Устройство для регулирования теплового режима методической индукционной установки

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН б/06 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ССС ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫ ОПИСАНИЕ ИЭОБРЕТЕНИ С.Зимин,ндяковехническиева ельс06,(54) (57) 1. У ВАНИЯ ТЕПЛОВО ИНДУКЦИОННОЙ В 725277, о т тем, что,.с ц ТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОО РЕЖИМА МЕТОДИЧЕСКОЙ СТАНОВКИ по авт. св. л и ч а ю щ е е с я лью повышения точнос(61) (21) (22) (46) (72) Э.Я. (71) инст (53) (56) В 72 ТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ 725277 3611340/24-07 24,0683 07.08.84. Бюл. В 2А.И.Данилушкин, Л.Рапопорт и Л.В. СиКуйбышевский политтут им, В,В,Куйбыш 621365.52 (0888) 1,Авторское свидет277, кл. Н 05 В б/ ЯО 1107347 А ти поддержания температуры металла в переходных режимах, оно снабжено дополнительным датчиком температуры иэделия внутри индуктора, смещенным к входу в индуктор относительно дат чика температуры изделия внутри индуктора, двумя ключами и блоком кор рекции, три входа которого соединен с датчиками температуры, четвертый с датчиком скорости, первый выход через первый ключ - с первым входом регулирующего блока, связанного вто рым входом с датчиком температуры на выходе из индуктора через второй ключ, а второй выход блока коррекции - с управляющими входами обоих ключей1107347 2, Устройство по п.1, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что блок коррекции содержит трехвходовой сумма тор, к одному иэ вхрдов которого подключен источник опорного напряжения, а к выходу - вход аналоговогс блока памяти через третий ключ управляющий вход которого соединен с 40 45 50 Изобретение относится к электротермии и может быть применено вметаллургической, машиностроительной и других отраслях промышленности, использующих нагревательныеустановки непрерывного действия,например индукционные, резистивные и др.Ло основному авт. св. Р 725277известно устройство для регулирова"ния теплового режима методическойиндукционной установки, содержащееиндуктор, подключенный к выходурегулируемого источника питания,вход которого соединен с выходом, регулирующего блока, первый входкоторого связан с датчиком скорости перемещения изделия, второйс датчиками температуры изделияна выходе из индуктора, а третийс датчиком температуры изделиявнутри индуктора. Устройство можетсодержать несколько автономных зон,каждая иэ которых построена по этому принципу 13.Известное устройство благодаряналичию контуров обратной связи потемпературе поверхности металлавнутри нагревателя обеспечиваетвысокую стабильность температурыметалла на выходе из нагревателяв переходных режимах изменения скорости перемещения нагреваемых заготовок,При работе методических нагревателей значительное место занимаютпереходные режимы, связанные с пуском технологической линии послекратковременной или длительнойостановки.Б этом случае независимо от наличия напряжения на индукторе вовремя остановки температурное распределение в металле по длине индуктора к моменту пуска существенно отличается от установившегося, а контроль температуры в одной точке внутри нагревателя не дает однозначнойоценки температурного распределенияв металле по длине, Указанное обстоятельство не позволяет обеспечиватьс помощью известного устройства тре 5 10 15 20 25 ЗО 35 первым входом времяэадающего счетно"го блока, причем первым выходом блокакоррекции служит выход блока памяти,вторым - второй выход счетного блока, первыми двумя входами - второйи третий входы сумматора, а третьим и четвертым входами - входы счетого блока,буемую точность поддержания температуры металла в переходных режимахпуска нагревателя,Цель изобретения - повышение точености поддержания заданной температуры металла в переходных режимах пуска нагревателя и увеличение роизво-дительности установки.для достижения этой цели устрой"ство для регулирования теплового режима методической индукционной установки, содержащее индуктор, подключенный к выходу регулируемого источника питания, вход которого соединенс выходом регулирующего блока, первыйвход которого связан с датчиком скорости перемещения .изделия, второй -с .датчиками температуры изделия на .выходе из индуктора, а третийдат иком температуры изделия .