Устройство управления нагревом ферромагнитных заготовок в методической нагревательной установке Советский патент 1985 года по МПК C21D11/00 

1 11

Изобретение относится к электротермии и может быть использовано в металлургической, машиностроительной и других областях промьшшенности, использующих нагревательные установки непрерьтного действия, например индукционные, для нагрева ферромагнитных заготовок до температур, превышающих температуру магнитных превращений.

Цель изобретения - повышение производительности и точности поддержания заданной температуры металла в переходных режимах пуска нагревателя.

На фиг. 1 изображена функциональная схема устройства; на фиг.2 график изменения мощности и температуры на выходе из нагревателя; на фиг. 3 - распределение температуры вдоль нагревателя; на фиг. 4 график изменения мощности нагрева в функции координаты точки магнитных превращений.

Устройство содержит нагреватель 1, индуктивные датчики 2 и 3, регуятор 4, выполненный, например, на базе регулирующего устройства типа РБА-П системы АКЭСР, регулируемьй источник 5 питания, например АРИР, нагреваемое изделие 6, датчик 7 скорости перемещения металла, блок 8 сравнения, выполненный, например, на базе блока суммирования типа БКР-1-П системы АКЭСР, исполнительный механизм 9 перемещения индуктивных датчиков, блок 10 формирования сигнала управления, блок 11 оммутации, ключи 12-15.

Блок 10 формирования сигнала правления содержит усилители 16,17, омпаратор 18, ключ 19, аналоговый лок 20 памяти, вьшолненньм, наприер, на базе блока динамических пребразований типа БДП-П системы КЭСР.

Блок 11 коммутации содержит блок 21 амяти,выполненный,например,на базе блока динамических преобразований БДП-П системы АКЭСР, источник 22 опорного напряжения, блок 23 сравнения, вьтолненный, например на базе блока БСЛ-04 системы АКЭСР.

В процессе пуска нагревателя из холодного состояния, когда в нагревателе находятся холодные заготовки, при включении механизма перемещения заготовок сигнал пуска воздействует

822

на блок 21 памяти блока II коммутации. На выходе блока 21 памяти появляется сигнал, соответствующий 1, который воздействует на ключи 12-15, отсоединяя с помощью ключа 12 вход блока 8 сравнения от выхода датчика 7 скорости и подсоединяя второй вход блока 8 сравнения к выходу индуктивных датчиков 2 и 3 с помощью ключа

14. Одновременно ключ 13 отсоединяет один вход регулятора 4 от выхода индуктивных датчиков 2 и 3, а ключ 15 подсоединяет второй вход регулятора 4 к вькоду блока- 10 формирования

сигнала управления.

Так как в индукторе находятся холодные заготовки, индуктивные датчики 2 и 3 формируют сигнал, которьй через ключ 14 и блок 8 сравнения воздействует на исполнительный механизм 9 перемещения индуктивных датчиков, который перемещает индуктивные датчики 2 и 3 вправо. Когда индуктивные датчики 2 и 3 переместятся в положение, соответствующее координате точки Кюри в установив шемся режиме работы с минимальной скоростью, сигнал с выхода исполнительного механизма 9 воздействует

на ключ 19, подсоединяя вход блока 20 памяти к выходу усилителя 17. Аналоговый блок 20 памяти формирует сигнал, которьй через ключ 15 и регулятор 4 воздействует на регулируемый источник 5 питания, подключая к входу нагревателя 1 максимальную мощность.

. Под действием подводимой к нагреватепю мощности изменяется температурное распределение в металле по длине нагревателя, а координата точки магнитных превращений перемещается влево (фиг. 3), вызывая изменение сигнала на выходе датчиков 2 и 3.

Сигнал рассогласования на выходе ин-. дуктивных датчиков 2 и 3 через ключ 14 и блок 8 сравнения воздействует на исполнительный механизм 9, которьй перемещает индуктивные датчики

в сторону, соответствующую ликвидации рассогласования.

