к выходу усилителя 17.Аналоговый блок 20 памяти формирует сигнал, который через ключ 15 ирегулятор 4 воздействует на регулируемый источник 5 питания, подключаяк входу нагревателя 1 максимальнуюмощность,. Под действием подводимой к нагревателю мощности изменяется температурное распределение в металле подлине нагревателя, а координата точки магнитных превращений перемещается влево (фиг. 3), вызывая изменениесигнала на выходе датчиков 2 и 3.Сигнал рассогласования на выходе ин-.дуктивных датчиков 2 и 3 через ключ14 и блок 8 сравнения воздействуетна исполнительный механизм 9, который перемещает индуктивные датчикив сторону, соответствующую ликвидации рассогласования.Сигнал с выхода исполнительногомеханизма 9 перемещения индуктивныхдатчиков 2 и 3 воздействует на усилители 16, 17 блока 10 формированиясигнала управления, С выхода усилителя 16 сигнал поступает на одинвход компаратора 18; на другой входкомпаратора 18 поступает сигнал свыхода регулятора 4. В момент равенства этих сигналов компаратор Формирует на выходе сигнал, который воздействует на ключ 19, подсоединяявыход усилителя 17 к входу аналогового блока 20 памяти.Аналоговый блок 20 памяти при замыкании ключа 19 Формирует на выходесигнал управления, воздействующий Очерез ключ 15 на регулятор 4. Регулятор 4 воздействует на регулируемыйисточник 5 питания, изменяя уровеньподводимой мощности до значения, соответствующего условию поддержания 15температуры металла на выходе из нагревателя на заданном уровне, Необходимый уровень мощности определяетсяиз соотношения Р = Ы 1, где Псигнал на выходе усилителя 17 в момент, когда сигналы с выхода усилителя 1 б и с выхода регулятора 4 сравняются и ключ 19 подсоединит входблока 20 памяти к выходу усилителя17; к - коэффициент пропорциональности между мощностью и напряжением навыходе усилителя 17 (линия РЕ нафиг. 4),Под действием нового уровня мощности координата точки Кюри начнетперемещаться вправо (Фиг. 1,3);сигнал рассогласования на выходеиндуктивных датчиков 2 и 3 черезключ 14 и блок 8 сравнения воздействует на исполнительный механизм 9,35перемещая индуктивные датчики 2 и 3в сторону уменьшения рассогласования.Когда сигналы с выхода усилителя 16и выхода регулятора 4 на входе компаратора 18 вновь сравняются,компаратор40формирует на выходе сигнал, который воздействует на ключ 19, подсоединяя выходусилителя 17 к входу блока 20 памяти.Вновь формируется сигнал, которыйчерез ключ 15 и регулятор 4 воздейст 45вует на регулируемый источник 5 питания, изменяя уровень подводимой кнагревателю мощности.Такой процесс ступенчатого изменения мощности нагрева будет происходить до тех пор, пока уровень мощности не станет равным установившемуся значению. В момент равенства мощности, подводимой к нагревателю, установившемуся значению, сигнал на входе блока 23 сравнения становится равным опорному сигналу; блок 23 сравнения Формирует сигнал, который воздействует на второй вход блока 2 Т памяти. На выходе блока 21 памяти появляется сигнал, соответствующий и0 , который воздействует на ключи 12-15, подсоединяя с помощью ключа 12 один вход задающего устройства 8 к выходу датчика 7 скорости, а с помощью ключа 13 - вход регулятора 4 к выходу индуктивных датчиков 2 и ,3 и отсоединяя с помощью ключа 144.второй вход задающего устройства 8 от выхода индуктивных датчиков 2 и 3, .а с помощью ключа 15 - второй вход регулятора 4 от выхода блока 1 Р формирования сигнала управления.Пояснить сущность заложенных в устройство принципов управления можно следующим образом.Известно, что программа изменения мощности нагрева, минимизирующая отклонение температуры металла на выходе из нагревателя в процессе пуска, носит кусочно-постоянный характер. Ей однозначно соответствует температурное распределение в металле по длине нагревателя, а следовательно, и положение точки магнитных превращений. При этом температура металла на выходе из нагревателя.в процессе реализации оптимальной программы равна заданному значению, т.