Устройство для контроля наличия металла Советский патент 1984 года по МПК B21B38/00 

2, Устройство ПОП.1, отличающееся тем, что второй дифференциальный трансформаторный преобразователь смещен в горизонтальной

1093375

плоскости в направлении движения .по,лосы относительно первого на величину, не превышающую минимальный зазор между полосами.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ НАЛИЧИЯ МЕТАЛЛА, содержащее последо ;вательно соединенные источник опорн го напряжения, дифференциальный трансформаторный преобразователь, первый узел установки нуля, первый полосовой фильтр, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности контроля наличия металла для последовательно движущихся с зазором вибрирующих полос и увеличения зоны чувствительности, оно снабжено последовательно соединенными вторым дифференциальным трансформаторным преобразователем, вторым узлом установки нуля и вторым полосовым фильтром, а также двумя фазовращателями, дифференциальным усилителем, фазовым детектором, фильтром нижних частот и компаратором, причем выходы полосовых фильтров через фазовращатели соединены Соответственно с неинвертирующим и инвертирующим входами дифференциального усилителя, выход которого подсоединен к измерительному входу фазового детектора, а выход источника опорного напряжения соединен с входом второго дифференциального трансформаторного преобразователя и управляющим входом фазового детектора, выход которого через фильтр нижних частот соединен с входом компаратора, а выход последнего является выходом устройства.

1

Изобретение относится к контрольньп«1 и регулирующим устройствам прокатных станов и может быть использовано 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 измерительные обмотки, которые расположены на оси рольганга по разные стороны от оси перемещения металла и соединены встречно. При подаче переменного напряжения на обмотки возбуждения создаются равные по величине магнитные потоки, которые направлены встречно, следовательно, результирующий магнитный поток равен нулю и в измерительных обмотках ЭДС не навоподи ся. При появлении металла на рольганге образуются дополнительные контуры замыкания магнитных потоков, в которых потоки не компенсируются и наводятся в измерительных обмотках ЭДС tl 3.

Однако данное устройство не позволяет с большой точностью контролировать прохождение переднего и заднего конца полосы, а также не способно ра личать полосы,. движущиеся с малым зазором (,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 агрегатах прокатного производства, включающее дифференциальный трансформаторный преобразователь, узел установки нуля, полосовой фильтр и импульсную схему обработки сигналов. При наличии ферромагнитной полосы в зоне внешнего переменного магнитного

поля, создаваемого питающей обмоткой, наступает разбаланс магнитных потоков сердечников, что приводит к появлению переменного напряжения на выходе преобразователя. Импульсная схема обработки сигналов преобразует переменное напряжение на выходе фильтра в релейный сигнал с гистерезисом по перемещению полосы относительно преобразователя. Импульсный метод применён для увеличения быстродействия, а гистерезис по перемещению наобходим для устранения дребезга релейного сигнала при изменении в некоторых пределах расстояния полосы от датчика.

В известном устройстве максимально достижимая чувствительность, из1меряемая расстоянием от полосы до магнитопровода преобразователя, определяется размером магнитопровода и пропорциональна его длине. С другой стороны минимальный зазор межди движущимися полосами, который может различать данное устройство, также зависит от размеров магнитопровода и превьш1ает его длину t2 .

Недостатком известного устройства является отсутствие способности различать передний и задний концы двух соседних полос, движущихся с зазором, меньшим длины магнитопровода. Кроме того, устройство неработоспособно при вибрации полосы с амплитудой, превьшающей гистерезис по перемещению.

Целью изобретения является повышение надежности контроля наличия металла для последовательно движущих.ся с зазором вибрирующих полос и увеличение зоны чувствительности.