внутрииндуктора, снабжено дополнительнымдатчиком температуры изделия внутрииндуктора, смещенным к входу в индуктор относительно датчика температуры изделия внутри индуктора, двумяключами и блоком коррекции, три входа которого соединены с датчикамитемпературы, четвертый - с датчикомскорости, первый выход через первый ключ - с первым входом регули"рующего блока, связанного вторымвходом с датчиком температуры навыходе из индуктора через второйключ, а второй выход блока коррекции - с управляющими входами обоихключей,Кроме того, блок коррекции может содержать трехвходовой сумматор, к одному иэ входов которого подключен источник опорного напряжения, а к выходу - вход аналогового блока памяти через третий ключ, управляющий вход которого соединен с первым входом времязадающего счетного блока, причем первым выходом блока коррекции служит выход блока памяти, вторым - второй выход счетного блока, первыми двумя входами - второй и третий входы сумматора, а третьим и четвертым входами - входы счетного блока.65 На Фиг. 1 изображена блок-схемаустройства; на фиг. 2 - схема блока коррекции; на фиг, 3 - графики распределения температуры в изделии 1на фиг. 4 - график изменения мощности Ц и температуры Т на выходе изиндуктора.Устройство содержит нагреваемоеизделие (металл) 1, индуктор 2, источник 3 питания, регулирующий блок4, блок 5 коррекции задания, датчики 6-8 температуры металла, датчик9 скорости, ключи 10 и 11. Блок 5 коррекции задания состоит из сумматора 12, источника 13 опорного напряження, аналогового блока14 памяти, ключа 15, времязадающего счетного блока 16.Времязадающий счетный блок 16выполнен, например, на микросхемахсерии К 155 и содержит генератор 17частоты, триггеры 18-21, схемы И22-26 совпадения, инверторы 27-30,счетчики 31-34, дешифраторы 35 и 36,триггеры 37 и 38, мультивибратор 39,сравнивающие блоки 40 и 41,дифференцирующие блоки 42 и 43, блок 44 памяти.В установившемся режиме постоянной скорости перемещения изделий ключ 10 разомкнут, ключ 11 замкнут. Сигналы с датчиков 6,7 и 9 воэдействуют на регулирующий блок 4, который отрабатывает сигнал отклонения фактической температуры металла 1 на выходе каждой зоны нагревателя 2 от заданной, устанавливаемой в функции скорости перемещения нагреваемых заготовок. Регулирующие блоки.4, воздействуя на источник 3 питания, изменяют мощность, подводимую в каждую зону нагревателя 2, таким образом, чтобы компенсировать возникшее отклонение температуры. При пуске нагревателя температурное распределение в металле по длине индуктора существенно отличается. от установившегося. На фиг. 3 представлены графики распределения температуры в установившемся режиме(кривая а ) и при отключении механизма перемещения с переводом нагревателя в режим термостатирования(кривая 5) или с полным снятием напряжения (кривая ь),Как следует из графиков, в случае остановки механизма перемещения заготовокизмерение температуры металла в одной точке внутри индуктора не дает однозначного ответа на вопрос о температурном распределе нии в металле по длине нагревателя к моменту пуска.Реальное температурное распределение с достаточной для практики степенью точности можно получить, зная температуру по крайней мере в 5 0 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 двух точках по длине нагревателя (Х иХ ),Температурное распределение в металле по длине нагревателя к моменту пуска таково, что граФик изменения мощности нагрева, обеспечивающий минимальное отклонение температуры металла на выходе от заданного значения в процессе выхода на установившийся режим, имеет кусочно.постоянный вид (фиг. 4), уровенькаждого участка постоянства зависит от величины отклонения температурного распределения Т от установившего ся Т, а длительность интервалов постоянства ь(определяется временем прохождения заготовки через нагреватель, длительностью остановки, уровнем мощности, подводимой к нагревателю в установившемся режиме, имаксимальной мощностью источника питания,Рассмотрим работу предлагаемого устройства в переходных режимах .пуска.В момент пуска сигнал с датчика 9.скорости воздействует на времязада ющнй блок 16,.раэрешая отсчет времени первого интервала управления,Времязадающий счетный блок 16 воздействует на ключ 15,подсоединяя вход запоминающего устройства 14 к выходу сумматора 12.Одновременно времязадающее счетное устройство 16 формирует на выходе сигнал, который воздействует на ключи 10 и 11, замыкая ключ 10 и размыкая ключ 11, подсоединяя таким образом регулирующее устройство 4 к выходу блока 5 коррекции задания,Блок 14 памяти формирует в момент подключения его к сумматору 12 сигнал управления, пропорциональный разности между опорным напряжением О, поступающим на один из входов: сумматора с выхода источника 13 опор ного напряжения и соответствующимстационарному распределению температуры металла, и суммой сигналов О пропорциональных текущим значениям температур Т и Т металла в точках, соответствующих координатам Х и Х установки датчиков 8 и 7 температуры, т.