Система автоматического управления подогревом труб

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 11/О ОП ИЗОБРЕТЕНИ инМ, ВлаСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕПЬСТ(46) 07,10,83, Бюл.37 . (72) Б. Г. Барменков, В, И, Арш Е, М Халамеэ, Э. О. Ноцев, В, сов, Е. А. Белов и Н, В. Векшин (71) Уральский научно-исследовательский институт трубной промышленности (53) 621,774,06(088,8) (56) 1, Авторское свидетельство СССР367163, кл. С 21 1) 9/60, 1970.2, Авторское свидетельство СССР600200, кл. С 21 1) 11/00, 19763, Авторское свидетельство СССР865941, кл. С 21 Р 11/00, 1978(54) (57) СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПОДОГРЕВОМ ТРУБв многоэвенной электрической проходнойустановке с несколькими индукционнымипечами, соцержашая усилитель, поцсоециненный к обмотке возбуждения высокочастотного генератора, датчик перепадасредних температур каждого участкатрубы, подсоединенный к формирователюимпульсов, блок памяти, выполненныйна двух логических ячейках ИЛИ-НЕ, иустройство временной эацержки сигналоввход которого соединен с оцним выходомформирователя импульсов, а выход - спервым вхоцом второй ячейки ИЛИ-НЕ,цругой выход формирователя импульсовсоединен с оцним из вхоцов первойячейки ИЛИ-НЕ, выход которой соединенс вторым входом второй ячейки ИЛИ-НЕ,а опии иэ выходов второй ячейки ИЛИНЕсоединен вторым входом первой ячейкиустановленные по и после прецьшушейпечи, устройство задержки сигнала температуры, блок сравнения температур цои после прецьщушей печи, зацатчик тем,Я 01046306 пературы, блок сравнения зацанной теМпе. ратуры с температурой после предыдущей печи, блок целения и электронный ключ, управляюший вход которого сое динен с вторым выходом второй ячейки ИЛИ-НЕ блока памяти, а основной входс выхоцом блока целения, первый вход которого соецинен с выходом блока сравнения заданной температуры с тем пературой после прецьщушей печи, а второй вход - с выхопом блока сравнения температур цо и после прецыпушей печи, один вхоц блока сравнения задан ной температуры с температурой после предыдушей печи соединен с первым выхо дом эацатчика температуры, а второй ф вхоц этого блока сравнения - с опним иэ выходов цатчика температуры после предыцушей печи, второй выход цатчика уффцф температуры соединен с первым входом блока сравнения температур по и после а предыдущей печи, а второй вход этого блока соединен с выхопом устройства задержки сигнала температуры, вход которого соединен с выхопом датчика тем фф пературы трубы цо препыцушей печи,1 о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью сокрашения расхода металла и повышения качества труб путем повьюпенияточности регулирования температуры трубы, она снабжена дополнительным датчиком температуры трубы на выхоце проходной установки, блоком усрецнения температуры, блоком сравнения заданной температуры со средней температурой тру бы на выходе из прохоцной установки и блоком коррекции, выход которого соединен с входом усилителя, один вход бло ка коррекции соединен с выхоцом электронного ключа, а другой вхоц - с выхоцом блока сравнения зацанной температуры со средней температурой трубына выходе иэ проходной установки, первый вхоц которого соединен с вторымвыходом зааатчика температуры, а вто 1046306рой вход - с выходом блока усреднениятемпературы, а вход блока усреднениясоецинен с выходом датчика температуры трубы на выхоае прохопной установки.11Изобретение относится к автематиэации процесса прокатки труб и может быть использовано при автоматизации процесса нагрева труб в прохоаной инаукционной установке перец их рецуцированием и ка диб рован нем.Известна система автоматического управления нагревом заготовок в проход ной инаукционной печи, содержащая уси дитедь, подключенный к питающей об мотке возбуждения высокочастотного генератора, и формирова гадь импульсов Г 13Недостатком цанной системы является неравномерность нагрева труб в прецедах очного участка,Известна система автоматического управления нагревом заготовок в проход ной индукционной печи, соаержашая усилитель, высокочастотный генератор формирователь импульсов, цатчик перепааа срецних температур по участ кам, блок памяти, выполненный на двухлогических ячейках ИЛИ-НЕ, и устрой ство временной зааержки сигналов 1 23.