Сигнал с вькода исполнительного механизма 9 перемещения индуктивных датчиков 2 и 3 воздействует на усилители 16, 17 блока 10 формирования сигнала управления. С выхода усилителя 16 сигнал поступает на один вход компаратора 18; нл другой вход компаратора 18 поступает сигнал с выхода регулятора 4. В момент равенства этих сигналов компаратор формирует на выходе сиптал, который воздействует на ключ 19, подсоединяя выход усилителя 17 к входу аналогового блока 20 памяти. Аналоговый блок 20 памяти при замыкании ключа 19 формирует на выходе сигнал управления, воздействующий через ключ 15 на регулятор 4. Регуля тор 4 воздействует на регулируемый источник 5 питания, изменяя уровень подводимой мощности до значения, соответствующего условию поддержания температуры металла на выходе из нагревателя на заданном . Необхо димый уровень мощности определяется из соотношения Р kU , где U сигнал на вьтходе усилителя 17 мент, когда сигналы с выхода усилителя 16 и с выхода регулятора 4 срав ,няются и ключ 19 подсоединит вход блока 20 памяти к выходу усилителя 17; k - коэффициент пропорциональное ти между мощностью и напряжением на выходе усилителя 17 (линия DE на фиг, 4) . Под действием нового уровня мощности координата точки Кюри начнет перемещаться вправо (фиг, 1,3); сигнал рассогласования на выходе индуктивных датчиков 2 и 3 через ключ 14 и блок 8 сравнения воздействует на исполнительный механизм 9, перемещая индуктивные датчики 2 и 3 в сторону уменьшения рассогласования Когда сигналы с выхода усилителя 16 и выхода регулятора 4 на входе компа ратора 18 вновь сравняются,компарато формирует на выходе сигнал, который воз действует на ключ 19,подсоединяя вгзкод усилителя 17 к входу блока 20 памяти. Вновь формируется сигнал, который через ключ 15 и регулятор 4 воздействует на регулируемьй источник 5 питания, изменяя уровень подводимой к нагревателю мощности. Такой процесс ступенчатого изменения мощности нагрева будет происхо-50 дить до тех пор, пока уровень мощности не станет равным установившемуся значению. В момент равенства мощности, подводимой к нагревателю, установившемуся значению, сигнал на 55 входе блока 23 сравнения становится равным опорномл - сигналу; блок 23 сравнения формирует сигнал, который воздействует на второй вход блока 2Т памяти. На выходе блока 21 памяти появляется сигнал, соответствующий О, который воздействует на ключи 12-15, подсоединяя с помощью ключа 12 один, вход задающего устройства 8 к выходу датчика 7 скорости, а с помощью ключа 13 - вход регулятора 4 к выходу индуктивных датчиков 2 и З и отсоединяя с помощью ключа 14 второй вход задающего устройства 8 от выхода индуктивных датчиков 2 и 3, -а с помощью ключа 15 - второй вход регулятора 4 от выхода блока 10 формирования сигнала управления. Пояснить сущность заложенных в устройство принципов управления можно следующим образом. Известно, что программа изменения мощности нагрева, минимизирующая отклонение температуры металла на выходе из нагревателя в процессе пуска, носит кусочно-постоянньй характер. Ей однозначно соответствует температурное распределение в металле по длине нагревателя, а следовательно, и положение точки магнитных превращений . При этом температура металла на выходе из нагревателя.в процессе реализации оптимальной программы равна заданному значению, т.е. практически отсутствует какое-либо отклонение температуры металла на выходе из нагревателя от заданного значения (фиг. 2). Следовательно, реализация замкнутой системы с обратной связью по температуре металла на выходе из нагревателя не представляется возможной, так как отсутствует отклонение температуры металла на выходе. Однако в этом случае возможна реализация замктгутой системы с обратной связью по положению точки магнитных превращений, координаты которой однозначно определяются уровнем подводимой к нагревателю мощности на каждом интервале постоянства. На фиг. 2 показаны график изменения мощности Р нагрева полученный из условия минимума отклонения температуры металла на выходе из нагревателя в процессе вькода на установившийся ре;хим (кривая СА) , и температура металла на выходе из нагревателя (кривая в); на фиг. 3 - температурное распределение в металле по длине нагревателя в различные моменты времени Г, 2 , os ,

ветствующие моментам переключения подводимой к нагревателю мощности.

Как следует из графиков, существует вполне определенная зависимость между координатной точкой магнитных превращений, уровнем подводимой к нагревателю мощности и моментам ее переключения, из которой вытекает возможность реализации устройства, обеспечивающего автоматическое определение требуемого уровня мощности на каждом интервале управления и моментов переключения с одного уровня на другой. Такая зависимость может быть найдена по известным со-, отношениям и представляет собой кусочно-постоянную функцию Р(Х, где РП уровень мощности на п-ом интервале оптимальной программы; , -Соответствующая координата точки магнитных превращений в конце п-го интервала.

