Устройство для контроля наличия металла

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОУМ//РЮЕЮИЖРЕСПУБЛИН В 21 В 37/00 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТЮОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСНОМУ СЭИДЕТВЬСТВУ(56) . Авторское свидетельство СССРУ 699326, кл. С 01 Р 5/12,В 21 В 37/00, 1976.2. Баранов В,И. и др, Устройствоиндикации наличия полосы на агрегатах цеха холодной прокатки. Реферативный сборник Металлургическоеоборудование. Оборудование для прокатного производства". 1-78-П, И.,НИИИнформтяжмаш, 1978.,(54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯНАЛИЧИЯ МЕТАЛЛА, содержащее последовательно соединенные источник опорного напряжения, дифференциальныйтрансформаторньй преобразователь,первый узел установки нуля, первыйполосовой фильтр, о т л и ч а ю -.801093375 А щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности контроля наличия металла для последовательно движущихся с зазором вибрирующих полос и увеличения зоны чувствительности, оноснабжено последовательно соединенными вторым дифференциальным трансформаторным преобразователем, вторымузлом установки нуля и вторым полосовым фильтром, а также двумя фазовращателями, дифференциальным усилителем, фазовым детектором, фильтромнижних частот и компаратором, причемвыходы полосовых фильтров через фазовращатели соединены соответственнос неинвертирующнм и инвертирующимвходами дифференциального усилителя,выход которого подсоединен к измерительному входу фазового детектора, авыход источника опорного напряжениясоединен с входом второго дифференциального трансформаторного преобразователя и управляющим входом фазового детектора, выход которого черезфильтр нижних частот соединен с входом компаратора, а выход последнегоявляется выходом устройства,1093375 2, Устройство по п.1, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что второй дифференциальный трансформаторный преобразователь смещен в горизонтальной Изобретение относится к контрольным и регулирующим устройствам прокатных станов и может быть использо" вано в системах автоматизации технологических процессов в листопрокат .ном производстве.Известно устройство для контроля наличия металла на рольганге прокатного стана, содержащее магнитопровод, две обмотки возбуждения и две изме рительные обмотки, которые расположены на оси рольганга по разные стороны от оси перемещения металла и соединены встречно, При подаче переменного напряжения на обмотки возбужде ния создаются равные по величине магнитные потоки, которые направлены встречно, следовательно, результирующий магнитный поток равен нулю и в измерительных обмотках ЭДС не навоподит.О ся. При появлении металла на роль- ганге образуются дополнительные контуры замыкания магнитных потоков, в которых потоки не компенсируются и наводятся в измерительных обмот ках ЭДС 11 3.Однако данное устройство не позволяет с большой точностью контролировать прохождение переднего и заднего конца полосы, а также не способно раз 30 личать полосы,. движущиеся с малым зазором ( 0,5 м), так как в данном устройстве в качестве замкнутого магнитопровода используются элементы рольганга и все точностные характеристики соизмеримы с его габаритами.Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является устройство контроля наличия полосы на агрега" 40 тах прокатного производства, включающее дифференциальный трансформаторный преобразователь, узел установки нуля, полосовой фильтр и импульс" ную схему обработки сигналов. При наличии ферромагнитной полосы в зоне внешнего переменного магнитного плоскости в направлении движения .по,лосы относительно первого на величину, не превышающую минимальный зазормежду полосами,поля, создаваемого питающей обмоткой, наступает разбаланс магнитныхпотоков сердечников, что приводит кпоявлению переменного напряжения навыходе преобразователя. Импульснаясхема обработки сигналов преобразуетпеременное напряжение на выходефильтра в релейный сигнал с гистерезисом по перемещению полосы относительно преобразователя. Импульсныйметод применЕн для увеличения быстродействия, а гистереэис по перемещению наобходим для устранения "дребезга" релейного сигнала при изменении в некоторых пределах расстояния полосы от датчика.