Поставленная цель достигается тем НТО в устройство для контроля наличия металла, содержащее последовательно соединенные источник опорно.го напряжения, дифференциальный транформаторный преобразователь, первый j10 узел установки нуля и первый полосовой фильтр, введены последовательно соединенные второй дифференциальный 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 фазовращатели соединены соответственно с не инвертирующим и инвертирующим входам дифференциального усилителя, выход которого подсоединен к измерительному входу фазового детектора, а выход источника опорного напряжения соединен с входом второго дифференциального трансформаторного преобразователя и управляющим входом фазового детектора, выход которого через фильтр нижних частот соединен с входом компаратора, а выход последнего является выходом устройства. При этом второй дифференциальный трансформаторный преобразователь сме щей в горизонтальной плоскости в направлении движения полосы относительно первого на величину, не превышающую минимальный зазор между полосами. .На фиг. 1 приведена схема устройс ва; 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 соответственно из последовательно соединенных первичных преобразователей 1 и 2, уз лов 3 и 4 установки нуля, полосовых фильтров 5 и 6, а также фазовращателей 7 и 8. Выходы фазовращателей соединены соответственно с неинвертирующим и инвертирукнцим входами диф ференциального усилителя 9, суммарный . сигнал с которого поступает на измерительный вход фазового детектора itf Выходной сигнал с фазового детектора через фильтр 11 нижних частот подает :ся на вход компаратора 12, выход которого является выходом устройства. Источник 13 опорного напряжения запи тывдет обмотки питания пре образ ова:телей 1 и 2, а также подает сигнал н управляющий вход фазового детектора 10. . Сущность изобретения заключается в следующем. 54 Информация о наличии листа образуется на выходе ди41фереициального усилителя путем суммирований преобразованных сигналов с двух преобразователей. За счет пространственного смещения преобразователей полоса входит в зону влияния каждого из 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 увеличиваться по амплитуде, достигает максимального значения и при входе в зону влияния второго преобразователя уменьшается до нулевого порога. При выходе полосы из зоны влияния первого преобразователя суммарный сигнал снова нарастает, причем фаза его меняется на противоположную, достигает максимального значения и при выходе из зоны влияния второго преобразователя уменьшается до нулевого порога. Следовательно, суммарный сигнал на выходе дифференциального усилителя в зависимости от положения полосы принимает следующие значения: при отсутствии полосы в зоне влияния преобразователей уровень сигнала равен шумовому порогу; при нахождении полосы в зоне влияния обоих преобразователей уровень сигнала также не превышает П1умовой 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 ин формация 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, превьшающими заданные пороги. Таким образом, в устройстве получаемая информация о наличии или отсутстйии полосы не критична к рассто нйю полосы от преобразователей в пре делах зоны чувствительности, а, след вательно, вибрация полосы не будет приводить к ложным срабатываниям. Отпадает необходимость применения гистерезиса по перемещению. Точность оп ределения вступления переднего или заднего конца полосы в данную точку пространства зависит от расположения преобразователей и определяется расстоянием смещения осей преобразова ,телей, что в свою очередь определяет минимальный зазор между полосами (миг) Устройство работает следующим об разом. В отсутствии полосы, с помощью узла установки нуля, сигнал на выходе первичного преобразователя устанавливается на минимальное значение. Первичный преобразователь представля ет собой дифференциальный траИсформаторньй преобразователь с разветвле ной магнитной цепью. Полосовой фильтр настраивается на частоту сигнала источника 13 опор ного напряжения.. Фазовращатели 7 и 8 корректируют фазовые сдвиги, вносимые фильтрами 5 и 6. Благодаря идентичности преобразователей 1 и 2 и дополнительной подстройки сигналы на выходе фазовращателей близки по амплитуде и фазе и после суммирования на дифференциальном усилителе 9 компенсируют друг друга. Таким образом, на выходе дифференциального усилителя как при отсутствии, так и при наличии полосы в зоне влияния обоих преобразователе сигнал имеет минимальное значение и не превышает некоторый шумовой