е. 0: К(Тх + Тх )где К - коэффициент пропорциональности.Таким образом, на вход регулирующего блока 4 поступает сигнал, который сформирован сумматором 13 в момент пуска нагревателя и пропорционален разности Оц-К(Т + ТК), Ве. личина этого сигнала соответствует той мощности, которая необходима для выдачи всех заготовок, находящихся в нагревателе в момент пуска, с заданной температурой,Регулирующий блок 4 воздействует на источник 3 питания, который под 1107347водит к индуктору 2 требуемый уровень мощности, определяемый сигналомс выхода сумматора 12.Длительность первого интервалауправления зависит от состояния на"гревателя к моменту пуска и определяется времязадающим счетным блоком16 в Функции сигналов, пропорциональных скорости перемещения заготовокчерез нагреватель и температуре металла на выхеде из нагревателя и ЗОпоступающих на вход блока 16 с выходов датчика 9 скорости и датчика6 температуры.При пуске нагревателя из режиматермостатирования температура металла на выходе из нагревателя в.момент пуска. равна заданной, а уровень мощности, одводимой к индукторам 2 на первом интервале управленияниже уровня мощности в установившемся режиме работы и соответствуетразности сигналов Оо-К(Тх + Т 2)в момент Формирования. импульса управления на выходе времязадающего блокапричем Т, и ТХ 2 больше, чем соответ-.ствующие значения температур в установившемся режиме.Вследствие этогоразность сигналовот источника 13 опорного напряженияи датчиков 7 и 8 температуры металлавнутри нагревателя значительно меньше. чем в установившемся режиме.Этот разностный сигнал через сумматор 12, блок 14 памяти и через ключ10 воздействует на регулирующий блок4, управляющий источником 3 питаниятаким образом, что последний уменьшает значение подводимой мощностидо требуемого значения, соответствующего условию поддержания температурыметалла на выходе из нагревателя на 40заданном уровне,Длительность первого интервалауправлейия равна времени прохождениязаготовки через нагреватель, опреде"ллемомУ из соотношениЯ р = Ыч , 45где Ы - длина индуктора; Ч- скорость перемещения заГотовки черезнагреватель,На этом интервале управления 0-триз нагревателя выдают заготовки, нагретые до заданной температуры,По мере выхода из нагревателя нагрстых заготовок в него поступаютхолодные заготовки. Так как на интервале 0-;, подводимая к нагревателю мощность ниже заданной (по осло"вию выцачи на этом интервале заготовок, нагретых до заданной темпера"туры), вновь поступающие заготовкиоказываются недогретыми, и по истечении времени т из нагревателя ста" 60онут выходить недогретые заготовки,В этот момент сигнал с выхода датчика 6 температуры воздействует наблок 16, который начинает отсчетвоем ни второго интервала управления, 65 Одновременно блок 16 воздействуетна ключ 10, который кратковременноподключает вход блока 14 памяти квыходу сумматора 12, причем уровеньсигнала на выходе 14 пропорционаленновому значению разности сигнала У,и сигналов, поступающих с датчиков7 и 8 температуры в момент подключения блока 14, и соответствует мак.симальному значению мощности нагревателя. Температура металла на выходе из нагревателя начинает расти.Когда температура металла на выходеиз нагревателя 2 вновь достигаетзаданного значения (моментфиг. 4), датчик 6 температуры воздействует на вход блока 16, которыйформирует очередной импульс управления, воздействующий на ключ 15.Ключ 15 подсоединяет выход сумматора12 к входу блока 14, который формирует очередной сигнал управления.и воздействует .через ключ 10 .на ре. улиру-.ющее устройство 4, К индуктору 2 подводится мощность, прн которой вновьвыдаются заготовки, нагретые .до заданной температуры,Далее Формирование импульсов управления с заданным интервалом осуществляет блок 16, автоматически подключая вход блока 14 к выходу сумматора в моменты времени, соответствующие длительностям интервалов управ"ления В 1 и о 4 (ФигПроцесс переключения осуществляется до тех пор, пока температурное распределение в металле по длине нагревателя не соответствует:установившемуся режиму, что определяется равенством опорного напряжения Ор и сигнала с датчиков 7 и 8температуры металла,При этом в течение всего процесса выхода нагревателя на установившийся режим скорость перемещения заготовок через нагреватель остаетсяпостоянной и равной заданной,Времязадающий счетный блок работает следующим образом,В момент пуска нагревателя пусковой импульс воздействует на триггер18 и через инвертор 27 на счетчики31 и 32, устанавливая их в исходноесостояние. Сигнал с выхода триггера18 воздействует на схему И 22 совпадения, на выходе которой появляетсясерия импульсов с .