В известном устройстве максимально достижимая чувствительность, измеряемая расстоянием от полосы домагнитопровода преобразователя, опре.деляется размером магнитопроводаи пропорциональна его длине. С другой стороны минимальный зазор мелцщдвижущимися полосами, который можетразличать данное устройство, такжезависит от размеров магнитопроводаи превышает его длину Г 2 3.Недостатком известного устройства является отсутствие способностиразличать передний и задний концыдвух соседних полос, движущихся сзазором, меньшим длины магнитопровода. Кроме того, устройство неработоспособно при вибрации полосы с амплитудой, превышающей гистерезис поперемещению,Целью изобретения является повьюшение надежности контроля наличияметалла для последовательно движущих.ся с зазором вибрирующих полос и увеличение зоны чувствительности.Поставленная цель достигается тем,что в устройство для контроля наличия металла, содержащее последовательно соединенные источник опорно,го напряжения, дифференциальный трансформаторный преобразователь, первый3 10933 узел установки нуля и первый полосовой фильтр, введены последовательноУи соединенные второй дифференциальныи трансформаторный преобразователь, второй узел установки нуля и .второй полосовой фильтр, а также два фазовращателя, дифференциальный усилитель, фазовый детектор, фильтр нижних частот и компаратор, причем выходы полосовых Фильтров через фаэовра О щатели соединены соответственно с неинвертирующим и инвертирующим входами дифференциального усилителя, выход которого подсоединен к измерительному входу фазового детектора, а выход 15 источника опорного напряжения соединен с.входом второго дифференциального .трансформаторного преобразователя и управляющим входом фазового детектора, выход которого через 20 фильтр нижних частот соединен с входом компаратора, а выход последнего является выходом устройства.При этом второй дифференциальный трансформаторный преобразователь смещен в горизонтальной плоскости в направлении движения полосы относительно первого на величину, не превышающую минимальный зазор между полосами. 30,На фиг. 1 приведена схема устройства; на фиг, 2 - графики, поясняющие принцип работы устройства; на фиг. 3 и 4 - схемы вариантов расположения преобразователей на объекте.Устройство состоит из двух идентичных цепочек, состоящих соответст" венно из последовательно соединенных первичных преобразователей 1 и 2, узлов 3 и 4 установки нуля, полосовых, фильтров 5 и 6, а также фазовращателей 7 и 8. Выходы фаэовращателей соединены соответственно с неинвертирующим и инвертирующим входами дифференциального усилителя 9, суммарный , сигнал с которого поступает на изме.рительный вход фазового детектора 10. Выходной сигнал с фазового детектора через фильтр 11 нижних частот подается на вход компаратора 12, выход которого является выходом устройства. Источник 13 опорного напряжения запитывает обмотки питания преобразователей 1 и 2, а также подает сигнал на управляющий вход фазового детекто 55 ра 1 О.Сущность изобретения заключаетсяв следующем. ус 4Информация о наличии листа образуется на выходе дифференщиального усилителя путем суммирований преобразованных сигналов с двух преобраэова" телей. За счет пространственного смещения преобразователей полоса входит в зону влияния каждого иэ преобразователей последовательно во времени, в результате чего на выходах преобразователей возникают электрические сигналы, также сдвинутые во времени. В зависимости от положения полосы суммарный сигнал изменяется по амплитуде и по фазе, При входе полосы в зону влияния первого преобразователя суммарный сигнал начинает увеличивать" ся по амплитуде, достигает максимального значения и при входе в зону влияния второго преобразователя уменьшается до нулевого порога. При выходе полосы иэ зоны влияния первого преобразователя суммарный сигнал снова нарастает, причем Фаза его меняется на противоположную, достигает максимального значения и при выходе иэ зоны влияния второго преобразователя уменьшается