Устройство для регулирования теплового режима методической индукционной установки Советский патент 1984 года по МПК H05B6/06 

2, Устройство поп,1, отли4atotqeecH тем, что блок коррекции содержит трехвходовой сумма-i тор, к одному из входов которого подключен источник опорного напряжения, а к выходу - вход аналогового блока памяти через третий ключ, управляющий вход которого соединен с

первым входом времязадающего счетного блока,причем первым выходом блока коррекции служит выход блока памяти, вторым - второй выход счетного , первыми двумя входами - второй и третий входы сумматора, а третьим и четвертым входами - входы счет ого блока.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА МЕТОДИЧЕСКОЙ ИНДУКЦИОННОЙ УСТАНОВКИ по авт. св. № 725277, отличающееся тем, что, с целью повышения точности поддержания температуры металла в переходных режимах, оно снабжено дополнительным датчиком температуры изделия внутри индуктора, смещенным к входу в индуктор относительно датчика температуры изделия внутри индуктора, двумя ключами и блоком коррекции, три входа которого соединень с датчиками температуры, четвертый с датчиком скорости, первый выход через первый ключ - с первым входом регулирующего блока, связанного вторым входом с датчиком температуры на выходе из индуктора через второй ключ, а второй выход блока коррекции - с управляющими входами обоих ключей. (/) С о 00 4. ч1

Изобретение относится к электро термии, и может быть применено в металлургической, машиностроительной и других отраслях промашленнос ти, использующих нагревательные . установка непрерывного действия, например индукционные, резистивные и др. По оснЪвному авт, ев, № 725277 известно устройство для регулирова ния теплового режима методической индукционной установки, содержащее индуктор, подключенный к выходу регулируемого источника питания, вход которого соединен с выходом 1 регулирующего блока, первый вход которого связан с датчиком скорости перемещения изделия, второй с датчиками температуры изделия на выходе из индуктора, а третий с датчиком Температуры изделия внутри индуктора. Устройство может содержать несколько автономных зон каждая из которых построена по это му принципу 1. Известное устройство благодаря наличию контуров обратной связи по температуре поверхности металла внутри нагревателя обеспечивает высокую стабильность температуры металла на выходе из нагревателя в переходных режимах изменения скорости перемещения нагреваемых заго товок „ При работе методических нагревателей значительное место занимают переходные режимы, связанные с пуском технологической линии после кратковременной или длительной остановки. В этом случае независимо от наличия напряжения на индукторе во время остановки температурное распределение в металле по длине индук тора к моменту пуска существенно от личается от установившегося, а конт роль температуры в одной точке внут ри нагревателя не дает однозначной оценки температурного распределения в металле по длине. Указанное обсто ятельство не позволяет обеспечивать с помощью известного устройства тре буемую точность поддержания темпераТуры металла в переходных режимах пуска нагревателя, Цель изобретения - повьлшение точности поддержания заданной температуры металла в переходных режимах пуска нагревателя и увеличение роизводительности установки. Для достижения этой цели устройство для регулирования теплового режим а методической индукционной установки, содержащее индуктор, подключенный к выходу регулируемого источника питания, вход которого соединен с выходом регулирующего блока, первый вход которого связан с датчиком скорости перемещения изделия, второй - с с датчиками температуры изделия на. выходе из индуктора, а т ретий - d датчиком температуры изделия.внутри индуктора, снабжено дополнительным датчиком температуры изделия внутри индуктора, смещенным к входу в индуктор относительно датчика температуры изделия внутри индуктора, двумя ключами и блоком коррекции, три входа которого соединены с датчиками температурь), четвертый - с датчиком Скорости, первый выход через первый ключ - с первым входом регулирующего блока, связанного вторым входом с датчиком температуры на выходе из индуктора через второй ключ, а второй выход блока коррекции - с управляющими входами обоих ключей. . Кроме того, блок коррекции может содержать трехвходовой сумматор, к одному из входов которого подключен источник опорного напряжения, а к выходу - вход аналогового блока памяти через третий ключ, управляющий вход которого соединен с первым входом времязадающего счетного блока, причем первым выходом блока коррекции служит выход блока памяти, вторым - второй выход счетного блока, первыми двумя входами - второй и третий входы сумматора, а третьим и четвертым входами - входы счетного блока.

На фиг. 1 изображена блок-схема устройства; на фиг. 2 - схема блока коррекции; иа фиг, 3 - графики распределения температуры в изделии; на фиг. 4 - график изменения мощности VJ и температуры Т на выходе из индуктора.

