Устройство программного управления индукционным нагревом

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 5 В 23/02 51) РЕТЕ 2 ТРОЙСНИЯ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(ГОСПАТЕНТ СССР) ПИСАНИЕ ИЗОБ ТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Самарский политехнический институт им, В.В, Куйбышева(72) А.А. Казаков. Л.Я. Макаровский, А.Г. Подгузов, Э.Я. Рапопорт и В.В. Руднев (56) 1, Программные регуляторы индукционного нагрева. Кн, М.Б, Коломейцевой, Л.Н. Кулакова, С,М, Пушкарева, - М,: Энергия, 1972.2. Авторское свидетельство СССР 1 ч. 1288523, кл, 0 01 М 13/00, 15/00, 1985. Изобретение относится к управлению индукционным нагревом и может быть использовано в металлургической, машиностроительной и других областях промышленности.Известны устройства программного регулирования при йндукционном нагреве 13, В выпускаемых промышленностью программных регуляторах задание программы осуществляется либо с помощью профилированных лекал (например, в блоке БПВкомбинированной системы "Теплоавтомат"), либо с помощью диаграммной лейты, считывание программы с которой производится фотоголовкой (например, в регуляторах РУ 5-01 М), Программный регулятор УРНИ относится к регуляторам электромеханического 1 ипа с наличием подвижных элементов. Эти задатчики программы не обладают необходимым быстродействием и точностью, поскольку используют электро(54) УС ТВОРАВЛ Е ИНДУ ЦВОМ(57) Устройство относится к управлению индукционным нагревом и может быть использовано в металлургической прбмышленности. Содержит: задатчик времени нагрева максимальной мощностью, задатчик време- ни нагрева минимальной мощностью, задатчик времени окончания нагрева, три элемента сравнения, пять ключей и масштабный усилитель. Повышение точности задания программы управления индукционным нагревом достигается введением новых элементов, 2 ил. ПРОГРАММНОГО УПК ИОННЫМ НАГРЕмашинные и магнитные усилители, Они имеют ограниченные возможности для перестройки программ, что особенно важно при отладке программ нагрева. Точность этих программных устройств мала, поскольку они построены на принципе потенциометрических следящих систем, Организация длительной работы программирующего устройства в течение 8 - 10 ч затруднительна; поскольку ограничена длина бумажного полотна и необходима его перезаправка, что сопряжено с затратами времени.Известно устройство программного управления нагревом (21, Для повышения точности задания программы в виде четырех этапов, на первом из которых осуществляется нагрев по линейному закону, на втором - поддержание максимальной температуры, на третьем - снижение температуры по линейному закону, на четвертом - поддержание минимальной температуры, вустройство программного управления, содержащее интегратор с задатчиком его начального напряжения и последовательно соединенные задатчик минимальной температуры, сумматор и задатчик скорости нагрева и охлаждения, дополнительно включены задатчик начального момента снижения температуры, задатчик установки времени цикла, два блока сравнения и управляемый ключ, выход интегратора соединен со входами ключа и обоих блоков сравнения, второй вход первого блока сравнения - с задатчиком начального момента снижения температуры, а его выход - со вторым входом сумматора, второй вход второго элемента сравнения соединен с задатчиком установки времени цикла, его выходс управляющим входом ключа. а выход ключа - со входом интегратора. Недостатком устройства программного управления нагревом является то, что оно реализует циклическое, четырехинтервальное управление, на двух из которых выполняется линейный закон управления, а на двух других существует постоянный уровень минимального и максимального значений, и не позволяет вести циклическое программное управление нагревом на длительном временном интервале, имеющим в своем составе этап с экспоненциальным законом снижения выходного параметра при общем числе интервалов управления, равном трем, Этот, закон часто используется в индукционном нагреве для обеспечения равномерности температурного поля, и в частности, при нагреве плоских металлических изделий перед обработкой давлением. Существенный недостаток устройства в этом отношении состоит в том, что оно не универсальное,Целью изобретения является повышение точности задания программы управления индукционным нагревом.