Цифровое устройство формирования переходных режимов в вентильном электроприводе машины непрерывного литья Советский патент 1990 года по МПК B22D11/16 

Изобретение относится к литейному производству, а именно к непрерывному литью металлов и сплавов, и может быть использовано для управления вентильными электроприводами постоянного тока машины непрерывного литья горизонтального и вертикального типов.

I

Целью изобретения является повышение качества непрерывно-литых заготовок и стабильности технологического процесса путем формирования переходных режимов в вентильном электроприводе механизма вытягивания в начальной стадии разливки металла.

На фиг. 1 представлена блок-схема цифрового устройства формирования переходных режимов в вентильном электроприводе машины непрерывного литья; на фиг. 2 и 3 - алгоритмы организации переходных режимов; на фиг. 4 - временные диаграммы работы программируемого таймераJ на фиг. 5 - временные диаграммы работы блока переходных режимов, частоты вращения двигателя и перемещения слитка} на фиг. 6 и 7 - временные диаграммы работы системы управления преобразователем.

Цифровой устройство формирования переходных режимов (фиг, 1) содержит

сд

;& ел

программируемый таймер 1, канал дан- нык DO-D7 которого подсоединен к шине данных микроЭВМ 2, к которой подсоединен также блок 3 задания, входы РО и Р1 управления программируемого таймера 1 объединены в общую точку с инверсным входом логического элемента ЗАПРЕТ 4 и подсоединены к выходу RS-триггера 5, S-вход которого через кнопочный выключатель 6 подсоединен к источнику напряжения 7, R-вход RS-триггера 5 и второй вход логического элемента И-НЕ В объединены в общую точку и подсоединены к вьпкоду Вых.О программируемого таймера 1, Первый вход логического элемента И-НЕ 8 объединен в общую точку с входом Т-триггера 9 и подсоединен к выходу Вых.Г программируемого таймера 1, Выход логического элемента И-НЕ 8 подсоединен к входу запроса на прерывание микроЭВМ 2. выход Т-триггера 9 подсоединен к второму входу логического элемента ИЛИ 10, к первому входу которого подсоединен выход логического элемента ЗАПРЕТ 4, прямой вход которого подсоединен к выходу блока 3 задания,. . Выход логического элемента .ИЛИ 10 подсоединен к объединенным в об1Г1ую точку первым входам логических элементов И 11 и ЗАПРЕТ 12,, вторые входы которых подсоединены к выходу формирователя 13 импульсов, куда также подсоединены первые входы логических элементов И.ПИ 14 и 15, своим входом формирователь 13 импульсов подсоединен к выходу Вых.2 программируемого тайт-iepa 1 . Третьи входы логических элементов И 11 и .ЗАПРЕТ 1.2 подсоединены к выходу компаратора 16, куда также подсоединены nepBbfe входы логических элементов И 17 и НЕ 18, а также прямой вход логического элемента ЗАПРЕТ 19 и инве-рсный вход логического элемента ЗАПРЕТ 20. Входы компаратора 16 через трансформатор. 21 подсоединены к силовым шинам электропитания, выход логического элемента ЙПИ 14 подсоединен к второму входу логического элемента И 17, вы-- ход которого подсоединен к инверсному входу логического элемента ЗАПРЕТ 19 и, к второму входу логического элемента ИЛИ 14. Выход логического элемента ИПИ 15 подсоединен к прямому входу логического элемента ЗАПРЕТ 20, выход которого подсоединен к вторым входам ло0

5

0

5

гических элементов 1-ШИ 15 и ИЛИ-НЕ 18. Выходы логических элементов ИЖ-НЕ 18 и ЗАПРЕТ 19 через логический элемент ИПИ 22 подсоединен к Р2-вхог(у программируемого таймера 1, к ТИ2-входу которого подключен выход генератора 23 тактовых импульсов и вход делителя 24 частоты, выход делителя 24 частоты подсоединен к ТИО- и ТИ1-входам программируемого таймера 1. Выход логического элемента И 11 через Лорми- рователи 25 и 26 подсоединен к управ- ляюп1им электродам тиристоров первой диагонали преобразователя 27. Выход логического элемента ЗАПРЕТ 12 через формирователи 28 и 29 подсоединен к управляющим электродам тиристоров второй диагонали преобразователя 27, вход которого подсоединен к силовым шинам электропитания, а выход - к электродвигателю 30.