Нецостатком указанной системы яв ляется то, что при прохождении перед датчиком перепаца средних температур участков трубы с различной нагревательной способностью (разнотодщин ность труб, различный химсостав металла) как отдельных участков трубы, таки отцедьных труб и значительных партийтруб формируется один и тот же сигнал управления мощностью нагревательной печи, что привоцит к увеличению поляразброса температуры как по длине овдельных труб, так и значительных партийтруб. Увеличение же поля разброса температур нагрева перец их рецуцированием приводит к увеличению поля разброса потолщине стенки готовых труб.Кроме того, перегрев отдельных учаськов труб приводит к перерасхоцу электроэнергии.Наиболее близким к изобретению по технической сущности является система25, сигнала температуры, блок сравнения тем 30 5 1 О 15 20 2автоматического управления нагревом заготовок в проходной индукционной установке, соаержащая несколько инаукционных печей, усилитель, подключенный к обмотке возбужаения высокочастотного генератора, цатчик перепада срепних цдя каждого участка температур трубных заготовок, поакдюченный к формирователю импульсов, блок памяти, выполненный на двух логических ячейках ИЛИ-НЕ, и устройство временной задержки сигналов, вход которого соецинен с оцним выхоцом формирователя импульсов, а выхоа - с вхоцом второй ячейки ИЛИ-НЕ, другой выхоц формирователя импульсов соединен с одним из входов первой ячейки ИЛИ-НЕ; выхоц которой соединен с вторым входом второй ячейки ИЛИ-НЕ, а оцин из выхоцов второй ячейки ИЛИ-НЕ соецинен с вторым вхоцом первой ячейки ИЛИ-НЕ, цатчики температуры трубной заготовки, установленными цо и после прецыаущей по хоау цвижения заготовки инаукциоиной печи, устройство эацержки ператур цо и после прецьщущей печи,зацатчик температуры, бдок сравнения зацанной температуры с температуройпосле прецьщушей печи, блок цедения и электронный ключ, выход которого соединен с вхоаом усилителя, управляющий вход этого ключа соецинен с выхоаомвторой ячейки ИЛИ-НЕ блока памяти,а основной вхоа - с выходом блока деления, опин вхоц которого соединен свыхоцом блока сравнения зацанной температуры с тем.пературой после печи, авторой вхоц - с выхопом блока сравнения температур цо и после печи, оцинвхоц блока сравнения заданной температуры с температурой эа печью соединенс зааатчиком температуры, а второй вхоп - с одним из выходов цагчика температуры за печью, второй выходэтого датчика температуры соецинен с входом блока сравнения температуры цои после нагревательной печи, а второйвход этого блока соединен с выхопом устройства задержки сигнала температуры, вход которого соепинен с выходом . аатчика температуры заготовки до нагревательной печи ГЗ .5Нецостатком указанной системы является то, что.в ней отсутствует контроль температуры трубы на выходе иэ нагревательной установки, которая иэменяепся при изменении отдельных параметров 10 оборуцования инцукционного подогрева труб. А изменения температуры как отцельных участков трубы, так и всей трубы в целом, привоцит к сушествленному изменению толщины стенки. 15При длительной работе трубопрокатного агрегата происходят как постепенные изменения отдельных технологических параметров (износ трубного инструмента, изменение напряжения и частоты питающего напряжения и т.а.), так и резкие их изменения (изменения соя Ч при автоматическом отключении конценсаторов в конаенсаторной батарее, введение новых оправок на непрерывном стане, имеющих 25 несколько больший циаметр изношенных старьм и низкую начальную температу - ру и т,ц.), К резким изменениям параметров агрегата можно отнести начало работы оборудования после длительных З 0 остановок всего агрегата или отдельных его элементов, Такие изменения параметров в работе агрегата, а особенно это относится к оборудованию инаукци онного подогрева труб, существенно сказываются на конечной температуре как отцельных участков труб, так и труб в целом. Целью изобретения является сокраще ние расхода металла и повышение качества труб путем повышения точности регу лирования температуры трубы.Поставленная цель постигается тем, что система автоматического управления 45 подогревом труб в установке с несколькими инцукционными печами, соцержащая усилитель, поцсоеаиненный к обмотке воз бужцения высокочастотного генератора, датчик перепаца средних температур каж цого участка трубы, поцсоепиненный к формирователю импульсов, блок памяти, выполненный на двух логических ячей ках ИЛИ-НЕ, и устройство временной задержки сигналов, вхоц которого соеди нен с одним выходом формирователя импульсов, а выхоц - с первым входом вто.1 рой ячейки ИЛИ-НЕ, пругой выход форирователя импульсов соединен с одним иэ входов первой ячайки ИЛИ-НЕ, выход ко торой соединен с вторым входом второй ячейки