Устройство содержит нагреваемое изделие (металл) 1, индуктор 2, источник 3 питания, регулирующий блок 4, блок 5 коррекции задания, датчики 6-8 температуры металла, датчик 9 скорости, ключи 10 и 11.

Блок 5 коррекции задания состоит из сумматора 12, источника 13 опорного напряжения, аналогового блока 14 памяти, ключа 15, времязадающего счетного блока 16.

Времязадающий счетный блок 16 выполнен, например, на микросхемах серии К 155 и содержит генератор 17 частоты, триггерял 18-21, схемы И 22-26 совпадения, инверторы 27-30, счетчики 31-34, дешифраторы 35 и 36 триггеры 37 и 38, мультивибратор 39 сравнивающие блоки 40 и 41,дифференцирующие блоки 42 и 43, блок 44 памяти.

В установившемся режиме постоянной скорости перемещения изделий ключ 10 разомкнут, ключ 11 замкнут. Сигналы с датчиков 6,7 и 9 воздействуют на регулирующий блок 4, который отрабатывает сигнал отклонения фактической температуры металла 1 на выходе каждой зоны нагревателя 2 от заданной,устанавливаемой в функции скорости перемещения нагреваемых заготовок. Регулирующие блоки 4, воздействуя на источник 3 питания, изменяют мощность, подводимую в каждую зону нагревателя 2, таким образом, чтобы компенсировать возникшее отклонение температуры.

При пуске нагревателя температурное распределение в металле по длине индуктора существенно отличается от установившегося. На фиг. 3 представлены графики распределения температуры в установившемся режиме (кривая а) и при отключении механизма перемещения с переводом нагревателя в режим термостатирования (кривая 5) или с полным снятием напряжения (кривая &} .

Как следует из графиков, в случае остановки механизма перемещения заготовок измерение температуры металла в одной точке внутри индуктора не дает однозначного ответа на вопрос о температурном распределе- НИИ в металле по длине нагревателя к моменту пуска.

Peaль oe температурное распределение с достаточной для практики степенью точности можно получить,зная температуру по крайней мере в

двух точках по длине нагревателя (X и X ) .

Температурное распределение Б металле по длине нагревателя к моменту пуска таково, что график изменения мощности нагрева, обеспечивающий минимальное отклонение температуры металла на выходе от заданного значения в процессе выхода на установившийся режим, имеет кусочно0 постоянный вид (фиг. 4), уровень каждого участка постоянства зависит от величины отклонения температурного распределения Т от установившегося Тает длительность интервалов

5 постоянства л определяется временем прохождения заготовки через нагреватель, длительностью остановки, уровнем мощности, подводимой к нагревателю в установившемся режиме, имаксимальной мощностью источника

0 питания.

Рассмотрим работу предлагаемого устройства в переходных режимах .пуска. . . .... ...

В момент пуска сигнал с датчика

5 9 скорости воздействует на времязадающий блок 16, .разрешая отсчет времени первого интервала управления. Времязадающий счетный блсцс 16 воздействует на ключ 15, подсоединяя

0 вход запоминающего устройства 14 к выходу сумматора 12.

Одновременно времязадающее счетное устройство 16 формирует на выходе сигнал, который воздействует ..

5 на ключи 10 и 11, замыкая ключ 10 и размыкая ключ 11, подсоединяя таким образом регулирующее устройство 4 к выходу блока 5 коррекции задания.

0 Блок. 14 памяти формирует в момена подключения его к сумматору 12 сигнал управления, пропорциональный разности между опорным напряжением DO / поступающим на один из входов

5 сумматора с выхода источника 13 опор него напряжения и соответствующим стационарному распределению температуры металла, и суммой сигналов U,, пропорциональных текущим значениям

„ температур Т, и TX металла в точках, соответствующих координатам Х и Х установки датчиков 8 и 7 температуры, т.е. U- К(Т + Txj) , где К - коэффициент пропорциональности. Таким образом, на вход регулиру ющего блока 4 поступает сигнал, который сформирован сумматором 13 в момент пуска нагревателя и пропорционален разности .Ug-K(TX., + TX ) . Величина этого сигнала соответствует

0 той мощности, которая необходима для выдачи всех заготовок, находящихся в нагревателе в момент пуска, с заданной температурой.