Устройство работает следующим образом-.

Ло начала разливки в память микро- ЭВМ 2 записываются числа А -А . Р, -Р, .

А,-А, С и П,-Л„. Числа А,-А „и В(-Т5.

о

для

1

данного конкретного сочетания марки и сортамента определяют временные

интервалы вытягивания t

81-

БП

И пауз

00

1.1 переходного режима. Технологическая пауза (время после нажатия кнопочного выключателя до мо- мента начала вытягивания, обычно доли секунды) необходима для перевода Т-триггера 9 из одного устойчивого состояния в другое. Формирование временных интервалов производится в таймере и кратно периоду следования тактовых импульсов XI

А. - 61

ти

в : 01

KiT,

0

5

где Г

К

.длительности интервалов вытягивания и остановок в i-M цикле соответственно; коэффициент деления делителя 24 частоты| период следования импульсов на выходе генератора тактовых импульсов .

Число С соответствует, временному интервалу длительности переходного режима и может быть определено как

ТЦ

с |,(Ai + Bi).

При определении длительности переходного режима С не учитывается технологическая пауза Kg, что необходимо для передачи управления от блоков переходных режимов к блоку задания в течение паузы В.

Вытягивание заготовки из кристаллизатора производится механизмом вытягивания, приводимым в движение двигателем 30 постоянного тока. Скорость вытягивания V связана с угловой скоростью двигателя S7 выражением

V ,

где К - коэффициент пропорциональности, определяемый передаточным числом редуктора и диаметром тянущих валков. . Скорость вытягивания заготовки оределяется углом управления преобразователя

V KgCosoC ,

где К 2 - коэффициент пропорциональности.

Чем больше угол управления, тем меньше скорость вытягивания заготовки. Числа этом выбираются из условия

arccos (У;/КЗ) . ,. -

- ти

где V. - скорость вытягивания заготовки в i-M цикле; U) - частота питающей сети. R соответствии с алгоритмом, приведенном на фиг. 2, производится запись в таймер 1.управляющих .слов (УС) 0, первого и второго каналов, в соответствии с которыми все три канала таймера подготовлены к работ во втором режиме. Затем в 0 канал таймера 1 производится побайтная запись числа С, а адресу перехода N присваивается нулевое значение. Нулевое значение начального адреса, равно как и приращение адреса на единицу при поступлении сигнала на запрос прерывания, в алгоритмах (фиг. 2 и 3) приняты условными. Пе реход по адресу К О приводит к . выборке из ячеек памяти числа Вр, которое записывается в 1 канал программируемого таймера 1. Однако отчет чисел С и Е g в 0 и первого каналах таймера 1 не производится до тех

10

595624

пор, пока на входах управления РО и Р1 присутствует сигнал, соответству- ювщй уровню логического нуля (см. временные диаграммы работы таймера во втором режиме, фиг. 4), который соответствует состоянию RS-тригге- ра 5. В исходном состоянии Т-тригге- ра 9 его выходное напряжение также соответствует уровню логического нуля.

При нажатии кнопочного выключателя 6 на S-входе RS-триггера 5 появляется напряжение 11 (фиг. 5а), по 15 фронту которого он переходит во второе устойчивое состояние, при котором напряжение на его выходе соответствует уровню логической единицы (фиг. 56). Присутствие логической единицы на РО- и Р1-входах программируемого таймера 1 приводит к отсчету в его каналах ранее записанного со20

держимого В и С. Одновременное присутствие логической единицы на ин5 версном входе логического элемента ЗАПРЕТ 4 запрещает прохождение через него сигналов от блока 3 задания к логическим элементам И 11 и ЗАПРЕТ 12. При отсчете числа В, в 1 канале

