Устройство для управления температурным режимом индукционной печи Советский патент 1984 года по МПК G05D23/19 

Изобретение относится к регулиро ванию температуры технологического объекта, в частности к регулировак 1ю термовременного режима индукционных тигельных печей. Известны устройства регулирования температуры тигельных печей, содержащие пирометр, вторичный изме рительный прибор и регулятор l . Однако такие устройства непригод ны для реализации температурного ре жима индукционных тигельных печей, для длительного прогрева с учетом температуры равновесия основной металлургической реакции согласно тех нологии плавки и доводки чугуна. Кр ме того, такие устройства в условия наличия шлака на зеркале металла ре гистрируют ложные значения температуры, которые, поступая на регулятор, вызывают ложные переключения режимов печи, что приводит к ухудше нию качества регулирования, т.е. к дополнительным потерям электроэнергии и понижению производительности печи. . Известно также устройство регулирования температуры индукционной печи, содержащее пирометр, подключенный к триггеру Шмидта, реле времени, вторичный измерительный прибо и регулятор, которое в некоторой ст пени исключает влияние импульсных помех в выходном сигнале пирометра 2J . Однако из-за того, что параметры реле времени, переводящего схему в исходное состояние, невозможно подо брать в условиях индукционной плавки, происходит отключение устройства на длительное время, что, в свою очередь, приводит к ухудшению качес ва регулирования температуры печи. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению являетс г устройство для управ ления температурным режимом индукционной печи, содержащее датчик температуры расплава, вторичный регистрирующий прибор, позиционный регулятор, вход которого соединен с выходом вторичного регистрирующего прибззра, исполнительный механизм, первый вход которого подключен к выходу позиционного регулятора, тра форматор питания печи, блок сравнения, задатчик температуры основной тигельной реакции, выход которого подключен к второму входу блока сра нения, квадратор, вход которого соеди нен с вторым выходом блока сравнения аналого-цифровой преобразователь,, первый вход которого соединен с вых дом квадратора, синхрогенератор, первый вход которого соединён с первым выходом блока сравнения, а выход - с вторым входом аналого-цифрового преобразователя, делитель, вход которого соединен с выходом аналогоцифрового преобразователя, сче.тчик, первый вход которого соединен с выходом делителя, блок совпадения, первая группа входов которого соединена с выходами счетчика, блок задания программы, выходы которого соединены с второй группой входов совпадения, блок формирования сигналов управления, вход которого соединен с выходом блока совпадения, а первый вход-с вторым входом исполнительного механизма, табло сигнализации, вход которого соединен со вторым выходом блока формирования сигналов управления, причем второй выход блока формирования сигналов управления подключен ко второму входу счетчика и ко второму входу синхрогенератора зЦ. Однако такое устройство для управления температурным режимом индукционной печи характеризуется тем, что в выходном сигнале датчика температуры расплава присутствуют импульсные выбросы обеих полярностей большой амплитуды из-за наличия перемещающегося шлака на зеркале металла. Наличие этой помехи не позволяет стабилизировать значение нижней и максимальной температуры расплава, вызывает искажение Значения заданного времени выдержки при перегреве,т.е. снижает качество управления, что, в свою очередь, приводит к. снижению процента выдачи высококачественного чугуна заданного химического состава, увеличению времени плавки, расходу электроэнергии, понижению производительности печи. Целью изобретения является повышение точности устройства. Эта цель достигается тем, что в устройство для управления температурным режимом индукционной печи, содержащее датчик температуры расплава, последовательно соединенные вторичный измерительный преобразователь, позиционный регулятор, исполнительный ме анизм и трансформатор питания печи, последовательно соединенные блок сравнения, задатчик температуры основной тигельной реакции, квадратор, аналого-цифровой преобразователь, делитель, счетчик, блок совпс1дения, вторая группа входов которого соединена с выходами блока задания программы, блок формирования сигналов управления, первый .выход которого соединен с вторым входом исполнительного механизма, а второй выход - с табло сигнализации, с вторым входом, счетчика и с первым входом синхрогенератора, второй вход которого связан с вторым выходом блока сравнения, а выход - С вторым входом аналогоцифрового преобразователя, введены датчик мощности, вход которого соединен с выходом трансформатора питания печи, последовательно соединенные датчик веса, блок деления, нульорган, коммутатор и интегрирующая RC -цепь, а также сумматор и блок вычитания, первый вход которого соединен с выходом датчика температуры расплава, второй вход - с входом и выходом измерительного преобразователя интегрирующей RC -цепи, связанным с вторым входом блока сравнения а выход блока вычитания подключен к второму входу нуль-органа, причем второй вход блока деления связан с выходом датчика мощности, выход с первым входом сумматора, вторым входом связанного с выходом интегрирующей RC -цепи, а выходом - с вторым входом коммутатора, третий вход которого подключен к выходу датчика температуры расплава. Введение дополнительных блоков и их связей позволяет повысить точность управления за счет: во-первых достижения возможности стабилизировать значение нижней и максимальной температуры перегрева расплава, вовторых, достижения заданной временной выдержки металла при перегреве позволяет снизить расход электроэнергии за счет исключения беспорядочных коммутаций питания в режиме стабилизации температуры расплава, позволяет повысить функциональную надежность устройства за счет исключения возможностей частичной потери работоспособности устройства в режимах стабилизации температуры расплава и регулирования времени выдержки при перегреве, а также в периоды пос ле окончания выдержки времени при перегреве. Это достигается путем исключения мощных выбросов в выходном сигнале датчика температуры расплава и замены их расчетным значением температуры расплава на основании данных об электрической мощности, подводимой к индукционной печи, и веса содержимого печи. Наличие датчика мощности, датчика веса, блока деления и их связей позволяют определить теоретическую возможную скорость нагрева металла. Блок вычитания, апериодическое звено - интегрирующая RC -цепь с их связями в периоды отсутствия импульсных выб эосов линеаризуются в дифференцирующее звено, что позволяет получить на выходе блока вычитания