ИЛИ-НЕ, а опии иэ входов второй ячейки ИЛИ-НЕ соединен с вторым входом первой ячейки ИЛИ-НЕ, датчики темпера туры трубы, установленные цо и после предыдущей печи, устройство зааержки сигнала температуры, блок сравнения тем ператур цо и после предыдущей печи, эа датчик температуры, блок сравнения эа данной температуры с температурой поо ле предыдущей печи, блок аеления и электронный ключ, управляющий вход о торого соединен с вторым выхоцом вто рой ячейки ИЛИ-ЯЕ блока памяти, а ос новной вхоц - с вьмоцом блока целения, первый вход которого соединен с выхоцом блока сравнения зааанной температуры с температурой по и после преаыдущей печи, а второй вход - с выходом блока сравнения температур ао и после предыдущей печи, оцин вхоп блока сравнения заданной темпе. ратуры с температурой за предыдущей печью соединен с первым выходом зацатчика температуры, а второй вход этого блока сравнения - с одним иэ выхоцов датчика температуры после предыдущей печи, второй выход этого цатчика температуры соединен с первым вхоаом бло ка сравнения температур цо и после пре дьшушей печи, а второй вход этого блока соединен с выхоцом устройства задержки сигнала температуры, вход которого сое цинен с выходом цатчика температуры трубы цо предыдущей печи, снабжена цополнительным датчиком температуры трубы на выходе проходной установки, блоком усреднения температуры, блоком сравнения заданной температуры со сред ней температурой трубы на выходе иэ проходной установки и блоком коррекции, выход которого соепинен с входом усилителя, опии вхоц блока коррекции соединен с вьмоцом электронного ключа, а цругой вход - с выходом блока сравнения заданной температуры со срецней температурой трубы на выходе проходной установки, первый вход которого соединен с вторым выходом эацатчика температуры, а второй вход -с выходом блока усреднения температуры, а вход блока усреанения соединен с выходом датчика температуры трубы на выхоае прохоцной установки.Сущность устройства заключается в том, что прохоцная установка состоит иэ цвух частей, первая прецназначена пляпредварительного подогрева труб постоянной мощностью и определения нагревательной способности труб по участкам. вторая - цля нагрева труб цо заданного значения температуры, Сйстема 5автоматического управления позволяетосуществлять проверку величины нагрева .путем сравнения средней температурытрубы на выходе проходной установки сзацанной и при наличии разности температур производить коррекцию управляющегосигнала мошнбстью последующей печи всоответствии с величиной и знаком разности температур.На фиг. 1 показана структурная схема 15системы автоматического управленияпоцогревом труб в многозвенной электрической проходной установке; на фиг, 2 блок-схема блока усреднения; на фиг. 3 схема блока коррекции.20Система содержит высокочастотныйгенератор 1, усилитель 2, цатчик 3 перепада срецних температур каждого участка трубы, формирователь 4 импульсов,устройство 5 временной задержки сигналов, блок 6 памяти, первую 7 и вторую 8ячейки ИЛИ-НЕ, датчик 9 температурытрубы до предыдущей печи, датчик 10температуры трубы после прецыцушейпечи, зацатчик 11 температуры, блок 12 З 0сравнения заданной температуры с температурой прецьщушей печи, блок 13сравнения температур цо и после предыдущей печи, устройство 14 зацержкисигнала температуры, блок 15 целения, з 5электронный ключ 16, цатчик 17 температуры трубы на выходе проходной установки, блок 18 усрецнения температурысо срецней температурой трубы на выходепроходной установки, блок 20 коррекции, 40предыдущую печь 21, послецуюшуюпечь 22 и трубу 23.Устройство усреднения температуры,структурная схема которого представлена на фиг. 2, содержит фильтр 24верхних частот, преобразователь 25аналог код, суммирующий счетчик 26,устройство 27 деления, преобразователь 28 коц-аналог, нуль-орган 29, генератор 30 тактовых импульсов, счет 50чик 31 тактовых импульсов, формирователь 32 сигналов, формирователь 33сигнала окончания счета,Устройство усреднения температурыработает слеауювьчм обрвзом.55В исхоцном состоянии, когда труба вмногозвенной электрической прохоцнойустановке отсутствует, сигнал на выходецатчика 17 температуры и на вьжоце блока усреднения температуры равен нулю. Нулевой сигнал поцается в преобразователь 25 аналог коц и через фильтр 24 верхних частот и нуль-орган 29 послецний устанавливается в такое положение, при котором с его выходов поцаются сигьналы запрета на работу генератора 30 тактовых импульсов и разрешения работы формирователя 33 сигнала окончания счета. Остальные элементы схемы находятся в нулевом состоянии.