0 таймера 1 при ,т на выходе Вых.1 происходит изменение на- пряжения с уровня логического нуля до уровня логической единицы (фиг.5в). По фронту напряжения поступа, ющему на вход Т-триггерр. 9, последний изменяет свое состояние и напряжение на его выходе становится равным уровню логической единицы 115(фиг.5г). Поступление этого же сигнала через логический элемент И-HR 8 на вход запроса на прерывания микроЭВМ 2 вызывает в соответствии с алгоритмом (фиг. 2) увеличение номера адреса N на единицу. Переход по новому (N 1) адресу приводит к выборке из ячеек памяти чисел А, и .. кото0

5

ч 1

рые записываются соответственно в первый и второй каналы программиру- .емого таймера 1. Присутствие сигна0 ла, соответствуюп(его уровню логической единицы на первых входах логических элементов И 11 и ЗАПРЕТ 12, разрешает прохождение импульсов управления от системы управления, построенс ной на 2 канала таймера 1, к преобразователю 27.

В момент перехода напряжения Uj, на выходе трансформатора 21 через нуль (фиг. 6а) на выходе компаратора

16 изменяется напряжение U, -с уровня логического нуля до уровня логической единицы и наоборот (фиг. 66), Появление логической единицы на выходе компаратора 16 приводит к появлению такого же сигнала U на выход логического элемента ЗАПРЕТ 19 (фиг. 6в), Если же на вькопе компаратора 16 напряжение соответствует уровню логического нуля, то на выходе логического элемента ИЛИ-НЕ 18 формируется логическая единица U (фиг, бе). Сигналы U и с выходов логических элементов ИЛИ-НЕ 18 и ЗАПРЕТ 19 через логический элемент ИЛИ 22 (фиг. 7а) поступают на Р2-вхол таймера 1. Далее с приходом каждого тактируюо;его импульса .от генератора 23 тактовых импульсов на вход синхронизацрш Т

Н2

ранее записанное содержимое D уменьшается на единицу. По окончании счета, когда содержимое таймера .становится ракым нулю, при t П Т-.|, сигнал и-а выходе Вьгх,2 та гмера из состояния логического нуля переходит в состояние логической единихцз (фиг, 76).

По фронту сигнала Ug;, формирователь 13 импульсов формирует импульс и ,,j длительностью, необходимой для отпирания вентилей преобразователя 27 (фиг. 7в), С выхода формирователя 13 сигнал поступает на вторые входы логических элементов И 11 и ЗАПРЕТ 12 и на первые входы логических элементов ЕПИ 14 и 15. Через логический элемент ИЛИ 14 этот сигнал поступает на второй вход элемента И 17, а чере ИЛИ 15 - на прямой вход логического элемента 20. Совпадение на входах логического элемента И 17 двух на- япяжений И и и, приводит k появлению на его выходе логической единицы 11, (фиг, 6д) . Наличие этого сигнала приводит к запрету прохождения сигнала от компаратора 16 через логический элемент ЗАПРЕТ 19, на Р2-ВХОД таймера 1. Установка на Р2-вхо де таймера 1 логического нуля запрещает рабо ту этого канала таймера 1 . Аналогично формируется временной интервал для счета таймера во время .действия на выходе трансформатора 21 -отрицательной полуволны питающего напряжения. Нормирование этого интервала производится логическими э.лемеР тами 15, 18 и 20 (временные диагрлммы

на сЬиг, бе.,

А%

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

Таким образом, логическая единица присутствует на Р2-входе таймера 1 только во время счета (фиг. 7а).

При условии, что на первых входах логических элементов И 11 и ЗАПРЕТ 12 напряжение соответствует уровню лопгческой единицы, интервалы вытягивания слитка, распределение импульсов управления между тиристорами преобра- .зователя 27 происходит следующим образом. Наличие на выходе компаратора 16 напряжения, соответствующего уровню логической единицы, поступающего на третьи входы элементов И 11 и ЗАПРЕТ 12, разрешает прохожпение импульсов управления U (фиг .7в) через логический элемент И 11 и запрещает их прохождение через элемент ЗАПРЕТ 12 (фиг. 7г), Напряжение логического нуля на выходе компаратора 16 разрешает прохождение импульсов управления через логический элемент ЗАПРЕТ 12 и запре цает через логический элемент И 11 (фиг, 7д),