сигнал, пропорциональный скорости изменения температуры расплава, и сигнал, пропорциональный разности выходного сигнала датчика температуры расплава на выходе апериодического звена в периоды возникновения импульсных выбросов в выходном сигнале датчика температуры расплава. Наличие нульоргана с его связями позволяет управлять коммутатором путем сравнения теоретической и фактической скорости нагрева металла при заданном пороге нечувствительности нульоргана. При равенстве теоретической и фактической скорости нагрева металла на выходе коммутатора присутствует сигнал, пропорциональный сигналу на выходе датчика температуры расплава. При расхождении значений теоретической и фактической скорости агрева металла включается другой вход коммутатора, и на его выходе появляется сигнал, пропорциональный расчетному значению температуры расплава. . Наличие блока суммирования/ апериодического звена и их связей позволяет получить на выходе блока суммирования сигнал, пропорциональный расчетному значению температуры расплава в периоды возникновения импульсных выбросов в выходном сигнале датчика температуры расплава. Апериодическое звено, кроме указанных, выполняет также функцию сглаживания высокочастотных паразитных составлякяцих в выходном сигнале датчика температуры расплава. На чертеже приведена блок-схема устройства для управления температурным режимом индукционной печи. Устройство содержит датчик 1 температуры расплава, представляющий собой пирометр излучения, датчик мощности 2, представляющий собой, например, прибор индукционной системы с аналоговым выходом, тензометрический датчик 3 веса печи, например тензометрический , блок деления 4, блок вычитания 5, нуль-орган 6, блок суммирования 7, интегрирующую RC -цепь 9, апериодическое звено, выход которого подключен к входу измерительного преобразователя 10 с позиционным регулятором 11, содержит контактные задатчики нижней и максимальной температуры перегрева расплава, подключенные к первому входу исполнительного механизма 12, выход которого подключен к входу датчика мощности 2. Устройство содержит, также трансформатор 13 питания печи, блок сравнения 14, задатчик температуры основной тигельной реакции 15, представляющий собой потенциометрический задатчик напряжения, квадратор 16, представляющий собой функциональный преобразователь с квадратично зависимостью, выход которого подключен к первому входу аналого-цифрового преобразователя 17, представляющего собой преобразователь напряжения в частоту следования импульсов, второй вход которого подключен к выходу синхрогенератора 18, представляющего собой мультивибратор, запускающийся от импульса запуска и прекращ ющий генерацию от импульса сброса, делитель 19, представляющий собой двоичный счетчик импульсов, счетчик 20 двоичный, выходы каждого разряда которого подключены к соответствующим входам первой группы входов бло ка совпадения 21, представляющего собой цифровую схему сравнения, вто рая группа входов которого подключе на к выходам блока задания программы 22, представляющего собой двоичный регистр памяти с ручной записью информации, блок формирования сигналов управления 23, связанный с входом сигнализации. 24, Устройство работает следующим образом. Сигнал с выхода датчика 1 темпера туры расплава в случае измерения тем пературы зеркала металла поступает через первый вход коммутатора 8, RC -цепь 9 на вход измерительного преобразователя 10 и первый вход бло ка сравнения 14. В случае попадания шлака в поле зрения датчика 1 температуры расплава сигнал на его выходе резко изменится, что скажется на величине его производной. На выходе блока вычитания 5 присутствует сигнал, пропорциональный производной температуры расплава, так как цепь выход датчика температуры расплава 1 первый вход коммутатора 8, его выход апериодическое звено 9, второй вход блока вычитания 5 и его выход - лине аризуется в звено вида Wp, 5 Uoip - постоянная времени апериодического звена 9; Р - оператор Лапласа. Сигнал с выхода датчика мощности 2, пропорциональный величине электрической мощности N , подводимой к печи, и сигнал с выхода датчика веса 3, пропорциональный весу /Л содержимого печи, поступают на входы блока деления 4, на выходе которого воз никает сигнал, пропорционешьный теоретическому значению производной температуры расплава, определяемой по формуле: , N - термический КПД индукционной печи; k - коэффициент, пропорциональный для данных технологических условий. Значения и К определяются предварительно для конкретного агрегата. В момент попадания в поле зрения шлака сигнал на выходе блока вычитания 5 примет значение, отличающееся от значения сигнала на выходе блока деления 4 на величину, превышающую заданную, что вызывает такое измене-, ние значения сигнала на выходе нуль- органа б, который переключает вход коммутатора 8. При этом сигнал с выхода блока деления 4, суммируясь с сигналом с выхода апериодического эвена 9, поступает через второй вход коммутатора 8 и периодическое звено 8 на вход измерительного преобразователя 10 и первый вход блока сравнения 14. Цепь - первый вход блока суммирования 7 коммутатора 8, апериодическое звено 9, второй вход блока суммирования 7 - линеаризуется в интегрирующее звено вида входным сигналомкоторого является сигнал, пропорциональный теоретическому значению производной|ЗТ/ 4 темпе ратуры расплава с выхода блока деления 4. Таким образом, в периоды времени, когда в поле зрения пирометра присутствует помеха, на выходе апериодического звена будет присутство.вать сигнал, пропорциональный расчетному значению температуры расплава, т.е. помеха, вызванная перемещением шлака на зеркале металла, будет устранена. После расплавления шихты и скачивания шлака или при заполнении миксера расплава температура поддерживается на нижнем уровне, который зада- ется контактным задатчиком. Если в этом нет необходимости, задатчик блокируется, температура расплава поднимается до максимальной температуры перегрева,заданной BTOPEJM контактным .задатчиком, и стабилизируется. В момент, когда температура перегрева достигает равновесной, заданной задатчиком 15 в зависимости от марки чугуна, нуль-индикатор блока сравнения 14 импульсом запуска переводит синхрогенератор 18 из ждущего режима в автоколебательный. Сигналы поступают на вход блока сравнения 14 в одном масштабе lmv 1 град. Когда синхрогенератор 18 запустит преобразователь 17 аналог-цифра второй раз, температура перегрева будет уже превышать значение равновесной температуры и их разность с выхода сравнивающего устройства, возведенная в квадрат квадратором 16, поступит на вход преобразователя 17, Преобразователь преобразует непрерывный входной сигнал в соответствующую послеовательность импульсов. Если период запуска синхрргенератора выбран значительно меньшим минуты, то импульсы