Регулирующий блок 4 воздействует

5 на источник 3 питания, который подводит к индуктору 2 требуемый уровень мощности, определяемый сигналом с выхода сумматора 12 Длительность первого интервала управления зависит от состояния нагревателя к моменту пуска и определяется времязадающим счетным блоком 16 в функции сигналов, пропорционал ных скорости перемещения заготовок через нагреватель и температуре металла на выходе из нагревателя и поступающих на вход блока 16 с выходов датчика 9 скорости и датчика 6 температуры. При пуске нагревателя из режима термостатирования температура мб талла ка выходе из нагревателя в. момент пуска.равна заданной, а уровень мощности,.подводимой к индукто рам 2 на первом интервале управлени ниже уровня мощности в установившем ся .режиме -работы .и соответствует разности сигналов (Tji, + Тх,2) в момент формирования.импульса упра ления на выходе времязадающего блок причем TX, и Тх2 больше, чем соответ ствующие значения .температур в .уста новившемся режиме. Вследствие этого разность сигналов от источника 13 опорного напряжения и датчиков 7 и 8 температуры металл внутри нагревателя значительно мень ше,- чем в установившемся режиме. Этот разностный сигнал через сумматор .12, блок 14 памяти и через клю 10 воздействует на регулирующий бло 4, управляющий источником 3 питгания таким образом, что последний уменьшает значение подводимой мощности до требуемого значения, соответству щего условию поддержания температуры металла на выходе из нагревателя на заданном уровне, .Длительность первого интервала управления равна времени прохождени заготовки через нагреватель, опреде ляемому из соотношения , где d - длина индуктора; V- скорость перемещения заготовки через нагреватель. На этом интервале управления 0-tg из нагревателя выдают заготовки, нагретые до заданной температуры. По мере выхода из нагревателя нагретых заготовок в него поступают холодные заготовки. Так как на интер вале О-чр подводимая к нагревателю мощность ниже заданной (по УСЛОВИЮ выдачи на этом интервале заготовок, нагретых до заданной температуры) , вновь поступающие заготовки оказываются недогретыми, и по истечении времени t из нагревателя станут выходить недогретые заготовки. В этот момент сигнал с выхода датчика 6 температуры воздействует на блок 16, который начинает отсчет времени второго интервала управления Одновременно блок 16 воздействует на ключ 10, который кратковременно подключает вход блока 14 памяти к выходу сумматора 12, причем уровень сигнала на выходе 14 пропорционален новому значению разности сигнала UQ., и сигналов, поступающих с датчиков 7 и 8 температуры в момент подключения блока 14, и соответствует максимальному значению мощности нагревателя. Температура металла на выходе из нагревателя начинает расти. Когда температура металла на выходе из нагревателя 2 вновь достигает заданного значения (момент С , фиг. 4), датчик 6 температуры воздействует на вход блока 16, который формирует очередной импульс управления, воздействующий на ключ 15. Ключ 15 подсоединяет выход сумматора 12 к входу блока 14, который формирует очередной сигнал .управления .и воздействует .через ключ 10 .на ре.ули.ру-г ющее устройство 4, К индуктору 2 подводится мощность, при которой вновь выдаются заготовки, нагретые.до.заданной температуры. Далее формирование импульсов управления с заданным интервалом осуществляет блок 16, автоматически подключая вход блока 14 к выходу сумматора в моменты времени, соответствующие длительностям интервалов управ(фиг. 4). ления дг. Процесс переключения осуществляется до тех пор, пока температурное распределение в металле по длине нагревателя не соответствует: установившемуся режиму, что определяется равенством опорного напряжения Ug и сигнала с датчиков 7 и 8 температуры металла. При этом в течение всего процесса выхода нагревателя на установившийся режим скорость перемещения заготовок через нагреватель остается постоянной и.равной заданной. Времязадающий счетный блок работает следующим образом, В момент пуска нагревателя пусковой импульс воздействуетна триггер 18 и через инвертор 27 на счетчики 31 и 32, устанавливая их в исходное состояние. Сигнал с выхода триггера 18 воздействует на схему И 22 совпадения, на выходе которой появляется серия импульсов с .частотой 1 Гц, соответствующей частоте генератора 17 импульсов. Счетчик 31 начинает запись числа импульсов в ре.