Способ автоматического регулирования температуры в методической печи и система для его осуществления

.К.Голубченко,Е,Прихоженко тель 08 М,Д Коп онтроль и регул аллургии. Справ ллургия, 1967,елови А.П. рова- ч еущ я и др. Автомати епловым режимом ри изменяющейся стана. - Сталь,чесмето про Фиг.1-. ;СЗ Хф 1 СОЮЗ СОЗЕТСИИХ ф"ф : СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ. ., е Ж.(-:-Я РЕСПУБЛИКъГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Донецкий нский институт ч(56) КлимовицкиАвтоматическийние в черной меник. - М.: Метас.б 95-697.Парсункин Ю.кое управление тдических печей пизводительностиР 7, с.657-659.(54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ В МЕТОДИЧЕСКОЙПЕЧИ И СИСТЕМА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к автоматизации методических нагревательныхпечей прокатных станов. Целью изобретения является повьппение качества нагрева за счет расширения диапазонакорректирующих воздействий на стабилизацию температуры в отапливаемыхзонах по приращению температуры нагре.ваемого металла в предшествующихзонах путем использования ее зависимости от корректируемой температурыСогласно изобретению определяют разности между корректируемой температрой и заданными максимальными и минимальными ее значениями, выбирают изних разность, совпадающую по знакус приращением температуры в предыдущей зоне 1, и ограничивают корректи13830 рующее воздействие на уровне, определяемом заданным соотношением этого воздействия с выбранной разностью, Узлы 20, 21 коррекции системы регулирования дополнены усилителями - ограничителями 22, 24 с автоматически управляемыми верхними уровнями ограничения сигналов обеих полярностей, каждый из которых входами ограничения связан с выходами соответствующей дополнительно введенной схемы 7523, 25 сравнения температуры в данной зоне с заданными предельными еезначениями в этой зоне, входами усиления - с задатчиком 19 и преобразова.телем 6 температуры в предыдущей зоне, а выходом - с входом регулятора13 температуры в данной зоне. Засчет этого достигается экономия топлива на 2 кг условного топлива на1 т нагреваемого металла. 2 с.п.ф-лы, 3 ил, Изобретение относится к автоматизации методических нагревательных печей и предназначено для использования в черной металлургии при нагреве металла перед прокаткой. 5Цель изобретения - повышение качества нагрева путем расширения диапазона корректирующих воздействий.На фиг. 1 показана структурная схема системы автоматического регу лирования; на фиг. 2 - структурная схема узла коррекции.Система автоматического регулирования показана применительно к методической печи, состоящей из следующих верхних эонф методической зоны 1, первой сварочной зоны 2, второй сварочной зоны 3 и томильной зоны 4.Для измерения температуры в зонах установлены последовательно соединен ные первые и вторые преобразователи 5 и 6 для методической зоны 1, для первой сварочной зоны 2 преобразователи 7 и 8, для сварочной зоны 3 преобразователи 9 и 10, для томильной" зоны 4 преобразователи 11 и 12.В первой сварочной зоне 2 к выходу вторичного преобразователя 8 подключен регулятор 13, второй вход которого связан с задатчиком 14. Ана логично во второй сварочной зоне 3 к преобразователю 10 подключен регулятор 15 с эадатчиком 16, а в томильной зоне 4 к преобразователю 12 - регулятор 17 с задатчиком 18. 35Перечисленные узлы образуют локальные системы автоматического контроля и стабилизации температуры по зонам печи. Исполнительные механизмы и регулирующие органы этих систем не показаны.Локальная система методической зоны 1 содержит эадатчик 19, а локаль ные системы первой сварочной зоны 2 и второй сварочной зоны 3 - узлы 20 и 21 коррекции, в связи с чем эти зоны являются зонами с корректируемой температурой.Узел 20 коррекции. содержит усилитель - ограничитель 22 и схему 23 сравнения, предназначенную для сравнения температуры в зоне 2 с предельными ее значениями в этой зоне. Узел 21 коррекции устроен аналогично и содержит усилитель - ограничитель 24 и схему 25 сравнения, предназначен ную для сравнения температуры во второй сварочной зоне 3 с предельными ее значениями в этой зоне.