Устройство для управления тепловым режимом печи-кристаллизатора сиграна Советский патент 1986 года по МПК F27B9/40 

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, в частности к стекольной, и может быть использовано на заводах строительного и технического стекла для производства изделий из шлако- ситаллов, а также на заводах по производству керамических изделий.

Сущность технического решения касается производства декоративных стеклокристал- лических материалов, окрашенных по объему в оранжево-коричневый цвет и имеющих включения поликристаллических агрегатов неправильной формы, иного цвета, чем основная масса. По своей фактуре этот щлако- ситалл напоминает природные отделочные материалы типа гранита и мрамора, в связи с чем получил название синтетический гранит или сигран.

Конкретно изобретение касается производства сиграна в печах-кристаллизаторах при автоматическом управлении и регулировании процесса его кристаллизации.

Целью изобретения является повышение точности управления и экономия электроэнергии.

На фиг. 1 изображена температурная кривая печи-кристаллизатора; на фиг. 2 - температурная кривая зоны нагрева в момент проталкивания; на фиг. 3 - температурная кривая и кривая изменения подводи- .мой мощности зоны нагрева и выдержки; на фиг. 4 - блок-схема устройства управле- ПИЯ тепловым режимом печи-кристаллизатора сиграна; на фиг. 5 - схема блока управления; на фиг. 6 - схема временного блока.

Для получения качественного сиграна необходимо поддерживать строго заданную температурную кривую, которая по длине печи-кристаллизатора имеет ряд зон: зону нагрева I, зону выдержки II, зону нагрева III, зону кристаллизации IV и зону охлаждения V.

Каждая зона предполагает наличие свое- го устройства управления тепловым режимом печи-кристаллизатора сиграна. Температурная кривая а соответствует установившемуся режиму работы кристаллизатора сиграна, температурная кривая 5 учитывает изменение температуры за счет вноса и уноса тепла в соответствующих зонах, а температурная кривая 6 - изменение температуры за счет цикличности проталкивания. Кривые 2 и показывают распределение мощности источников электроэнергии вдоль печи в уста- повившемся режиме и с учетом перераспределения электроэнергии.

Устройство управления тепловым режимом печи-кристаллизатора сиграна содержит датчик 1 температуры, регулятор 2 температуры, блок 3 управления, временной блок 4 (проталкивания), датчик 5 проталкивания, тиристорный коммутатор 6 и нагревательный элемент 7.

0

j

0

0

5

В качестве датчика 1 температуры используется преобразователь термоэлектрический ТПП-0555, в качестве регулятора 2 температуры - прибор узкопрофильный со световым указателем МВУ 6-К, в качестве датчика 5 проталкивания - конечный выключатель типа БЗК.

Блок 3 управления предназначен для управления тиристорным ком.мутатором 6 нагревательных элементов 7 с целью поддержания заданного температурного режима в определенной зоне печи путем изменения подводимой к нагревательному элементу 7 электроэнергии и состоит (фиг. 5) из понижающего трансформатора 8, выпрямительного моста 9, нуль-органа 10, триггеров 11 - 13, счетчиков 14 и 15 импульсов, инверторов 16-24, схем 25-34 совпадения, схемы ИЛИ 35, усилительного элемента 36, задат- чиков 37-40 соответственно количества импульсов «Норма, «Сдвиг, «Минимум и «Задержка сдвига, диодных оптронов 41 и 42 (остальные элементы имеют вспомога- теьное назначение).

Временной блок 4 (времени проталкивания) предназначен для управления работой блока 3 управления в зависимости от режима проталкивания подвижных поддонов в печь кристаллизации и состоит (фиг. 6) из триггеров 43-46, схем 47-50 совпадения, счетчиков 51-59 импульсов, цифровых кодовых переключателей 60 и 61, выполняющих роль задатчиков времени, и выключателя 62 (остальные элементы имеют вспомогательное назначение).

В качестве тиристорного коммутатора (блок 6) использована типовая схема бесконтактного переключательного устройства, выполненного по схеме встречно-параллельного включения тиристоров, управляемых оптотиристорами.