гистры. Одновременно это число записывается в регистры счетчика 34. Кроме того, пусковой импульс воздействует на вход блока 44 памяти, подсоединяя через ключ 10 один из входов регулирующего блока 4 к выходу блока 14 и отсоединяя второй вход регулирующего блока 4 от выхода датчика 6 температуры. С момента пуска нагре вателя 2 из него выдают заготовки, нагретые до заданной температуры, в течение времени tp (фиг. 4) .. Когда из нагревателя 2 выйдет вся партия заготовок, находившаяся там в момент пуска, температура ме талла на выходе уменьшится и сравнивающий блок 40 формирует сигнал, который через инвертор 29 и схему И 23 совпадения воздействует на счетчики 31 и 32, прекращая запись числа в регистры счетчика 31 иразрешая запись числа в регистры счетчика 32. Одновременно сигнал с вы-, хода сравнивающего блока 40 через дифференцирующий блок 42 воздействует, на мультивибратор 39, на выходе которого появляется единичный импульс длительностью 0,2 с, соответствующей .периоду колебаний на выходе генератора 17 частоты, .Этот импульс воздействует на ключ- 15 (фиг.1)., который .подсоединяет выход сумматора. 12 к входу блока 14. Регулятор 4 . воздействует на источник 3 питания, который подводит к нагревателю 2 мак симальную мощность. Температура мета ла 1 на выходе нагревателя 2 начинае расти и в момент i (фиг. 4), когда она BHOBfe достигнет заданной., на выходе сравнивающего блока сигнал ис;чезнет, а на выходе дифференцирующего блока 43 появляется импульс, который через инвертор 30 воздействует на мультивибратор 39, который формирует очередной единичный импульс длительностью 0,2 с, воздействующий на ключ 15. Одновременно сигнал с вы хода сравнивающего блока 40 через инвертор 29 и схему И 23 совпадения воздействует на счетчики 31 и 32, прекращая запись числа в регистры счетчика 32. Таким образом, в регистрах счетчи ков 31 и 32 записаны числа, соответствующие длительностям интервалов tTg - лСд и uVg (фиг. 4) . Та же информация записана соответственно в счетчиках 33 и 34. Начиная с момента С (фиг. 4} , температура металла на выходе из нагревателя остается посто янной. СигнсШ с выхода сравнивающего блока 40 в момент f, воздействует на триггер 1, выход которого соединен с входом схемы И 24 совпадения. На выходе схемы И 24 совпадения появляется серия импульсов, которая воздействует на вход счетчика 33, работающего в режиме вычитания, кото рый начинает вычитание импульсов из регистра. Когда число импульсов на входе счетчика 33 станет равным числу, записанному в регистрах счетчика 31 дешифратор 35 формирует сигнал, который Через триггер-37 воздействует на вход мультивибратора 39. На выходе мультивибратора появляется очередной сигнал, воздействующий на ключ 15. Одновременно с выхода дешифратора 35 сигнал воздействует на триггер 21, ;игнал с выхода которого воздействует на схемы И 24 и 25 совпадения. Сиг11ал с выхода схемы И 24 запрещает работу счетчика 33,. а сигнал с выхода схема И 25 разрешает раОоту счетчика 34, который производит вычитание числа импульсов, записанных в регистрах счетчика и по окончании счета через дешифратор 36 и триггер 38 воздействует на- мультивибратор 39, который формирует очередной импульс. Одновременно сигнал с выхода дешифратора 36 воздействует на рход триггера 20. Триггер 20 формирует на выходе сигнал, который через триггер 21 и схемы И 24 и 25 совпадения воздействует на счетчики 33 и 34, разрешая работу счетчика 33 в режиме вычитания и запрещая оаpiOTV счетчика 34. Далее процесс формирования импуль сов повторяется. Когда уровень мощности нагревателя в процессе переключений .отключает ся от.установившегося значения не более чем на 5%, сравнивающий блок 41 формирует сигнал, который.воздействует на схему И 26 совпадения, затпрещая работу счетчиков 33 и 34,-и на блок 44 памяти, сигнал с -выхода которого воздействует на ключи 10 и 11, отключая выход блока 5 Коррекции от входа регулирующего блока 4 и подсоединяя выход датчика 6 температуры металла на выходе из нагревателя к входу регулирующего блока 4. Пуск из произвольного состояния осуществляется аналогично. Предлагаемое устройство повышает точность поддержания заданной температуры металла на выходе из нагревателя в переходных режимах пуска, что позволяет исключить брак от перегрева заготовок в процессе выхода на установившийся режим, увеличивает производительность установки, снижает расход электроэнергии на нагрев.

Г, С

U,B

Туст()