При появлении трубы перец датчиком 17 температуры труба с его выхоца на вхоц блока 18 усреднения поступает сигнал, пропорциональный температуре трубы. В блоке 18 этот сигнал поступает в фильтр 24 верхних частот и на нульФ ьоорган 29, который устанавливается в такое положение, при котором с его первого выхоца выдается разрешающий сигнвл на работу генератора 30 тактовых импульсов. Вхоцной сигнал, пройця через фильтр 24 верхних частот гце устраняются сигналы навоцок и помех, поступает на преобразователь 25 аналог-коц и далее на суммирующий счетчик 26. В моменты появления сигналов на выходах генерато;- ра 30 тактовых импульсов производится суммирование входного сигнала, преобразованного в коц в суммирующем счетчике 26, а количество тактовых импульсов суммируется в счетчике 31 тактовых импульсов.При выходе трубы из зоны визирования датчика 17 температуры трубы выходной сигнал последнего становится равным нулю. Нуль-орган переключается в исхоцное состояние. При этом с первь. го его .выхода подается сигнал запрета на работу генератора 30 тактовых импульсов, а с второго выхода поцается сигнал в формирователь ЗЗ сигнала окончания счета, С выхоца формирователя 33 сигнала окончания счета кратковременно подается сигнал счета в блок 34 деления, гце производится целение соцержания суммирующего счетчика 26 на содержание счетчика 31 тактовых импульсов. Результат деления с выхода устройства 27 деления поцается в преобразователь 28 коц - аналог, с выхоца послед-.него - в формирователь 32 сигналов. Формирователь 32 импульсов фюрлжрует кратковременный сигнал, пропорциональный усредненной тел 1 перетуре трубы, который поступает на выход блока 18 и целее к входу блока 19 систелп управления, а также формирует сигпа;и-брю10 463 25 50 7св в нулевое состояние суммирующегосчетчика 26, устройства 27 деления и,счетчика 31 тактовых импульсов. Послеэтого блок 18 готов к усреанению сигналов температуры последующей трубы,Блок коррекции, структурная схемакоторого привеценв на фиг. 3 соаержитпреобразователь 34 аналог коц, схему 35 памяти, преобразователь 36 коданалог, операционный усилитель 37, тритОгер 38 Шмидта, устройство 39 сброса,преобразователь 40 напряжение-сопротивление.Блок коррекции работает слецующимобразом. 15В исходном состоянии, когда труба вмногозвенной электрической проходнойустановке отсутствует, отсутствуют исигналы на выходвк датчика 17 температуры трубы и блока 18 усреднения темпервтуры системы автоматическогоунрввления и, слецоввтельно, с выхоцаблока 19 сравнения заданной температуры со срецней температурой трубы вблок 20 коррекции поступает сигнал,равный величине установленной зацатчиком 11 температуры, Этот сигнал поступает на входы преобразователя 34. аналог - код и триггер 38 Шмидта.Триггер 38 Шмидта устанавливается в 30такое положение, н котором с первогсего выхоца подается сигнал, запрещаюший выдачу сигналов из преобразователя 34 аналог - коа в схему 35 памяти,.П ри этом схема 35 памя ти находится в нулевом состоянии, на преобразователи 36 и Ж) коа - аналог инапряжение - сопротивление поцвютсянулевые сигналы. Коэффициент усиленияоперационного усилителя 37 равен еаинице.40Система автоматического управленияподогревом труб многозвенной электрической установки работает слецующим оразом.1 45В момент прохождения трубы 23 переадатчиком 9 температуры трубы цо предыдущей печи, предыдущая печь 21 заг-.ружается постоянной мощностью (номинвльной). Сигнал с выхода датчика 9темлервтуры до прецьщушей печи 21,пропорциональный исхоцной температуре 1 о трубы перец подогревом, на аанномучастке подается на вхоц устройства 14зааержки сигналов температуры, сигнална выхоце которого появится через время, необходимое для прохождения указанного участка трубы через предыдущуюпечь и появления перец датчиком 10 06 8температуры, Сигналы, пропорциональныатемпературам ао преаыцущей печии за ней т с датчика 10 температурыподаются нв вход блока 13 сравнения.С выхода блока 13 сравнения сигнал,пропорциональный разности температурза преаьщушей печью и ао нее 11- 10поаается на один иэ входов блока 15деления сигналов. На второй вход блока 15деления поцвется сигнал, пропорциональный разности сигналов температуры заданной 1 С, д и температуры т.1полученной на выходе блока 12 сравнения. Наьвходы блока 12 сравнения подаются сигналы, пропорциональные заданной температуре 1 з, которая зааается эааатчиком 11 температуры, и температуре Ф,подученной датчиком 10 температуры эапредыдущей печью 21, Сигнал с выходаблока 15 деления, пропорциональныйнагревательной способности и разноститемператур задаваемой т с, и зйпредыдущий печью 21, поаается на управляющий вход электронного ключа 16.