На фиг. 4 представлен график изменения мощности нагрева в функции координаты точки магнитных превращений. Здесь точка А с координатами и соответствует установившемуся режиму работы.

В процессе выхода на установивший ся режим мощность нагрева принимает последовательно значения 1 PZ. РЗ 4 , которым соответствуют моменты переключения

-1. .. ( 3

И координаты точки магнитных превращений Хц,, Х,2 «.5 К4 KS Х (фиг. 4).

Как следует из фиг. 4 переключени мощное- и нагрева с одного уровня на другой происходит, когда точка магнитных превращений достигает определенного положения. Это положение (координата) однозначно определяется уровнем мощности нагрева для каждого

интервала постоянства в момент переключения, а совокупность координат точки магнитных превращений, соответствуюпщх моментам переключения с одного уровня мощности на другой, представляет собой прямую линию (линия ВС, фиг. 4), параметры которой определяются по известным соотношениям. Аналогично определяется зависимость уровня мощности для каждого последующего интервала постоянства от координаты точки магнитных превращений в момент переключения. Она представляет собой прямую, проходящую через точку установившегося режима и точку на оси ординат, соответствующую уровню мощности тепловых потерь с поверхности нагреваемого изделия (линия ВС, фиг. 4).

Далее, имея установленные зависимости моментов переключения и уровней мощности нагрева от координаты точки магнитных превращений, можно легко преобразовать их в соответствующие напряжения, связанные с координатой точки магнитных превращений соответствующими коэффициентами. Подобные зависимости можно реализовать с помощью линейных преобразователей, выполненных, например, на операционных усилителях. Полученные с помощью линейных преобразователей напряжения используют затем для формирования требуемого закона изменения мощности нагрева в процессе-пуска нагревателя так, как это показано при описании, работы устройства.

Предлагаемое устройство повьппает точность поддержания заданной температуры металла на выходе из нагревателя в переходных режимах пуска, что позволяет исключить брак от перегрев заготовок, увеличить производительность установки, снизить расход электроэнергии на нагрев.

1; УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ НАГРЕВОМ ФЕРРОМАГНИТНЫХ ЗАГОТОВОК В МЕТОДИЧЕСКОЙ НАГРЕВАТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКЕ, содержащее подсоединенньй к нагревателю регулируемый источник питания, управляющий вход которого соединен с выходом регулятора, два индуктивных датчика, расположенные снаружи нагревателя вдоль его продольной оси, механизм перемещения обоих индуктивных датчиков вдоль нагревателя, вход которого соединен с выходом блока сравнения, к входам которого подсоединен выход механизма перемещения индуктивных датчиков, датчик скорости перемещения заготовки, отличающееся тем, что, с целью повьпиения производительности и точности поддержания заданной температуры металла в переходных . режимах пуска нагревателя, оно снабжено блоком управления, блоком коммутации и четырьмя ключами, причем первый и второй входы блока коммутации подсоединены к выходам датчика скорости и регулятора, а выход - к упрапляюиртм входам всех ключей, первый из которых расположен между датчиком скорости и входом блока сравнения, второй- выходом индуктивных датчиков и входом регулятора, третий - выходом индуктивных датчиков и входом блока сравнения, а четвертый - входом регулятора и выходом блока управления, один из входов которого соединен с выходом регулятора, а второй - с выходом исполнительного механизма перемещения датчи::ов. 2.Устройство по П.1, отличающееся тем, что блок управления содержит ключ, компаратор, аналоговьй блок памяти, два § усилителя, выход одного из которых подсоединен к входу аналогового (Л С блока памяти через ключ, первый управляющий вход которого соединен с выходом компаратора, к одному из входов которого подсоединен выход другого усилителя, причем первым входом блока управления является второй вход компаратора, вторым входом - входы усилителей, а выходом выход аналогового блока памяти. 3.Устройство по П.1, отличающееся тем, что блок коммутации содержит блок памяти, источник опорного напряжения и блок сравнения, причем источник опорного напряжения соединен с первым входом блока сравнения, выход которого соединен с первым входом блока памяти, второй вход которого является первым входом блока коммутации, второй вход блока сравнения является вторым входом блока коммутации, выход блока памяти является выходом блока коммутации.