Для достижения поставленной цели в устройство программного управления индукционного нагрева, содержащее включенные последовательно задатчик начального напряженияи интегратор с параллельным ключом сброса, первый элемент сравнения, сумматор. задатчик максимальной мощности, задэтчик минимальной мощности, задатцик времени цикла. выход которого подключен к второму входу первого элемента сравнения, первый вход которого подсоединен к выходу интегратора, а выход первого элемента сравнения подключен к управляющему входу параллельного ключа сброса интегратора, дополнительно включены эпериодическое звено, задатчик времени нагрева максимальной мощностью. зэдатчик времени нагрева минимальной мощностью, задатчиквремени окончания нагрева, три элементасравнения, пять ключей, масштабный усилитель, вход которого через первый ключ5 соединен с выходом задэтчика максимальной мощности, выход масштабного усилителя подключен к первому входу сумматора,второй вход которого через последовательно соединенные второй и третий ключи сое 10 динен с первым, входом третьего элементасравнения и выходом апериодического звена, подключенного по входу с вторым выводом первого ключа, задатчик минимальноймощности через последовательно соеди 15 ненные цетвертый и пятый ключи соединенс третьим входом сумматора, задатчик времени начала нагрева минимальной мощностью подсоединен к второму входу третьегоэлемента сравнения, выход которогопод 20 ключен к управляющим входам третьего ицетвертого ключей, выход интегратора подключен к первым входам второго и четвертого элементов сравнения, первомууправляющему входу первого ключа. второй25 управляющий вход которого и управляющий вход второго ключа подключены к выходу второго элемента сравнения, входкоторого подсоединен к эадатчику временинагрева максимальной мощностью. управ 30 ляющий вход пятого подключен к выходучетвертого элемента сравнения, второйвход которого, соединен с задатчиком вреглени окончания нагрева, а выход сумматораявляется выходом устройства,35 Несмотря нэ известность вновь введенных в устройство апериодического звена.зэдатчика времени нагрева максимальной и,минимальной мощностью, задатчика времени окончания нагрева, трех элементов срав 40 нения, пяти ключей, масштабного усилителявведенные причйнно-следственные связиприводят к новому положительному эффекту - повышению. точности задания программы управления индукционным нагревом.45 Вновь введенные элементы описаны в периодической литературе, в частности в книге"Государственная система промышленныхприборов и средств автоматизации, Комплекс технических средств для локальных ин 50 формационно-управляющих систем (КТСЛИУС), Средства управления с переменнойструктурой (СУПС)", Т. 4, вып. 2. - М,; ЦНИИТЭИприборостроения, 1980.На фиг, 1 приведена блочная схема устройства программного управления индукционного нагрева, на фиг. 2 - иллюстрации, поясняющие принцип его работы.Обозначения на фиг. 1 соответствуют: 1- задэтчик максимальной мощности, 2 - задатчик минимальной мощности, 3 - зэдатчик начального. напряжения интегратора, 4 - задатчик времени нагрева максимальной мощностью, 5 - задатчик времени начала нагрева минимальной мощностью, 6 - задатчик времени окончания нагрева, 7 - мас штабный усилитель. 8 - апериодическое звено, 9 - сумматор. 10 - первый элемент сравнения, 11 - второй элемент сравнения, 12 - третий элемент сравнения, 13 - четвертый элемент сравнения, 14 - параллельный 10 ключ сброса, 15 - первый ключ, 16 - второй ключ, 17 - третий ключ, 18 - четвертый ключ, 19 - пятый ключ, 20 - интегратор, 21 - задатчик времени цикла.Выход задатчика 1 максимальной мощ ности соединен с первым выводом первого .ключа 15, второй вывод которого соединен со входами масштабного усилителя 7 и эпериодического звена 8, выход масштабного усилителя 7 соединен с первым входом сум мэтора 9., Выход апериодического звена 8 соединен с первым выводом второго клЮча 16 и первым входом третьего элемента сравнения 12, второй вход которого связан с выходом задатчика 5 времени начала нагре ва минимальной мощностью. Второй вывод второго ключа 16 подсоединен к первому выводу третьего ключа 17, второй вывод которого связан с вторым входом сумматора 30 35 9, Выход задатчика 2 минимальной мощности соединен с первым выводом четвертого ключа 18. второй вывод которого соединен с первым выводом пятого ключа 19. Второй вывод пятого ключа 19 подключен к третьему входу сумматора 9, Выход задатчика 3 начального напряжения интегратора соединен с входом интегратора 20; вход которого связан с первым выводом параллельного ключа сброса 14. Второй вывод параллельного ключа сброса 14 подсоединен к выходу интегратора 20, Выход интегратора 20 подключен к первым входам первого элемента сравнения 10, второго элемента сравнения 11, четвертого элемента сравнения 13, а также к первому управляющему входу первого ключа 15. Второй вход первого элемента сравнения 10 связан с выходом задатчика 21 времени цикла, Второй вход второго элемента сравнения 11 связан с выходом задатчика 4 времени нагрева максимальной мощностью. Второй вход третьего элемента сравнения 12 соединен с выходом задатчика 5 времени начала нагрева минимальной мощностью. Второй вход четвертого элемента сравнения 13 подключен к выходузадатчика 6 времени окончания нагрева.