до нулевого порога. Следовательно, суммарный сиг" нал на выходе дифференциального уси- лителя в зависимости от положения полосы принимает следующие значенияфпри отсутствии полосы в зоне влияния преобразователей уровень сигнала равен шумовому порогу;при нахождении полосы в зоне элияния обоих преобразователей уровень сигнала также. не превышает шумовой порог;при нахождении переднего конца полосы в зоне влияния только первого преобразователя уровень выходного сигнала имеет максимальную амплитуду и положительную фазу;при нахождении заднего конца полосы в зоне влияния только второго преобразователя уровень выходного сигнала также имеет максимальную амплитуду, но отрицательную фазу,После фазового детектирования информация о входе полосы в зону влияния первого преобразователя представляет импульсы положительной полярности, а о выходе полосы из зоны влияния второго преобразователя - импульсы отрицательной полярности с амплитудами, превышающими заданные пороги.Таким образом, в устройстве полу- чаемая информация о наличии или от"15работает следующим об 5 1093сутствии полосы не критична к .расстоянию полосы от преобразователей в пределах зоны чувствительности, а, следовательно, вибрация полосы не будетприводить кложным срабатываниям. Отпадает необходимость применения гистерезиса по перемещению. Точность определения вступлЕния переднего илизаднего конца полосы в данную точкупространства зависит от расоложе Ония преобразователей и определяетсярасстоянием смещения осей преобразова-,телей, что в свою очередь определяет минимальный зазор между полосамифмиЧ) ф .Устройстворазом,В отсутствии полосы, с помощьюузла установки нуля, сигнал на вьжоде первичного преобразователя уста Онавливается на минимальное значение.Первичный преобразователь представляет собой дифференциальный трансформаторный преобразователь с разветвленной магнитной цепью, 25Полосовой фильтр настраиваетсяна частоту сигнала источника 13 опоркого напряжения.Фаэовращателн 7 и 8 корректируютфазовые сдвиги, вносимые фильтрами5 и 6.Благодаря идентичности преобразователей 1 и 2 и дополнительной подстройки сигналы на выходе фаэовращателей близки о амплитуде и Фазе и35после суммирования на дифференциальном усилителе 9 компенсируют другдруга, Таким образом, на выходе дифференциального усилителя как приотсутствии, так и при наличии полосы 4 Ов зоне влияния обоих преобразователейсигнал имеет минимальное значениеи не превышает некоторый шумовой порог После Фазового детектированияи низкочастотной Фильтрации сигналпоступает на вход компаратора 12, выполненного с гистерезисом. Компаратор 12 настроен таким образом, чтосрабатывание происходит при превышении входного сигнала заданного полозительного порога, а отпускания - отрицательного порога, Поскольку входной сигнал не превышает заданногопорога, компаратор не изменяет своего состояния и находится в положении,соответствующем наличию илн отсутст 55вию полосы.На фиг, 2 представлены диаграммы,,поясняющие работу устройства при 375 бвходе (левая колонка) н выходе (пра" вая колонка) полосы иэ зоны влияния преобразователей; а - сигнал на выходе источника 13 опорного напряжения;4 - сигнал на выходе первого фаэовра" щателя 7 при поступлении полосы в зону влияния первого преобразователя;- сигнал на выходе второго фазовращателя 8 при поступлении полосы в зону влияния второго преобразо" вателя; ь- сигнал. на выходе дифФеренциального усилителя 9; д - сигнал на выходе фазового детектора 10; ф - сигнал на выходе фильтра 11 нюкних частот; ж - сигнал на выходе компаратора,. При входе переднего конца полосы в зону влияния первого преобразователя сигнал на выходе первого фазовращателя 7 нарастает по амплитуде от шумового порога до максимального значения. Продолжая движение, полоса входит в зону влияния второго преобразователя, в результате чего сигнал на выходе второго фазовращателя 8 также нарастает по амплитуде от шумового порога до максимального значения. После суммирования на выходе дифференциального усилителя в соответствии с двюкением полосы сигнал увеличивается от уровня шумового порога до максимального значения, а