На.фиг, 2 составные части узла 20 коррекции, т.е. усилитель - ограничитель 22 и схема 23 сравнения обведены пунктирами.Усилитель - ограничитель 22 содержит охваченный обратной связью через резистор 26 операционный усили- тель 27, входы которого совместно с резисторами 28 и 29 образуют входы 30 и 31 усиления усилителя - ограничителя 22. Выходом 32 этого усилителя - ограничителя, предназначенным для связи с регулятором 13 (фиг. 1), является непосредственно выход усилителя 27. К этому выходу подключены неинвертирующие входы операционных усилителей 33 и 34, к выходам которых подсоединены включенные встречно диоды 35 и 36, соединенные вторыми3 13830 своими шинами с инвертирующим входомусилителя 27. Инвертирующие входы операционных усилителей 33 и 34 соединены Со средними точками регулируемых делителей 37 и 38 напряжения соответственно. Общая точка этих делителей, а также вход 31 усиления, заземлены, Вторые шины делителей 37 и 38 соединены с входами 39 и 40 ограничения усилителя - ограничителя 22 соответственно. Вход 39 соединен с выходом 4 1, а вход 40 с выходом 42 схемы 23 сравнения. В состав последней входят резисторы 43-46, между точками соединения двух первых и двух вторых из них подключен источник 47 стабилизированного питания. К точке соединения положительного полюса источника 47 с резисторами 43 и 44 под -1 ключена положительная шина входа 48 схемы 23 сравнения. Соотношение сопротивлений резисторов 43 и 45 подобраны так, что напряжение Пна первом из них пропорционально максимально допустимой температуре в зоне 2, Аналогично напряжение П на резисторе 44 пропорционально минимально допустимой температуре в этой зоне.В системе автоматического регулирования вход 30 усиления усилителя - ограничителя 22 подключен к эадатчику 19, а усилителя - ограничителя 24 - к задатчику 14. Входы 31 усиле.нния усилителей - ограничителей 22 и 24 подключены соответственно к вто-ричным преобразователям 6 и 8. Вход 48 схемы 23 сравнения подсоединен к вторичному преобразователю 8, а схемы 25 сравнения к вторичному преобра" зователю 10. Выход 32 усилителя -40 ограничителя 22 связан с одним из входов регулятора 13, а усилителя - ограничителя 24 - с одним из входов регулятора 15. При этом подсоединение усилителей - ограничителей 22 и 45 24 к регуляторам 13 и 15 произведено встречно по отношению к задатчикам 14 и 16. Поэтому положительные выходные сигналы узла коррекции вычитаются из сигналов задатчиков, а отрицательные складываются с ними. 75 4на инвертирующем входе усилителя 33 - разность К 61 где К - коэффициентв вф впередачи делителя 37. Аналогично на делителе ЗЯ положительная разность напряжений д У = Б - Б , а на инвеоннтирующем входе усилителя 34 - разность К нЫ 3 где К- коэффициент передачи делителя 38. Если при этом напряжение Б, между входами 30 и 31 равно нулю, то напряжение Бна выходе 32 и на неинвертирующих входах усилителей 33 и 34 также равно нулю. В результате на выходе усилителя 33 имеем положительное напряжение, запирающее диод 35, а на выходе усилителя 34 отрицательное напряжение, запирающее диод Зб.Если между входами 30 и 31 появляется положительное напряжение У то на выходе 32 и на неинвертирующих входах усилителей 33 и 34 возникнет отрицательное напряжение Б = КБ где К - коэффициент усиления усилителя 27. Это напряжение увеличивается пропорционально росту П, до тех пбр, пока справедливо неравенство /КБ / ( /К дУ /. Когда произведениевКБ превысит по абсолютному значению К дП , напряжение на выходе усилителя 33 скачком изменится на обратное.и диод 35 откроется. С этого момента рост У прекращается - наступает егоКограничение на уровне КвбУв.Поскольку 4 У = У - У , то с изменением Бнапряженйе Б ограничива фКется на разных уровнях, т.е. уровень ограничения зависит от выходного сигнала преобразователя 8 (фиг, 1).