е. практически отсутствует какое-либо отклонение температуры металла на выходе из нагревателя от заданного значения (Фиг. 2), Следовательно, реализация замкнутой системы с обратной связью по температуре металла на выходе из нагревателя не представляется возможной, так как отсутствует отклонение температуры металла на выходе. Однако в этом случае возможна реализация замкнутой системы с обратной связью по положению точки магнитных превращений, координаты которой однозначно определяются уровнем подводимой к нагревателю мощности на каждом интервале постоянства .На Фиг. 2 показаны график изменения мощности Р нагрева, полученный из условия минимума отклонения температуры металла на выходе из нагревателя в процессе выхода на установившийся режим (кривая м), и температура металла на выходе из нагревателя ,кривая В); на фиг, 3 - темпе(ратурное распределение в металле по длине нагревателя в различные моменты времени Г, Г, Тл, , соот 117878220 Как следует из фиг. 4 переключение А 0 мощности нагрева с одного уровня на другой происходит, когда точка магнитных превращений достигает опредегенного положения. Это положение (координата) однозначно определяется 45 уровнем мощности нагрева для каждого ветствующие моментам переключения подводимой к нагревателю мощности.Как следует из графиков, существует вполне определенная зависимость между координатной точкой магнитных превращений, уровнем подводимой к нагревателю мощности и моментам ее переключения, из которой вытекает возможность реализации устройства, 10 обеспечивающего автоматическое определение требуемого уровня мощности на каждом интервале управления и моментов переключения с одного уровня на другой. Такая зависимость 15 может быть найдена по известным со- . отношениям и представляет собой кусочно-постоянную функцию Р (Хгде Р - уровень мощности на и-ом интервале оптимальной программы; Х - соответствующая координатаКйточки магнитных превращений в конце и-го интервала.Ла фиг. 4 представлен график изменения мощности нагрева в функциИ 25 координаты точки магнитных превращений. Здесь точка А с координатами Р ст и Хсоответствует устаномстуствившемуся режиму работы.В процессе выхода на установившийся режим мощность нагрева принимает последовательно значения Р дс Р 1, 234ст .соответствуют моменты переключенияг- Г.г гф1 "2 3 "4 "О (-З 5 и координаты точки магнитных превращений Хк, Хк 2 Хк 3 Хк 4 Хк 5Х (фиг, 4) . интервала постоянства в момент переключения, а совокупность координатточки магнитных превращений, соответствующих моментам переключения с одного уровня мощности на другой, представляет собой прямую линию (линияВС, фиг. 4), параметры которой определяются по известным соотношениям.Аналогично определяется зависимость уровня мощности для каждогопоследующего интервала постоянства откоординаты точки магнитных превращений в момент переключения. Она представляет собой прямую, проходящуючерез точку установившегося режимаи точку на оси ординат, соответствующую уровню мощности тепловых потерьс поверхности нагреваемого изделия(линия ВС, фиг. 4).Далее, имея установленные зависимости моментов переключения и уровней мощности нагрева от координатыточки магнитных превращений, можнолегко преобразовать их в соответствующие напряжения, связанные с координатой точки магнитных превращенийсоответствующими коэффициентами. По"добные зависимости можно реализоватьс помощью линейных преобразователей,выполненных, например, на операционеных усилителях. Полученные с помощьюлинейных преобразователей напряженияиспользуют затем для формированиятребуемого закона изменения мощности1нагрева в процессе пуска нагревателятак, как это показано при описанииработы устройства.Предлагаемое устройство повышаетточность поддержания заданной температуры металла на выходе из нагрева"тепя в переходных режимах пуска, чтопозволяет исключить брак от перегревазаготовок, увеличить производительность установки, снизить расход электроэнергии на нагрев,Составитель А.Абросимактор М,Бандура Техред М.Надь орректор А.Зимокос писное аказ 561 Подкомитета СССРи открытийушская наб., д.4/ илиал ППП "Патент,Ужгород, ул.Проектна ф Ц Ъ з С 1/23 Тираж 553 ВНИИПИ Государственного по делам изобретений 113035, Москва, Ж, Ра