затем уменьшается до уровня, не превышающего шумовой порог,. причем фаза этого сигнала совпадает с фазой опорного напряжения. После фазового детектирования получается импульсный сигнал положительной полярности. Когда передний фронт этого импульса превысит порог на вход компаратора12, компаратор 12 перебросится из положения, соответствующего отсутствию полосы, в положение, соответствующее наличию полосы, и будет находиться в этом положении до тех пор, пока на его входе не появится сигнал, превышающий отрицательный порог. При выходе заднего конца полосы из зоны влияния первого преобразователя 1 сигнал на выходе первого фазовращателя 7 уменьшается по амплитуде от максимального значения до уровня шумового порогаВ процессе выхода заднего конца полосы из зоны влияния второго преобразователя 2 сигнал на выходе второго фазовращателя 8 такжеуменьшается от максимального значения до уровня шумового порога.В результате суммирования. на выходе дифференциального усилителя 9 в соответствии с перемещением поло сы, сигнал увеличивается от уровня шумового порога до максимального значения, а затем уменьшается до уровня, не превышающего шумовой порог, причем фаза этого сигнала сдвинута относительно опорного на 180 После фазового детектирования и низкочастотной фильтрации на выходе фильтра 11 нижних частот получается импульсный сигнал отрицательной по лярности.. Когда передний фронт этого импульса превысит порог на выходе компа-ратора 12, он перебросится из положения, соответствующего наличию полосы,20 в положение, соответствующее отсутствию полосы, и будет находиться в этом состоянии до тех пор, пока на его входе на появится сигнал, превышающий положительный порог. 25Устройство работает на частотах сигнала источника опорного напряжения, не превышающих 1000 Гц, когда значительно сказывается присутствие полосй ЗО на фазовый сдвиг сигналов с выходов преобразователей. Незначительные изменения сигнала на противоположную полярность на выходе фазового детектора, связанные с фаэовым сдвигом, сглаживаются фильтром нижних частот.На фиг, 3 и 4 представлены два варианта установки первичных преобразователей. Первый вариант (фиг, 3) ис О пользуется, когда необходимо иметь большую зону чувствительности преобразователей, второй вариант (фиг.4)- прн.малых зазорах между полосами.Возможен третий вариант объединенных конструктивно двух первичных преобра-. зователей. Использование в устройстве двухпервичных преобразователей, смещенных относительно друг друга в направлении движения металла, и дальнейшаяобработки сигналов с помощью дифференциального усилителя, фазового детектора и компаратора позволяет повысить надежность устройства при контроле наличия полос, движущихся с вибрацией и малым зазором между полосами, Известные датчики неработоспособны при вибрации полосы с амплитудой,превышающей гистереэис по перемещению (несколько сантиметров) и неразличиют при рабочей зоне чувствительности более 5 см зазор между листами менее 10 см.Применение устройства на агрегатах поперечной резки позволит увеличить производительность агрегатов засчет повышения надежности работы набольших скоростях и малых зазорахмежду листами, а также за счет снижения рабочего времени (до 1 ч) на устранение сбоев в работе агрегата поперечной резки, вызванных неполадками в работе системы сортировки по причине отказов устройства наличия листа.Кроме того, исключается возможность попадания при сортировке бракованных и годных листов не по назначению.Уменьшение же зазора между движущимися листами до 3-5 см при длинелистов 100-200 см позволит поднятьпроизводительность агрегатов еще на5"103. В настоящее время минимальныйзазор между листами на агрегат резкисоставляет 15 см. За счет уменьшениязазора, например до 5 см, можно уплонить движение листов на 1 О см (засчет увеличения скорости резки), чтосоставляет для листов длиной 100200 см увеличение скорости резки, аследовательно, и производительностиаказ 334 О/6 Тираж 796 П ВНИИПИ Государственного комитета СС по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., сное ал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4