При уменьшении Б начиная со значений, удовлетворяющих неравенству /КП,//К 4 Б /, процесс изменения У повторяется в обратном направлении: вначале сохраняется ограничение на уровне Квдж , а затем происходит его уменьшение. С уменьшением напряжения между входами 30 и 31 в область отрицательных значений У 1 на выходе 32 получаем положительное напряжение Б 1 которое ограничивается на уровне К дБ путем аналогичного изменения нсостояний усилителя 34 и диода 36.Принцип действия узла 20 коррекциисостоит в следующем,Путь на вход 48 подано напряжениеУ согласно полярности, обозначеннойна фиг. 2, причем ПБУ. Тогдана делителе 37 имеем отрицательнуюразность напряжений дУв= 0- П , а55 Поскольку д У = У - Б, то с изменением У напряжение У ограничива" ется на разных уровнях, те, уровень ограничения зависит от выходного сигнала преобразователя 8 (фиг.1) 3При уменьшении У , начиная со значений, удовлетворяющих неравенству5 13 /КП 1/ / Квдцв /, процесс измене ния 0,повторяется в обратном направлении; вначале сохраняется ограничение на уровне К дП , а затем проис"входит его уменьшейие. С уменьшением напряжения между входами 30 и 31 в область отрицательных значений Пна выходе 32 получаем положительное напряжение П, которое ограничивается на уровне К,ЬП путем аналогичнон нго изменения состояний усилителя 34 и диода 36.Поскольку вход 30 усилителя - ограничителя 22 подключен к задатчику 19, а вход 31 - к вторичному преобра. зователю 6, то положительному напряжению У соответствует отрицательное приращение температуры д Т и наоборот. Отрицательное напряжение 01 вызывает на выходе усилителя - ограничителя 22 положительное напряжение П , прикладываемое к регулятору 13 встречно с напряжением задатчика. Значит, положительному приращению температуры ЬТ,на входе узла 20 коррекции соответствует отрицательное корректирующее воздействие Ь Т на входе регулятора 13.Приложенное к входу 48 схемы 23 сравнения напряжение П от вторичного преобразователя 8 пропорционально температуре Тв первой сварочной зоне 2. Напряжения П и П на резисторах 43 и 44 пропорциональны соответственно максимально допустимому значению температуры Т и минимальВно допустимому значению в этой зоне. ПоэтомудТ = Т- Т=Цп- П = дП;,. (1)ЬТм = Т- Тн=П 2 1 УИ ЬПн ф (2) причемЬТ сО (3)ЬТ) 0 (4)Благодаря тому, что положительное напряжение П ограничивается на уровне Кдба отрицательное - на уровне К ЬП , всегда выполняется следующее условие; корректирующее :воздействие ЬТограничивается на уровне, зависящем от той из разностей Ь Т или ЬТн, с которой в данный момент ЬТ 1 совпадает по знаку.Изложенное выше справедливо в гакой же мере для узла 21 коррекции. Необходимо только в соответствии с зонами лечи изменить цифровые индексы в обозначениях параметров: цифру заменить на. 2, а цифру 2 - на 3.дй 8305 6Система работает следующим образом.В исходном состоянии при постоян 5ных производительности печи и параметрах посада, которые наилучшимобразом соответствуют установившемуся темпу прокатки, с помощью задатчиков 14, 16 и 18 установлены необходимые значения температуры в зонах2-4. Эти температуры поддерживаютсяв нужных пределах посредством локальных систем автоматического контроляи стабилизации температуры по зонам15 печи, Например, в первой сварочнойзоне 2 стабилизация температурыобеспечивается спомощью первичногопреобразователя 7, вторичного преобразователя 8, регулятора 13, задат 20 чика 14, исполнительного механизмаи регулирующего органа этой зоны(не показаны) . Задатчик 19 установлен в такое положение, при которомего выходной сигнал равен выходному25 сигналу вторичного преобразователя6. Зоны нечувствительности по входамусиления усилителей - ограничителей22 и 24 подобраны так, что установившиеся колебания температуры в зонах,30 вызванные работой локальных системавтоматического регулирования, этиусилители не воспринимают, значит,не оказывают влияния на работу этихсистем.