Применение оптотиристоров позволяет осуществить гальваническую развязку между силовыми цепями и слаботочной цепью блока 3 управления.

Устройство работает следующим образом.

Для получения качественного сиграна необходимо поддерживать строго заданную определенную температурную кривую а , которая соответствует установившемуся режиму работы кристаллизаторов. Специфика работы кристаллизатора заключается в том, что плитки сиграна проходят кристаллизацию на подвижных поддонах, которые с определенным циклом проталкиваются вдоль печи. В момент проталкивания более холодные поддоны зоны с низкой температурой продвигаются в зону более высокой температуры, а поддоны из зоны более высокой температуры - в зоны с меньшей температурой. Это приводит к тому, что на участках подъема температурной кривой а.в зонах I и III в момент проталкивания наблюдается понижение температуры за счет поступления в эти зоны менее прогретых поддонов.

На пологих участках температурной кривой а зоны II и IV и в зоне охлаждения V в момент проталкивания вноснтся дополнительное тепло нагретыми поддонами из предыдущей зоны. В этом случае наблюдается повышение температуры. Этот процесс отражается реальной температурной кривой 5.

Кроме того, цикличность проталкивания приводит к изменениям температурной кривой. Это выражается в появлении пилообразных участков на кривой, т. е. появляются колебания температуры в момент проталкивания, и температурная кривая имеет вид S, например на участке зоны III. Такие пилообразные колебания кривой в объясняются также тем, что сигнал изменения темпера- туры датчика 1 подается через время задержки, связанное с его инерционностью.

Поэтому, если в момент очередного проталкивания в зоны нагрева I и III температурной кривой относительно установившегося режима подать дополнительное количест- во энергии, компенсирующее потери тепла за счет вноса менее горячих поддонов, а в зонах III-V подъема температурной кривой 5 снижать приток электроэнергии, то происходит перераспределение энергии из зон II, IV, V в зоны I и III, что при том же расходе энергии может эффективно компенсировать как теплопотери, так и дополнительный внос тепла, и снижение отклонения реальной температурной кривой 5 от заданной а.

Это происходит следующим образом. Сигнал датчика 1 температуры поступает на регулятор 2 температуры, с выхода которого двухпозиционный сигнал «Минимум-максимум поступает на вход блока 3 управления, где в зависимости от значения сигнала температуры в определенной зоне печи проис- ходит изменение задания. Причем в нормальном режиме блок 3 управления обеспечивает одно значение подводимой через тиристор- ный коммутатор 6 к нагревательному элементу 7 мощности, а при минимальности значения температуры в зоне печи проис- ходит увеличение подводимой мощности. При максимальном значении температуры происходит отключение блока 3 управления и тиристорного коммутатора б до снижения температуры к нормальному режиму.

При увеличении времени между проталкиваниями или пропуске одного проталкивания происходит некоторый перегрев в зонах, для устранения чего уменьшают подводимую мощность. В режиме проталкивания с датчика 5 проталкивания на вход временного блока 4 (проталкивания) проходит сигнал «Проталкиваяие, который формирует во временном блоке 4 длительность сигнала «Режим проталкивания и сигнал «Задержка проталкивания, поступающие в блок 3 управления. В последнем происходит изменение задания схем формирования количества синусоид, проходящих через нагревательный элемент 7 в единицу времени. Команда на

включение тиристорного коммутатора 6 формируется в блоке 3 управления.

Блок 3 управления работает следующим образом.

Температурный режим в печи поддерживается нагревательными элементами 7. Количество тепла, выделяемого нагревательным элементом 7, пропорционально подводимой электрической мощности. Напряжение подводимое к нагревательному элементу 7, имеет синусоидальную форму с частотой 50 Гц. Трансформатор 8 понижает это напряжение до уровня сопряжения с микросхемами Выпрямленное выпрямительным мостом 9 пониженное напряжение имеет форму синусоидальных импульсов положительной полярности. Далее начинается подсчет количества импульсов, что равнозначно кусочкам синусоид, подаваемых на тиристорный коммутатор б и далее к нагревательному элементу 7. Условно непрерывная синусоида подаваемого напряжения разбивается на равные участки, содержащие по 100 импульсов. Считая эти импульсы и изменяя количество подаваемых импульсов на нагревательный элемент 7 в интервале длиной в 100 импульсов, можно изменять количество подаваемой электроэнергии.