частотой 1 Гц,соответствующей частоте генератора17 импульсов, Счетчик 31 начинаетзапись числа импульсов в регистры.Одновременно это число записываетсяв регистры счетчика 34. Кроме того,пусковой импульс воздействует навход блока 44 памяти, подсоединяячерез ключ 10 один иэ вхоцов регулирующего блока 4 к выходу блока 14и отсоединяя второй вход регулирующего блока 4 от выхода датчика 615 температуры, С момента пуска нагревателя 2 иэ него выдают заготовки,нагретые до заданной температуры,в течение времени ь (фиг. 4)Когда из нагревателя 2 выйдетвся партия заготовок, находившаяся 5там в момент пуска, температура металла на выходе уменьшится и сравнивающий блок 40 формирует сигнал,который через инвертор 29 и схемуИ 23 совпадения воздействует на 1 Осчетчики 31 и 32, прекращая записьчисла в регистры счетчика 31 и раз"решая запись числа в регистры счет-.чика 32. Одновременно сигнал с вы-.хода сравнивающего блока 40 черездифференцирующий блок 42 воздействует.на мультивибратор 39, на выходекоторого появляется единичный импульс. длительностью 0,2 с, соответствующей.периоду колебаний на выходе 2 Огенератора 17 частотыЭтот импульсвоздействует на ключ 15 (фиг.1., который.подсоединяет выход сумматора12 к входу .блока 14, Регулятор 4возДействУет на.иоточник 3 питания,который подводит к нагревателю 2 максимальную мощность. Температура металла 1 на выходе нагревателя 2 начинаетрасти и в момент т (фиг.4), когдаона вновь достигнет заданной, на выходе сравнивающего блока сигнал ис; -чезнет, а на выходе дифференцирующего блока 43 появляется импульс, который через инвертор 30 воздействуетна мультивибратор 39, который формирует очередной единичный импульсдлительностью 0,2 с, воздействующийна ключ 15, Одновременно сигнал с выхода сравнивающего блока 40 черезинвертор 29 и схему И 23 совпадениявоздействует на счетчики 31 и 32, 40прекращая запись числа в регистрысчетчика 32,Таким образом, в регистрах счетчиков 31 и 32 записаны числа, соответствующие длительностям интервалов 45Т - Д, и Ь Г (фиг, 4), Та же информация записана соответственно всчетчиках 33 и 34. Начиная с момента(фиг. 4), температура металла навыходе из нагревателя остается посто 5 Оянной. Сигнал с выхода сравнивающегоблока 40 в моментвоздействуетна триггер 19, выход которого соединен с входом схемы И 24 совпадения,На выходе схемы И 24 совпадения появляется серия импульсов, котораявоздействует на вход счетчика 33,работающего в режиме вычитания, который начинает вычитание импульсов изрегистра. Когда число импульсов навходе счетчика 33 станет равным числу, записанному в регистрах счетчика 31, дешифратор 35 формирует сигнал, который через триггер. 37 воздействует на вход мультивибратора 39,На выходе мультивибратора появляетсяочередной сигнал, воздействующий наключ 15, Одновременно с выхода дешифратора 35 сигнал воздействует натриггер 21, сигнал с выхода котороговоздействует на схемы И 24 и 25 совпадения. Сигнал с выхода схемы И 24запрещает работу счетчика 33, а сигнал с выхода схема И 25 разрешаетработу счетчика 34, который производит вычитание числа импульсов, записанных в регистрах счетчика и поокончании счета через дешифратор 36и триггер 38 воздействует на.мультивибратор 39, который формирует очередной импульс. Одновременно сигнал свыхода дешифратора 36 воздействуетна вход триггера 20. Триггер 20 формирует на выходе сигнал, который через триггер 21 и схемы И 24 и 25совпадения воздействует на счетчики33 и 34, разрешая работу счетчика33 в режиме вычитания и запрещая оаботч счетчика 34,далее процесс формирования импульсов повторяется.Когда уровень мощности нагревателя в процессе переключений .отключается от.установившегося значения Неболее чем на 5, сравнивающий блок41 формирует сигнал, который.воздействует на схему И 26 совпадения, за-.прещая работу счетчиков 33 и 34, ина блок 44 памяти, сигнал с выходакоторого воздействует на ключи 10и 11, отключая выходблока 5 Коррекции от входа регулирующего блока 4и подсоединяя выход датчика б температуры металла на выходе иэ нагревателя к входу регулирующего блока 4.Пуск из произвольного состоянияосуществляется аналогично.Предлагаемое устройство повышаетточность поддержания заданной температуры металла на выходе из нагре.вателя в переходных режимах пуска,что позволяет исключить брак от перегрева заготовок в процессе выходана установившийся режим, увеличивает производительность установки,снижает расход электроэнергии нанагрев.1107347 Л Х,н Хг иг,4 Составитель О.Турпактыль Техред Т. фанта КорректорА. Обручар Редак каз 578 лиал ППП Патентф, г.ужгород, ул.Проектная 5. ,Тираж 783. ВНИИПИ Государственного по делам изобретений 113035, Москва, Ж, Ра