Допустим, что установившийся режимнагрева нарушился вследствие ощутимого изменения параметров посада, например, повьппения его температурывьппе зоны нечувствительности усилите 40 ля - ограничителя 22,Когда более нагретый металл приближается к месту установки в металлургической зоне 1 первичного преобразователя 5, повьппается напряжение на выходе вторичного преобразователя б. Это означает, что на входахблока коррекции имеется положительное приращение температуры Ь Т всоответствии с которым узел 20 кор 50рекции выработает отрицательный сигнал коррекции-ЬТ . При этом возможкны два исхода:/дТк/ = / КндТн/В обоих случаях поступившее навход регулятора 13 воздействие -ЬТкприводит к тому, что регулятор 13вырабатывает регулирующее воздейст 1383075вие, направленное на понижение температуры в зоне 2. В результате наблюдаются следующие эффекты.Вследствие связи между зонами,1 и 2 понижается температура в методической зоне 1, что в определенной мере замедляет нагрев этого более горячего металла и способствует стабилизации режима нагрева в последующих зонах,В соответствии с динамическимихарактеристиками печи постепенно понижается на величину ь Т температура Т в первой сварочной зоне 2. Это - основное упреждающее воздействие, исключающее перегрев металла.Понижение температуры в зоне 2 происходит до тех пор, пока выходной сигнал вторичного преобразователя 8 не уравновесит на входе регулятора 13 сигнал от узла 20 коррекции, т,е, пока не установится равенствоат. = ат,. (7)Если а Тудовлетворяет выражению (5), то равенство (7) устанавливается главным образом за счет ростааТ и,незначительного уменьшения дТ вызванного понижением температуры Т в методической зоне 1. Если же справедливо выражение (6), то равенство (7) устанавливается благодаря росту 6 Т с одной стороны и уменьшению дТ за счет действия отрицательной обратной связи через схему 23 сравнения и усилитель - ограничитель22 с другой. Действительно, в соответствии с выражением (2) понижение температуры Тприводит к уменьшению дТ, что в силу выражения (6) влечет за собой уменьшение 6 ТКроме схемы 23 сравйения и регулятора 13, отрицательное приращение температуры дТ воспринимается так 2же усилителем - ограничителем 24. Блок 2 1 коррекции вырабатывает аналогичное положительное корректирующее воздействие, которое вызывает регулирующее воздействие регулятора 15, направленное на повышение температуры Т во второй сварочной зоне 3. Тем самым компенсируется недогрев более ранней партии металла, находящегося в первой сварочной зоне 2, из - за понижения в ней температуры.Вследствие ограничения сигнала коррекции дТна уровне К дТ понижение температуры в первой сварочной зоне 2 может оказаться недостаточным для компенсации резкого скачка температуры посада в методической зоне 1, В этом случае с подхо 5дом более горячего металла в первуюсварочную зону 2 в ней преобразователями 7 и 8 отмечено повышение температуры Т, а на входах усилителя -ограничителя 24 положительное ееприращение д Т . В результате узел 21коррекции и регулятор 15 срабатываютна понижение температуры Т во второй сварочной зоне 3, чем достигается дополнительная компенсация повыше 15 ния температуры посада.При понижении температуры посадаблоки 20 и 21 коррекции совместнос регуляторами 13 и 15 вырабатываютрегулирующие воздействия, которые20 приводят к эффектам, обратным по1сравнению с описанными, чем достигается компенсация изменения температу"ры посада,Таким образом, узлы 20 и 2 1 кор 25 рекции обеспечивают упреждающее перераспределение температур по зонампечи, направленное как на компенсацию изменения температуры посада,так и на предотвращение недогреваЗ 0 или оплавления металла, ранее загруженногов печь.Допустим теперь, что установившийся режим нагрева нарушился повышением производительности печи,В этом случае средства измерения35температуры отметят ее понижения повсех зонах, причем это понижениебудет тем больше, чем ближе к началупечи ( по ходу металла) находится4 точка измерения. Сигналы от вторич",ных преобразователей 8, 10 и 12 навходах регуляторов 13, 15 и 17 уменьшатся, вследствие чего регуляторывыработают регулирующие воздействия,45 направленные на повышение температуры во всех зонах печи. Как показывает практика, эти регулирующие воздей"ствия - результат работы локальныхсистем стабилизации температуры взонах - являются недостаточными длякомпенсации существенных измеренийпроизводительности печи.