с выхода преобразователя поступят на делитель 19 с коэффициентом деления, равным отношению минуты к периоду следования импульсов синхрогенератора С выхода делителя импульсы подаются на счетчик 20,

При наборе на счетчике числа, равного соответствующему значению интеграла для чугуна данной марки, предварительно набранному на переключателях блока 22 задания программы, ерабатывает блок 21 совпадения, и сигнал совпгщения поступает через блок формирования сигнала управления на

исполнительный механизм 12 для отключения питания печи и на световое табло 24 готовности металла.

Положительный эффект заключается в том, что предлагаемое устройство обеспечивает стабильную выдачу высоп кокачественного чу уна заданного химического состава при минимальном времени плавки, что позволяет снизить удельный расход электроэнергии, угар элементов, повысить производительность и увеличить межремонтные сроки эксплуатации печи.

УСТРОЙСТЮ ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРНЫМ РЕЖИМОМ ИНДУКЦИОННОЙ ПЕЧИ, содержащее датчик соединения температур расплава, последовательно соединенные измерительный преобразователь, позиционный регулятор, исполнительный механизм и трансформатор питания печи, последовательно соединенные задатчик температуры основной тигельной реакции, блок сравнения, квадратор, аналого-цифровой преобразователь, делитель, счетчик, блок совпадения, вторая группа входов которого соединена с выходами блока задания программы, , блок формирования сигналов управле-. ния, первый выход которого соединен с вторым входом исполнительного механизма, а второй выход - с табло сигнализации, с вторым входом счетчика и с первым входом синхрогенератора, второй вход которого связан с вторым выходом блока сравнения, а выход - с втоЕялм входом аналогоцифрового преобразователя, отличающееся тем, что, с целью повышения точности устройства, в него введены датчик мощности, вход которого соединен с выходом трансформатора питания печи, последовательно соединенные датчик веса печи, блок деления, нуль-орган, крммута-г тор и интегрирующая RC -цепь, а i также суйматор и блок вычитания, (Л первый вход которого соединен с выходом датчика температуры расплава, второй вход - с входом и с выходом измерительного преобразователе интегрирующей RC -цепи, связанным с вторым входом блока сравнения, а выход блока вычитания подключен к второму входу нуль-органа, причем второй вход блока деления связан с выходом датчика мощности, выход с первым входом сумматора, вторым входом связанного с выходом интегрирующей КС -цепи, а выходом - с СП СП вторым входом коммутатора, третий вход которого подключен к выходу датчика температуры расплава.