Подсчет количества подаваемых на нагревательный элемент 7 синусоид в единицу времени осуществляется триггером 11 и счетчиками 14 и 15.

Схема работает в двух основных режимах - установившийся температурный режим в зоне и режим проталкивания.

В установившемся режиме работа блока 3 управления определяется регулятором 2 температуры, который, измеряя сигнал с термоэлектрического преобразователя, формирует двухпозиционный сигнал «Минимум- максимум, поступающий на оптроны 41 и 42. В режиме, когда температура в зоне печи не отступает от нормы, нет ни сигнала «Минимум, ни сигнала «Максимум. Цепи фотодиодов оптронов 41 и 42 разомкнуты. Схема 25 совпадения и инвертор 18 формируют сигнал «Норма, который поступает на один из входов схемы 31 совпадения. Счетчики 14 и 15 осуществляют подсчет импульсов. Количество подаваемых синусоид определяется цифровым задатчиком 37 и может изменяться от О до 100. В начальный момент работы триггеры 12 и 13 находятся в рабочем положении, при котором с выхода триггера 12 через усилительный элемент 16 в тиристорный коммутатор 6 поступает команда на включение нагревательного элемента 7. Как только схема отсчитает в режиме «Норма заданное количество синусоид, на схеме 27 совпадения при отсутствии запрещающих сигналов собираются четыре логические единицы, а на выходе формируется импульс сброса, который по цепи инвертор 19 - схема 31 совпадения - с.хема ИЛИ 35 переключает триггеры 12 и 13. Происходит отключение подаваемой электроэнергии на нагревательный элемент 7. Счетчики 14 и 15 продолжают отсчет импульсов и по окончании сотого импульса сбрасываются в нулевое состояние, а формирователь импульса на элементах 15 и 25 по окончании сотого импульса опять переключает триггеры 12 и 13 в рабочее положение. Электроэнергия начинает поступать на нагревательный элемент 7.

Если температура снижается по какой-то причине в одной из зон печи, то с регулятора 2 температуры на вход диодного оптрона 41 приходит сигнал. Диод оптрона 41 замыкает цепь входа инвертора 17 на корпус. С выхода инвертора 18 идет разрешение на вход схемы 23 совпадения в цепи регулирования количества подавае.мых синусоид в режиме минимума. Одновременно с входа инвертора 17 на входы схем 18 и 30 совпадения в цепях режимов «Проталкивание и «Задержка проталкивания поступает запрет на эти режимы. Счет и дешифрирование количества импульсов аналогичен режиму «Норма и происходит по цепи 14-15-39- -29-21-33. Если количество подаваемых элементарных синусоид в режиме «Нор.ма, например, равно 60 в единицу времени, то в режиме «Минимум можно задать 60- 100. По достижении нормального температурного режима цепь режима «Минимум отключается и опять включается режим «Норма.

Если температура достигает максимума, то сигнал «О с диода оптрона 42 блокирует переключение триггеров 12 и 13 и подача электроэнергии на нагревательный элемент 7 временно прекращается до восстановления нормального режима.

В момент проталкивания поддонов или вагонеток в печь в различных зонах начинает меняться температурный режим. В одних зонах нужно снизить на время переходного процесса количество подаваемой электроэнергии, а в других увеличить. Это осуш,еств- ляется схемой режима «Прота.ткивание, состоящей из задатчика 38, схемы 28 совпадения, инверторов 20 и 24, схемы 32 совпадения. В момент проталкивания с временного блока 4 на вход инвертора 24 приходит сигнал «Проталкивание, который включает цепь режима «Проталкивание и блокирует цепь режима «Норма. Если в момент проталкивания требуется увеличить приток электроэнергии на нагревательный элемент 7, то задатчик 38 ставится в положение, например, 70-80. По окончании переходного процесса режим «Проталкивание отключается с временного блока 4. Если требуется снижение мощности, то задатчик 38 ставится в положение 40-30. Одна и та же схе.ма применяется для разных зон температурной кривой и может компенсировать дополни0

0

5

тельный внос или унос тепла в момент проталкивания. Это позволяет осуществлять перераспределение электроэнергии и тепла внутри печи и стабилизировать температур- 5 пую кривую.