В моменты прохождения перец датчиком 3 перепада среаних температуркаждого участка трубы 23 (переаний,званий концы и участки, имекядие разные средние температуры) на выхоцедатчика 3 перепацв средних температурпоявляются сигналы, причем при повышенин срецней температуры появляетсяположительный сигнал, и при пониженииотрицательный. Формирователь 4 импульсов преобразуют сигналы, поступающие наего вход так, что при отрицательных перепвцах срецней температуры выдаетсясигнал нв вход ячейки 7, а при положительных перепадах - на вход устрой.ствв 5 временной звцержки сигналов.Работа ячеек 7 и 8 в совокупности составляющих схему статической памятис раздельными вхоцами управления происхоаит слеаующим образом,Прин поцаче на вход ячейки 7 ециничного сигнала (отрицательный перепад температур на вхоц формирователя 4 импульсов), на выходе ячейки 7 появится нулевой сигнал, и ячейка 8 установится втакое положение, что на ее выходе появится единичный сигнал, который подаетсянв второй вход ячейки 7, остввляявтаком,состоянии ячейки 7 и 8 и после снятияединичного сигнала с выхода формирователя 4 импульсов, при этом с другоговыхоаа ячейки 8 подается управляющийсигнал на электронный ключ 16, которыйпереводит его в проводящее состояние исигнал с выхода блока 15 деления, про9 10463 порциональный нагревательной способности участка и разности температур заданной Фэд и Ф 1 за прецыцушей печью 21, проходит в блок 20 коррекции, усилитель 2, высокочастотный генератор 1 и 5 загружает последующую печь 22 расчеъ ной мощностью. При появлении на выходе формиромтеля 4 сигналов единичного сигнала, подаваемого на вход устройства 5 временной запержки сигналов (при 10 положительных перепадах средних температур), на вькопе устройства 5 времен ной задержки появится ециничный сигнал только тогда, когда этот учток выйдет из послецуюшей печи 22, при этом, 5 появившись на вхоце ячейки 8, он перево дит ее в такое состояние, когда на выходе этой ячейки 8 появился нулевой сиг нал, на вхоце ячейки 7 также появляется нулевой сигнал, переключает ее в 20 противоположное состояние, на выхоце ячейки 7 появляется единичный сигнал.Теперь и после снятия сигнала с выхоца устройстм 5 временной задержки сигналов ячейки 7 и 8 останутся в указанном 25 состоянии, при этом электронный ключ 16 размыкается, отключая вход блока 20 коррекции от выхопа блока 15 деления по прихода слецуюшей трубы или участка ее с другой средней температурой. 30При появлении трубы 23 на выходе из проходной установки сигнал с выхоца датчика 17 температуры трубы поцается в блок 18 усреднения. С выхода блока 18 усрецнения снимается сигнал, процорци ональный средней температуре трубы на выходе прохоцной установки, который 10сравнивается в блоке 19 сравнения с сигналом, пропорциональным заданной температуре 1 д При наличии разницы она подается в блок коррекции в соответствии с ее знаком, изменяя управляющий сигнал последующей печью так, чтобы для последующих труб печь загружалась такой мощностью, при которой средняя температура труб на выходе проходной установки равнялась заданной.Система позволяет автоматически управлять мощностью многозвенной электрической проходной устанндвки и осушестм влять регулирование температуры трубы при наличии любых возмущающих воздействий как со стороны трубы, так и со стороны технологического оборудомния.Использование новых элементов - датчика температуры трубы на выхоце проходной установки, блока усреднения температуры, блока сравнения зацанной температуры со срецней температурой трубы на выходе из проходной установ- . ки и блока коррекции - выгодно отличают предложенную систему от известной, так как повышает точность регулирования температуры трубы.Применение системы дает возможность обеспечить стабилизацию температуры всей трубы перед ее рецуцированием или калиброванием, выравнять толщину стенки по длине готовых труб и снизить величину обрэзи на 0,1 м Ма каждой трубе, что позволит получить на трубопрокат- ном агрегате дополнительно около 1,5 тыс готовых труб, Экономический эффект составит около 200 тыс.руб.1046306 Составитель Г. Демцактор Т. Киселева Техрец М. Куэьма Корректор Б, Бутяга оцписное илиал ППП Пате 66 Я 5ВНИИПИ Голо делам35, Москва ираж 56рственногобретений-35, Рауш комитета СССРоткрытийая наб., ц. 4/5 Ужгороц ул, Проектна