Выход первого элемента сравнения 10 соединен с управляющим входом параллельного ключа сброса 14. Выход второго элемента сравнения 11 подключен к управляющему 40 455055 входу второго ключа 16. э также к второму управляющему входу первого ключа 15. Выход третьего элемента сравнения 12 подключен к управляющим входам соответственно третьего ключа 17 и четвертого ключа 18. Выход четвертого элемента сравнения 13 соединен с управляющим входом пятого ключа 19. Выходом устройства является выход сумматора 9,Устройство программного управления индукционным нагревом работает следующим образом,Интегратор 20 вырабатывает линейно нарастающее напряжение (фиг, 2 а), Темп нарастания его выходного напряжения устанавливается как времязадающей цепочкой, так и задатчиком 3 начального напряжения интегратора, Задатчик времени цикла 21 задает необходимый сигнал, который в первом элементе сравнения 10 сравнивается с выходным напряжением Овых 20 интегратора 20. В момент равенства этих напряжений выходное напряжение Оых 10 первого элемента сравнения фиг, 2 в) падает, формируется время цикла 1 ц, что приводит к кратковременному замыкэниЮ параллельного ключа сброса 14 (фиг, 2 б), разряду времязадающей емкости интегратора 20 и началу нового цикла продолжительностью сц. На (фиг. 2 б) показано положение параллельногоключа сброса 14 на временном интервале в разомкнутом и замкнутом состояниях. На два входа второ-го элемента сравнения 11 подаются состветственно выходное напряжение Овых 20 интегратора 20 и напряжение задатчика 4 времени нагрева максимальной мощностью с 1, Пока Овых 20 меньше напряжения задатчика 4, ключ 15 замкнут (фиг. 2 г) сигналом управления с второго элемента сравнения 11, и идет формирование выдержки времени на интервале 0 - 11. Через ключ 15 сигнал с зэдатчика 1 максимальной мощности поступает на масштабный усилитель 7 и на первый вход сумматора 9, На интервале (О - 11) выходное нэпРяжение Оых 7 масштабно.- го усилителя 7 (фиг. 2 д) и выходное НаПРЯжЕНИЕ Опых 9 СуММатоРа 9 ИМЕЕТ Максимальное значение, регулируемое зэдатчиком 1. На интервале (О-т 1) через замкнутый ключ 15 поступает на апериодическое звено 8 тот же входной сигнал от задэтчика 1, что и на масштабный усилитель 7. Поскольку коэффициенты усиления 7 и 8 одинаковы, то И ВЫХодНЫЕ НаПряжЕНИя Ооых 7 И Овых 8 К концу интервала (О-с 1) одинаковы (фиг. 2 д и фиг. 2). Постоянная времени звена 8 выбирается такой. чтобы во всем рабочем диапазоне, когда необходима максимальная мощность нагрева 10 - т 1), выходное напряжение Овых 8 достигло установившегося значения заданной 1 максимальной величины. Эти два обстоятельства гарантируют СОВПаДЕНИЕ рабоЧЕй ТОЧКИ Овых 9 СуммаТОРа 9 в момент Т 1, когда начинается второй этап программы (12-11), На временном интервале (О - т 1) ключ 16 разомкнут (фиг. 2 в). а ключ 17 замкнут (фиг. 2 и), и следовательно, на второй вход 9 с апериодического звена 8 сигнал не поступает.В момент равенства выходного напряжения Овых 20 интегратора 20 и йэпряжения задатчика 4 времени нагрева максимальной мощностью на выходе второго элемента сравнения 11 ключ 15 размыкается. а ключ 16 замыкается, и начинается второй этап . (с 2-11) работы программирующего устройства, С размыканием ключа 15 с момента й 1 снимается сигнал с задатчика 1 с первого входа 9 (фиг. 2 д) и охода апериодического звена 8, но за счет замыкания ключа 16 ВЫХодНОЕ Овых 8 НаПряжЕНИЕ ПОСТУПЭЕТ На второй вход 9 (фиг. 2 К). Поскольку ключ 15 разомкнут, а ключи 16 и 17 на интервале (с 2 - т 1) замкнуты, то начинается снижение выходного Овы, 8 напряжения 8 по экспоненте (фиг, 2), а следовательно, ивыходное напряжение Овых 9 сумматора 9 на этом интервале йзменяется по экспоненциальному закону (фиг. 2 о), При сникении Овых 8 на интервале (12-11) происходит его сравнение с выходнымнапрякением задатчика 5 оремейи начала нагрева минимальной мощно. стью и в момент с 2 их равенства третий ключ17 размыкается, а четвертый ключ 18 замыкается, Несмотря на замкнутое состояние второго ключа 16 (фиг. 2 з) нэ интервале (1 цй 1) размыкание третьего клоча 17" в момент времени с 2 приводит к снятию экспоненциального воздействия 8 со второго входа 9 . (фйг. 2 к)и начинаетсятретий этап формирования программы (фиг; 2 о) нэ временноминтервале (сЗ"12), Поскольку на йнтервэле (13 - 12) четвертый ключ замыкается (фиг, 2 л).