Таким образом, на выходе логических элементов И 11 и ЗАПРЕТ 12 формируются две системы импульсов, сдвинутых друг относительно друга на 180 эл.град. (фиг. 7г, д). Выходные каскады 25, 26 и 28, 29 осуществляют усиление импульсов управления и придание им оптимальной формы/ На фиг. 7е приведена кривая выпрямленного напряжения IIj-. которое прик.ладывает- ся к двигателю 30, Указанная кривая соответствует начальному содержимому П второго канала таймера 1, Напряжение .27 приложенное к двигателю 30, приводит его во вращение (фиг.5е)5 в результате чего ос лцествляется вытягивание заготовки (фиг. 5ж).

По окончанию отсчета число А, в первом канале таймера 1 на его выходе Вых.1 происходит изменение напряжения с уровня логического нуля до уровня логической единицы (фиг.5в). Как и в предыдущем случае по фронту напряжения 4g,, , -триггер 9 изменяет свое cocTi:iHHiip, на его выходе устанавливается логический нуль, а адрес перехода опять изменяется на единицу и становится равным N 2, Уровень логического нуля на выходе Т-триггера 9, присутствуя на первых входах логических плементов И 11 и ЗАПРЕТ 12, зап 1ещлгт прохождение импульсов управлс нля .1т системы управления к пре г пя- спзлтелю. Напряжение IJj на выходе преобразователя 27 становится равным нулю и двигател останавливается. Переход по адресу N 2 приводит к выборке из ячеек памяти числа Р., которое записывается в первый канал таймера 1. В результате отсчета числа В формируется интервал паузы , в течение которого происходит кристаллизация очередного участка заготовки.

Далее процессы повторяются и производится поочередная загрузка в

каналы таймера чисел А , Ви D;.

В результате этого происходит форми- 15 рование переходного режима в вентиль.- ном электроприводе мгщины непрерывного литья по заданному закону (изменение в определенной последовательности интервалов вытягивания пауз и 20 угловой скорости двигателя).

По истечении времени t СК ,Т , когда содержимое С нулевого канала таймера 1 становится равным нулю, на его выходе Вых.О формируется строб 25 (фиг о 5д). Этот сигнал поступает на R-вход RS-триггера 5 и переводит его в исходное состояние, при котором выходное напряжение триггера 5 становится равным нулю. Поступление это- 30 го же сигнала через элемент Pi-HR 8 на вход запроса на прерывание микро- ЭВМ 2 изменяет адрес перехода, который становится равным N К + 1 (фиг. 2), Переход по адресу К + 1 приводит к нулевому значению адреса и загрузке в первый канал таймера 1 числа В . Однако отсчет чисел В , и G не происходит, так как на РО и Pi- входах таймера 1 напряжение соответствует уровню логического нуля. Таким образом, устройство подготовлено к формированию нового переходного режима.

I

Присутствие логического нуля на

инверсном входе элемента 3№РЕТ 4 разрешает прохождение импульсов от блока 3 задания, в котором произво35

40

45

При стабилизации таких технологи ческих параметров как температура расплава, теплообмен между заготовкой и кристаллизатором и других во можна самостоятельная (без блока з дания) работа предлагаемого устройства по формированию переходных и установившихся режимов. Для этого необходимо отключить РО-вход и выход Вых.О нулевого канала таймера от остальных элементов схемы, а организацию программной части микроЭВ 2 произвести в соответствии с алгоритмом, приведенным на Фиг. 3. В эт случае после формирования переходно го режима происходит организация ци ла, в результате которого интервалы вытягивания и пауз, а также скорост вытягивания заготовки при установив шемся процессе буду т соответствоват числам Л, В р, и П .

Использование цифрового устройства для формирования переходных ре жгоюв в вентильном электроприводе мапгины непрерывного литья обеспечив ет высокое качество непрерывно-литы заготовок и стабильность технологич кого процесса в начальной стадии ра ливки. Особо важное значение это им ет для полунепрерывного вертикально способа разливки, поскольку процесс производства каждой заготовки имеет начальную стадию.

Максимальное значение содержимог каждого канала таймера в шестнадцатиричном коде составляет FFFF, что соответствует числу 65535 в десятир

дится формирование временных интерва- „ ном коде. Таким образом, при формилов вытягивания и пауз при установившемся режиме технологического процесса. Интервалу вытягивания должно соответствовать напряжение логической единицы на выходе блока 3 задания, а интервалу паузы - логического нуля. Скорость вытягивания заготовки при этом будет равна скорости вытягивания в последнем цикле переходного

55

ровании переходного процесса длительностью 0,5...5 мин дискретность счета, а следовательно, и точность задания временных интервалов может достигать О,00046...О,0046 с.

Формула изобретения

1. Цифровое устройство формирования переходных режимов в вентильрежима, нием

которая определяется выражеVH

СОВЫРпТти

к.

, JQ

15 20

25 30

5

0

5

В случае необходимости значение скорости вытягивания заготовки может быть изменено оператор-ом либо оно может изменяться автоматически посредством действия регуляторов и обратных связей.

При стабилизации таких технологических параметров как температура расплава, теплообмен между заготовкой и кристаллизатором и других возможна самостоятельная (без блока задания) работа предлагаемого устройства по формированию переходных и установившихся режимов. Для этого необходимо отключить РО-вход и выход Вых.О нулевого канала таймера 1 от остальных элементов схемы, а организацию программной части микроЭВМ 2 произвести в соответствии с алгоритмом, приведенным на Фиг. 3. В этом случае после формирования переходного режима происходит организация цикла, в результате которого интервалы вытягивания и пауз, а также скорость вытягивания заготовки при установившемся процессе буду т соответствовать числам Л, В р, и П .

Использование цифрового устройства для формирования переходных ре- жгоюв в вентильном электроприводе мапгины непрерывного литья обеспечивает высокое качество непрерывно-литых заготовок и стабильность технологического процесса в начальной стадии разливки. Особо важное значение это имеет для полунепрерывного вертикального способа разливки, поскольку процесс производства каждой заготовки имеет начальную стадию.

Максимальное значение содержимого каждого канала таймера в шестнадцатиричном коде составляет FFFF, что соответствует числу 65535 в десятирич

ровании переходного процесса длительностью 0,5...5 мин дискретность счета, а следовательно, и точность задания временных интервалов может достигать О,00046...О,0046 с.

Формула изобретения

1. Цифровое устройство формирования переходных режимов в вентильном электроприводе машины непрерывного литья,содержащее двигатель механизма вытягивания, вентильный преобразователь с блоком угфавления и выходными каскада1.1И,, генератор тактовых импульсов, блок Зсщания и блок режима работы, отличающее- с я тем, что, с целью повьппения качества непрерывно-литых заготовок и стабильности технологического процесса путем формирования переходньж режимов в вентильном электроприводе механизма вытягивания в начальной стадии разливки металла, снабжено микроэвм и программируемым таймером, блоком переходных режимов и блоком управления преобразователем, причем канал данных программируемого таймера подсоединен к шине данных микро- ЭВМ, вход блока переходных режимов подсоединен к выходу блока задания, подсоединенного к микроЭВМ, первый выход блока переходных режимов подсоединен к отдельному входу микроЭВМ а его второй выход подсоединен к первому входу блока режимд работы, к остальным входам которого подсоединены выходы блока управления преобразователем, вход которого подсоеди- нен к силовым шинам электропитания, каж,дьш вьгход блока режима работы через отдельный выходной каскад подсоединен к управляющему входу вентильного преобразователя, выход которого подсоединен к электродвигателю, а вход к силовым шинам электропитания выход генератора тактовых импульсо подсоединен к входам синхронизации программируемого таймера,

2, Устройство по п, 1,.о т л и- чающееся тем, что, с целью фpp шpoвaния заданной последовательности временных интервалов, блок переходных режимов снабжен источни- ком напряжения, кнопочным выключателем, RS-триггером, Т-триггером и ло- гическш-га элементами ГОШ, И-НЕ, ЗАПРЕТ,- причем выход источника напряжения через кнопочный выключатель подсоединен к S-входу RS-триггера, вых:од RS-триггера подсоединен к РО- и Р1-входам управления программируемого таймера и к инверсному входу логического элемента ЗАПРЕТ, прямой вход которого подсоединен к выходу блока задания, выход логического эл . мента ЗАПРЕТ подсоединен к первому входу логического элемента ИЛИ, к