порог. После фазового детектирования и низкочастотной фильтрации сигнал поступает на вход компаратора 12, вы полненного с гистерезисом. Компаратор 12 настроен таким образом, что срабатывание происходит при превышении входного сигнала заданного положительного порога, а отпускания - от рицательного порога. Поскольку входной сигнал не превышает заданного порога, компаратор не изменяет своего состояния и находится в положении соответствующем наличию или отсутствию полосы. На фиг. 2 представлены диаграммы, Поясняющие работу устройства при 1 5« входе (левая колонка) и выходе (правая колонка) полосы из зоны влияния преобразователей; q - сигнал на выходе истоу 1ика 13 опорного напряжения; S - сигнал на выходе первого фазовра щатепя 7 при поступлении полосы в зону влияния первого преобразователя; - сигнал на выходе второго фазовращателя 8 при поступлении полосы в зону влияния второго преобразователя; Ч,- сигнал на выходе дифференциального усилителя 9; в - сигнал на выходе фазового дeтekтopa 10; )J - сигнал на выходе фильтра 11 нижних частот; . )f - 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 движением полосы сигнал увеличивается от уровня шумового порога до максимального значения, а затем уменьшается до уровня, не превьш1ающего 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 компаратора 12, KOMnaparoip 12 перебросится из положения, соответству1мцего отсутствию полосы, в положение, соответствующее наличию полосы, и будет находиться в этом положении до тех пор, пока на его входе не появится сигнал, превьппакиций 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 npporajl В процессе выхода заднего конца полосы из зоны влияния второго преобразователя 2 сигнал на выходе второго фазовращателя 8 также уменьшается от максимального значения до уровня шумового порога. В результате суммирования, на выходе дифференциального усилителя 9 в соответствии с перемещением полосы, сигнал увеличивается от уровня шумового порога до максимального значения, а затем уменьшается до уровня, не превьш1ающего шумовой по|рог, причем фаза этого сигнала сдви1нута относительно опорного на 180. После фазового детектирования и низкочастотной фильтрации на выходе фильтра 11 нижних частот получается импульсный сигнал отрицательной полярности. Когда передний фронт этого импульса превысит порог на выходе комп ратора 12, он перебросится из положе ния, соответствующего наличию полосы в положение, соответствующее отсутст вию полосы, и будет находиться в это состоянии до тех пор, пока на его входе на прявится сигнал, превышающий положитег.ьный порог. Устройство работает на частотах сигнала источника опорного напряжени не превьщ1ающих 1000 Гц, когда значительно сказьтается присутствие полосы на фазовый сдвиг сигналов с выходов преобразователей. Незначительные изменения сигнала на противоположную полярность на выходе фазового детектора, связанные с фазовым сдвигом, сглаживаются фильтром нижних частот На фиг. 3 и 4 представлены два ва рианта установки первичных преобразо вателей. Первый вариант (фиг. 3) яспользуется, когда необходимо иметь большую зону чувствительности преобразователей, второй вариант (фиг.4) при малых зазорах между полосами. Возможек третий вариант объединениых конструктивно двух первичных преобра зователей. Использование в устройстве двух первичных преобразователей, смещенных относительно друг друга в направлении движения металла, и дальнейшая обработки 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, превьш1ающей гистерезис по перемещению (несколько сантиметров) и не различиют при рабочей зоне чувствительности более 5 см зазор между листами менее 10 см. Применение устройства на агрегатах поперечной резки позволит увеличить производительность агрегатов за счет повышения надежности работы на больших скоростях и малых зазорах между 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 лисКроме того, исключается возможность попадания при сортировке бра1 кованных и годных листов не по назначению. Уменьшение же зазора между движущимися листами до 3-5 см при длине листов 100-200 см позволит поднять производительность агрегатов еще на 5-10%. В настоящее время минимальный зазор между листами на агрегат резки составляет 15 см. За счет уменьшения зазора, например до 5 см, можно упломить движение листов на 10 см (за счет увеличения скорости резки), что составляет для листов длиной 100200 см увеличение скорости резки, а следовательно, и производительности на 5-10Z.

Фиг.г

(лЛ/ - полоса

п-полоса

ии

1уучххчч чччч

Фмг.5

мин

Q

и

Фл/г.