а пятый ключ 19 остается замкнутым (фиг.2 м); то сигнал с задатчика 2 минимальной мощности на временном интервале (13 - т 2) поступает на третий вход(фиг. 2 н) сумматора 9. Регулировкой сигнала с зэдатчика 2 минимальной мощности устанавливается его равенство значению выходного напряжения Овых 8 апериодического звена 8 к моменту времени т 2. На выходе сумматора 9 имеет место (фиг. 2 о) выходное напряжение Овых 9, состоящее из следующихэтапов: временной интервал (0-11), когда мощность при индукционном"нагреве имеет максимальное значение; временной интервал (Т 1- с 2). когда мощность снижается по экспоненциальной зависимости: времен женил Овых 20 интегратора 20 знэченио оы 5 ходного напряжения задатчика времени 10цесса нагрева, На интервале времени(1 ц) идет выравнивание температуры (фиг, 2 о) 30 35 ных приборов и средств автоматизации, Комплекс технических средств для локаль нь 1 х .информационно-управляющих систем 50 20 25 ной интервал (12-тЗ), когда мощность при индукционном нагреве имеет минимальное значение, При равенстое выходного нэпряокончания нагрева 6 пятый ключ 19 размыкается (фиг, 2 м), что приводит к снятию напряжения с третьего входа сумматора 9, формированию времени 13 окончания произделия, когда к индуктору не приклэдывается мощность, В момент оремени 1 ц (фиг, 2 а), когда выходное напряжение Овы, 20 интегратора 20 достигнет уровня уставки задатчика 21 времени цикла, замыкается параллельный ключ 14 сброса (фиг. 2 б), что приводит к кратковременному снижению Овых 20 до нуля, и далее цикл повторяется, как описано выше.В качестве базового обьекта устройства программного управления нагревом взято устройство программного управления нагреоом по а. с. М. 1288523, Для реализации данного устройства программного упраоления индУкционного нагрева использованы следующие серийные элементы систем упраоления с переменной структурой СУПС- задатчики - Ф 5182;- масштабный усилитель 7, апериодическое звено 8, сумматор 9 - Ф 5173- элементы сравнения 10 - 13 - Ф 5174; - ключи 14 - 19 - Ф 5206. Эти блоки входят о комплекс средствГосударственной системьг: промышленных приборов, например, на суперблоках СУПС (см. Государственная система промышлен(КТС ЛИУС), Средства управления с переменной структурой (СУПС). Т, 4, вып. 2, - М.; ЦНИИТЭИприборостроения, 1980), Устройство программного управления позволяет производить регулирооку как максимального, так и минимального значений выходного напряжения Овых, интенсивности снижения Овых ОТ МаКСИМаЛЬНОГО ДО МИИМаЛьного значений, а также время окончания действия максимального выходного напряжения,минимального выходного напряжения, начала приложения его и полного времени цикла индукционного нагрева изделий Формула изобретения Устройство программного управления индукционным нагревом, содержащее задатчик начального напряжения, интегратор. выход которогосоединен с информационным входом интегратора. вход сброса которого соединен с выходом первого элементасравнения, первый вход которого подключен к выходу задатчика времени цикла, второй вход - к выходу интегратора, а также сумматор, отл ич а ю щеес я тем,что,с целью повышения точности задания про граммы управления индукционным нагревом. в него введены апериодическое звено, задатчик времени нагрева максимальной мощностью,задатчик времени нагрева минимальной, мощностью. задатчик времени окончания на грева, три элемента сравнения, пять ключей и масштабный усилитель, вход которого соединен с выходом первого ключа и входом апериодическбго звена. выход которого подключен к информационному входу второго ключа, уп равляющие входы первого и второго ключей соединены с выходом второго элемента сравнения, первым входом подключенного к выходу задатчика времени нагрева максимальной мощностью. вторым входом - к выходу интег ратора и первому информационному входу первого ключа, второй информационный вход которого соединен с выходом задатчика максимальной мощностью, выход задатчика времени начала нагрева минимальной мощностью соединен с первым входом третьего элемента сравнения, второй вход которого подключен к выходу апериодического звена, а выход - к управляющим входам третьего и четвертого ключей, информационные входы которых соединены соответственно с выходом второго ключа и входом задатчика минимальной мощностью, выход третьего ключа соединен с первым входом сумматора, второй вход которого соединен с выходом масштабного усилителя, третий вход - с выходом пятого ключа, информационный вход которого подключен к выходу четвертого ключа, а управляющий вход - с выходом четвертого элемента сравнения, первый вход которого подключен к выходу задатчика времени окончания "нагрева, а второй вход - к выходу интегратора, выход сумматора является выходом устройства,Тираж Подписное Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035, Москва, Ж, Раущская наб 4/Б