Дополнительные регулирующие воздействия обеспечиваются с помощьюузлов 20 и 21 коррекции. С повышениием производительности печи на входах55усиления усилителя - ограничителя22 появляется отрицательное приращение температуры ЬТ, а усилителяся возможность увеличения коэффициента пропорциональности между корректирующим воздействием и приращением температуры в предыдущей зоне, и 5значит, расширения диапазона корректирующих воздействий. формула изобретения 1. Способ автоматического регулирования температуры в методической печи, включающий измерение температуры в зонах и ее стабилизацию с коррекцией воздействиями, пропорциональными приращениям температурыв предыдущих по ходу металла зонах,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью повышения качества нагрева20 путем расширения диапазона корректирующих воздействий, дополнительноопределяют разности между корректируемой температурой и заданнымимаксимальным и минимальным ее значе ниями, выбирают из них разность,совпадающую по знаку с приращением температуры в предыдущей зоне, и устанавливают корректирующее воздействие на уровне, определяемом задан"З 0 ным соотношением этого воздействия с выбранной разностью.2. Система автоматического регулирования температуры в методической печи, содержащая средства измерения температуры по зонам печи, задатчики и локальные регуляторы температуры, а также узлы коррекции по числу зон с корректируемой температурой, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения качества нагрева путем расширения диапазона корректирующих воздействий, узлы коррекции дополнительно содержат усилители. - ограничители с автоматически управляемыми верхними 45уровнями ограничения сигналов обеих полярностей, каждый из которых входами ограничения соединен с выходами соответствующей дополнительно введенной схемы сравнения температуры в данной зоне с заданными предель" ными ее значениями в этой зоне, входами усиления - с задатчиком и средством измерения температуры в предыдущей зоне, а выходом - с входом регулятора температуры в данной зоне. 9 1383 О 75 1 Оограничителя 24 - отрицательное приращение 6 Т, причем /йТ /)/дТ/.Одновременно уменьшатся температурыТи Тз на входах схем 23 и 25 срав-нения, что в соответствии с выражениями (1) и (3) приводит к увеличению ЬТ в сварочных зонах 2 и 3.Так как изменение Т более глубокое,чем Тз, то увеличение аТв зоне 2будет большим, чем в зоне 3В свою очередь, корректирующеевоздействие на выходе узла 20 коррекции будет большим, чем на выходетакого же узла 21. Регуляторы 13 и15 вырабатывают регулирующие воздействия, пропорциональные дТ к в обеихзонах и направленные на повышениев них температуры. Тем самым обеспечивается нагрев металла до необходимой температуры при повышенной производительности печи. При этом регулирующее воздействие в зоне 2 болеесильное, чем в зоне 3, что обеспе"чивает наиболее экономичный режимнагрева.Как и в описанном случае, темпера.туры в зонах печи повышаются до техпор, пока их приращения на входахрегуляторов не уравновесят корректи-,рующие воздействия на других входахэтих регуляторов. Однако в данномслучае равновесие обеспечивается какза счет роста приращений температуры, так и за счет уменьшения корректирующих воздействий.При уменьшении производительности,печи работа системы аналогична с -той разницей, что знаки приращенийкорректирующих и регулирующих воздействий изменяются на противоположные.При изменении массы заготовок,загружаемых в печь, система в начале реагирует аналогично случаю с изменением температуры посада, а затем, по мере приближения этого металла к выходу из печи, аналогично изменению производительности печи.Благодаря тому, что в решениикорректирующее воздействие изменяется в зависимости от корректируемойтемпературы, отсутствует опасностьнедогрева или оплавления ранее загруженного металла по причине этого1383075 оставитель А.Абросимов ехред, А, Кравчук орректор В.Бутяга актор Е.Папп Тираж 561 ВНИИПИ Государственного комитета С по делам изобретений и открытий 13035, Москва, Ж, Раушская наб., Заказ 3824 дписн 4/5 Про ектная,дственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород