Устройство для закалки изделий Советский патент 1983 года по МПК C21D11/00 

I Изобретение относится к автоматичео кому управлению тепловыми процессами, связанными с вьщелением и поглошением тепла, например, при закалке изделий, осуществляемой посреаством индуквионного нагрева и охлаждения. Известно устройство, предназначен ное цля повышения качества нагрева под термообработку или пластическую де формацию изцелий. Оно позволяет воопроизвоцить темпера1урто- временныв зависимости нагрева детали посредством программного управления напряжением и дуктора по закону, заранее найденному в процессе настройки или моделирования Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство, содержащее последовательно соединенные блок сравнения, один из входов которого соединен с задатчиком программы, усилитель, тиристорный выпрямитель, управляемый источник электрической энергии и индуктор, котарые охвачены контуром отрицательной обратной связи по напряжению на индукторе, включающим последовательно соединенные датчик напряжения на индукторе, вх которого соединен с индуктором, масшта бирующий делитель напряжения и многоканальный коммутатор, выход которого соединен с вторым входом блока сравнения. Причем, коррекция процесса нагрева без изменения уставок в блоке задания программы в этом устройстве осуществляется onepaix poM посредством переключения входов коммутатора С2 j Недостатком данных устройств являе ся относительно высокий уровень брака при интенсивных потоках обрабатываемы изделий, ввиду того, что контролируемы параметр качества в таких случаях не .обладает достаточной стабилшостью. Объясняется это тем, что при интенсив ных потоках обрабатываемых изделий требуется статистичес.кая обработка кон ролируемого параметре качества и оперативная коррекция программы нагрева, которых человек-оператор, вэ-оа сложности алгоритмов, обеспечить не в состоянии. Кель изобретения повышение качества термообработки потока изделий. Указанная цель достигается тем, что устройство для закалки изаелвй, соае; ж&щее последовательно соединеыныа бло сравнения, один из входов которого соещгаен с аадатчиком программы, усил тель, тиpиcтofя ый вьшрямитель, управляемый 5ЮТОЧНИК электрической 07 в индуктор, KOTOj&re охвачены контуром отрицательной обратаой связи по напря- жению на индукторе, включающим пссл& довательно. соединеннью датчик напртже™ ния на индукторе, вход которого соединен с индуктором, масщтабирующий делитель напряжения и многоканальный коммутатор, выход которого соединен с вторым входом блока сравнения, дополнительно снаб жено трактом, состоящим из измерителя показателя качества аналого-цифрового преобразователя, цифрового вычислителиного блока и узла сопряжения, выходы которого соединены с управляющими каналами многоканального коммутатора. На чертеже приведена структурная схема устройства. Устройство соде ржи/генератор 1, выполняющий роль управляемого источника питания, спрейерного индуктора 2, управляемый тиристорный вьшрямитель 3, усилитель 4 рассогласования и блок 5 сравнения, один из входов которого сое динён с задатчиком 6 программы нагре- ва, а второй - с контуром Отрицательной обратной связи по напряжению. Контур обратной связи содержит датчик 7 напряжения на индукторе, масштабирующий делитель 8 напряжения и многоканальный коммутатор 9 со входами i и каналами управления j , количество котогых равно между собой. При подаче управляющего сигнала по одному из каналов управления j коммутатора 9 один из его входов 1 с сигналом Vpj. (i.) обратной связи подключается ко входу блока 5 сравнения. Это приводит к тому, что на выходе последнего формируется сигнал рао согласования й± напряжений V (il и , поступающих от задатчика 6 программы нагрева и коммутатора 9 соответственно. Усиливаясь усилителем 4 я тиристорным управляемым выпрямителем 3, напряжение подается на упраьляемый источник 1 электрической энергии, например электромащинный генератор. Таким образом, напряжение V (t) на индукторе 2 пропорционально сигналу V (tj,/ который изменяется во времени по зако- ну, заранее определенному в задатчике 6 программы нагрева оператором. Подключая посредством коммутатора 9 тот или иной вьяод масштабирующего делителя 8 к входу блока 5 сравнения и тем самым изменяя коэффициент пере дачя ttettH обратной связи К., можно корректировать программу нагрева, не изменяя уставок в зааатчике 6 программы. В прецпагавмом устройстве управлени коммутатором 9, а слецовательно, и корре ция программы нагрева, осуществляется не оператором, а автоматически. Это де« лается с помощью пополнительного тракта, содержащего узеп 10 сопряжения ЦИФРОВОЙ вычислительный блок 11, ана« лого-чдифровой преобразователь 12 и из меритель 13 показателя качества терме обработки, например, твердости закаленного слоя с проходным датчиком 14. Описанньй тракт работает следующим образом. У изделий, прошедщих закалку в спрейерном индукторе 2, измерителем 1 твердости посредством проходного цатчи- ка 14 определяется твердость закаленного слоя. Измерителем 13 показателя качества, является по существу в их ре токовый структуроскоп. Основным его назначе- нием является получение сигнала постоянного тока, уровень которого пропорцио нален твердости контролируемого образца изделия. Структуртая схема структуроско пов состоит из соединенных последовательно генератора низкой частоты, регулируемого исто.чника тока с малым уровнем нелинейных искажений, вихретокового преобразователя, фильтра низкой частоты и преобразователя сигнала переменного тока в сигнал постоянного тока. Принцип действия такого прибора состоит в индуцировании в измерительной обмотке проходного датчика сигнала. в частотном спектре которого присутс тву-jj ют нечетные гармоники, выделении из него с помощью фильтра сигнала заданной частоты (обычно это третья гармоника) и последующем преобразовании выделенного сигнала в сигнал требуемой формы. Полученная таким образом информация о качестве термообработки с выход измерителя 13 твердости поступает в цифровой вычислительный блок 11. Причем предварительно преобразователем 12 типа аналог - цифра информативный сигнал из аналоговой формы преобразуется в цифровую. В вычислительном блоке 11 поступившая информация подвергается соответствующей статистической обработке По заложенному в блоке 11 алго ритму, содержащему заданный критерий качества, анализируется ход технологического процесса. В результате вырабатывается рещение о том, нужна ли коррекция программы нагрева или нет, в если нужна, то какая. Если качество термообработки удовлетворяет предъявляемым требованиям и программу наг- ; рэва изменять не нужно, то цифровой сигнал на выходе блока 11 по алгоритму будет оставаться неизменным. В противном случае сигнал на выходе блока 11 в соответствии с алгоритмом автоматически примет новое значение. Всякий с..гнал на выходе блока 11 является кодом команды, однозначно определяющей не только канал j ynpai ления и вход i, которые должны функционировать у коммутатора 9 в каждом конкретном случае, но и значение коэффициента передачи Кд у цепи обратной связи. Указанные функции в предлагаемом устройстве реализуются с помощью узла 10 .сопряжения.. Например, им может быть последовательно соединенные дешифратор и набор усилителей мощности. Так как количество входов у комму татора 9 реального устройства всегда ограничено тем количеством дискрет, на котррое разбивается диапазон вариаций контролируемого покаоателя качества, то очевидно, что число управляющих команд, подаваемых с выхода блока 11, должно быть равно числу пар входов { и каналов j управления, используемых в коммутаторе 9. ... В связи с тем, что алгоритм работы цифрового вычислительного блока 11 зависит от цели, которая в задаче управления может формироваться по раэкаму, рассмотрим в качестве примера один из ,его возможных вариантов. Формулировка задачи управления процесссж.. Пусть имеется поток изделий h.m,, ... т, прощедших термообработку. При этом показатель качества fx, обычно является случайной величиной, подчиняющейся.нортъ альному закону. То сть известно распределение вероятяоотей Р (х), которое описывается слеаук шим ойцеизвестным выражением: (х-т) р{х) 2 где m - математическое ожидание случайной величины; среднеквадратичное отклонение случайной величины х. Известно также, что значение показателя качества х в рассматриваемом процессе попадает в аопустимый технологический аиапазон вариаций с вероятностью Р, номинальное по технологии значение показателя качеств после термообработки изделия; (fj, верхнее и нижнее допустимы отклонения контролируемого параметра х от номинальног значения. Требуется с помощью корректирующи воздействий ли (t) программы нагрева и (i) обеспечить потоку изделий такое значение показателя качества X, которо бы с вероятностью Р„(Р У Р попадало бы в аиапазон (2). Иными словами, целью управления является обеспечение следующего условия Р{хв нолл Браком в таком случае будет считат ся всякая заготовка т,, у которой величина показателя качества х при контро ле окажется за пределами диапазона (2). Алгоритм решения задачи, Решение сформулированной задачи пр лагается проводить в следующей последо вательности. 1. Для заданного технологического диапазона вариаций (2) по выбранному числу дискрет, скажем,, проводится ег равномерное разбиение по зонам с щагом дискретизации 2, Вся ширина диапазона (2) с щагом разбивается на L, зон, которым присваива ются номера Р по правилу , при ,, ,3, Каждому управляющему j каналу и соответствующему ему входу т коммутатора 9, числу пар которых должно быть равно L, присваипается номер С так, чтобы пля коэффициента передачи цепи обратной связи Кд. К Kg выполня- , лось требование ) c(( c(f) .(6j 4. По известной вероятности Р для нормированной функции определяется зна- чение аргумента , чтобы 2ФСе)-Р, , (Т) Ф(е) 7Т табулированная где V/ Т1Т о J ФУНКЦИЯ. функция. 5, Определяется объем выборки N, необходимый для вычисления оценки математического ожидания fn контролиточностью у , коруемого параметра с торая задается 6. Для выборки, состоящей из N элементов в потоке изделий т, т , ... т ... () вычисляется оценка математического ожидания по формуле значение контролируемого парагде Х| метра у элемента (изделия) выборки с номером . 7, Вычисляется отклонение вычисленного значения желаемой величины контролируемого показателя качества к как разность Л х. MO/W- X 8. Проводится анализ степени отклонения оценки математического ожидания т от величины х вырабатывается решение о необходимости корректировать программу нагрева. Коррекция проводится в том случае, если наруша- ется условие (лил актика проведения коррекций осущестляется в зависимости от следующих итуаций: еслиЛ 0, (12), то программа агрева и (i) корректируется путем зменения коэффициента передачи цепи братной связи К с большего значения а меньшее. Для этого с вт,1хоца блоа 11 подается команда на поаключение -I10463 к выходу коммутатора 9 вхоца i с меныигам номером,, чем тот. который до этого функционировал; если . (1з), то программа нагрева и (t) корректируется за счбт изменения коэффициен-5 та К с меньшего значения на большее. Для этого из блока 11 выдается команда на переключение входа коммутатора 9 на вход с номером i+1. 10 Рассмотренный нами пример решения задачи управления показывает, что с помощью дополнительного тракта, содержащего узел сопряжения, цифровой вьгаисли078тельный блок, аналого-цифровой прообраз эователь н,юмвритёль-твврвости с ПЕОХОДным датчиком можно по достаточно сложйому алгоритму автоматиче н 1юррокт Рова ь процесс нагрева, чтобы без иэменения уставок программы нагрева в задатчнке поддерживать значение контролируемого параметра близким к номинальному. П|жменение устреЛства в процессе поточного изготовления Ешсокшрочных рельсов дает в сравнении с базовым В риантом экономический эффект, который составляет 8,О2 руб/т.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАКАЛКИ ИЗДЕЛИЙ, содержащее последовательно соециненные блок сравнения, один из входов которого соединен с задатчиком программы, усилитель, тиристорный выпрямитель, управляемый источник элект яр ес кой энергии и индуктор, которые охваче нь1 контуром отрицательной обратной свясзи по напряжению на индукторе, включакицем последовательно соециненные напряжения на индукторе, вхоц которого соединен с индуктором, масшта- , бирующий делитель напряжения и многоканальный коммутатор, выход которого соединен с вторым входом блока сравнения, отличающееся тем, что, с целью повышения качества термообработки потока изделий, оно дополнительно снабжено трактом, состоящим иэ измерителя показателя качества, аналоi го-цифрового преобразователя, цифрового вычислительного блока и узла сопря(Л жения, выходы которого соединены с управляющими каналами многоканального коммутатора. о: 00 о |