Режим «Задержка проталкивания определяется сигналом «Задержка проталкивания с временного блока 4 и осуществляется цепью задатчик 40 - схема 30 совпадения - инверторы 22 и 23 - схема 34 совпадения.

В этом режиме с помощью задатчика 40 осуществляется снижение расхода электроэнергии, подаваемой на нагревательный элемент 7, относительно режима «Норма. 5Все режимы включаются, отключаются

и блокируют друг друга автоматически и позволяют в большом диапазоне от О до 100% регулировать мощность, подаваемую на нагревательный элемент 7.

Временной блок 4 проталкивания работает следующим образом.

В исходном состоянии триггеры 43, 44 и 45, 46 находятся в таком положении, что нулевые сигналы «Проталкивание и «Задержка проталкивания отсутствуют. Выключатель 62 должен быть замкнут. Он размыкается лишь в процессе наладки и вывода печи на режим. С приходом сигнала «О с датчика 5 проталкивания триггеры 43 и 44 переключаются, формируя сигнал «Проталкивание, который поступает в блок 3. Одновременно дается разрешение на счет счетчикам 51-54. Так как сигнал с датчика 5 имеет форму кратковременного импульса, то он в момент проталкивания сбрасывает в нулевое состояние и счетчики 56-59, а потом дает разрешение им на счет. Счет времени осуществляется путем пересчета частоты 50 Гц, поступающей с блока 3.

Задатчики 60 и 61 времени дешифрируют состояния счетчиков 53 и 54 и по окончании заданного времени схема 50 совпадения

0 формирует импульс сброса, который приводит схему формирования сигнала «Проталкивание в исходное состояние. Сигнал «Проталкивание в блоке 3 изменяет количество синусоид, подаваемых на нагревательный элемент 17, либо в сторону уменьщения, либо в сторону увеличения в зависимости от того, в какую зону происходит внос или унос тепла. Длительность сигнала «Проталкивание в разных зонах может быть разной. После окончания сигнала «Проталкивание, компенсирующего изменение теплового режима в момент проталкивания, схема блока 3 приходит в состояние, определяемое регулятором 2 температуры. В случае, если по технологическим причинам происходит задержка проталкивания, что означает, например,

5 пропуск одного или двух проталкиваний, временной блок 4 формирует сигнал «Задержка проталкивания. Этот сигнал формируется по цепи счетчики 55-59 - схема 49

0

совпадения - триггеры 45 и 46. Счетчики осуществляют пересчет частоты 10 Гц с выхода схемы 47 совпадения, и через время больше одного или двух циклов проталкивания на выходе схемы 49 совпадения формируется импульс, который переключает триггеры 45 и 46. Если очередное проталкивание осуществляется вовремя, то импульс с датчика 5 проталкивания сбрасывает счетчики в нулевое состояние и переключает триггеры 45 и 46 в исходное состояние. Отсчет времени между проталкиваниями начинается снова. Сигнал «Задержка проталкивания в блоке 3 управления изменяет коли

чество синусоид, подаваемых на нагревательный элемент 7, в сторону уменьшения. Устройство обеспечивает широкий диапазон регулирования температуры в каждой зоне печи, стабилизацию теплового режима печи кристаллизатора в режиме проталкивания, экономию электроэнергии за счет перераспределения электрической мощности из зон выдержки и охлаждения в зоны нагрева и за счет снижения подаваемой мощности в режиме задержки проталкивания, повышает качество выпускаемых изделий за счет более точного поддержания температурной кривой.

f-

(риг.г

Фиг.З

0 0

/

ФигЛ

В блок f

С регулятора, г

Сблока