Qj Q 5 о 0

5

5второму входу которого подсоединен выход Т-триггера, выход логического элемента ИЛИ подсоединен к первому входу блока режима работы, вход Т-триггера объединен в общую точку с первым входом логического элемента И-НЕ и подсоединен к выходу Вьгх.1 програм 1ируемого таймера, выход Вых.О которого подсоединен к R-BXO- ду RS-триггера и к второму входу логического элемента И-НЕ, выход которого подсоединен к входу микроЭВМ. .3. Устройство по п. 1, о т л и- чающееся тем, что, с целью дюрмирования заданной пос.ледователь- ности частот вращения двигателя механизма вытягивания, блок управления преобразователем снабжен трансформатором, компаратором, логическими эле- -ментами И, ЗАПРЕТ. 1СГЖ, ИЛИ-НЕ и формирователем импульсов, причем входы компаратора через трансформатор подсоединены к силовым шинам электропитания, а выход компаратора подсоединен к объединенным в общую точку первым входам логических элементов И, ИЛИ-НЕ5 прямому входу первого логического элемента. ЗАПРЕТ и инверсному входу второго логического элемента ЗАПРЕТ, а также к третьему входу блока режима работы, к второму входу которого через Формирователь импульсов подсоединен выход Вых.2 программируемого таймера и первые входы первого и второго логических элементов ИЛИ, второй вход первого логического элемента ИЛИ объединен с инверсным входом первого логического элемента ЗАПРЕТ в обио ю точку и подсоединен к выходу логического элемента И, второй вход которого подсоединен к выходу первого логического элемента ИЛИ, выход второго логического элемента Ш1И подсоединен к пря-. мому входу второго логического элемента ЗАПРЕТ, выход которого подсоединен к объединенным в общую точку вторым входам второго логического элемента и логического элемента ItOTI-HE, выходы первого логического элемента ЗАПРЕТ и логического элемента ИЛИ-НЕ через третий логический; элемент ИШ пог.соединен к Р2-входу программируемог о таймера.

I

4. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е с я

1, что, с целью

распределения- импульсов управления

между управляюпщми входами преобразователя, блок режима работы выполнен в виде двух логических элементов И, причем первые их входы объединены в точку и подсоединены к выходу блока переходных режимов, вторые входы объединены в общую точку и подсоединены к выходу Формирователя импульсов, третьи входы ло- гических элементов также объединены

в общую точку и подсоединены к выходу компаратора,

5. Устройство по п. 1, о т л и- чающееся тем, что, с целью формирования временных интервалов заданной длительности, входы синхронизации ТиО и Ти1 программируемого таймера подсоединены к выходу генератора тактовых импульсов через делитель частоты.

Изобретение относится к литейному производству, а именно к непрерывному литью металлов и сплавов и может быть использовано для управления машинами непрерывного литья горизонтального и вертикального типов, содержащих механизм вытягивания с электроприводом и преобразователь электрической энергии. Цель изобретения - повышение качества непрерывно-литых заготовок и стабильности технологического процесса путем формирования переходных режимов в вентильном электропроводе механизма вытягивания в начальной стадии разливки металла. Цель достигается путем изменения интервалов вытягивания и пауз и скорости вытягивания в начале процесса литья с постепенным приближением к режиму вытягивания заготовки, характерной для установившегося режима. 4 з.п. ф-лы, 7 ил.

/Запис в понять I чисгл: АГ-ЛЩ I

IBn-Sn i Ct Di-Sn I Ч/

/Записб S moilfKf I УС Ф канала I (Zpe/KUM) I

i/

/Запись 8 таЧнер I УС 1 канала / () I

/Запись Smat/Hep I УС г tcow/ia I (ipefKuft) I

i

/Записи S Ф канал I Imaiinep vac/ia I IfI

fЗапас t аанитб vitce : 4,-Aft I

1В,-8п} В,-Пв I

/Залип I matlfite 7 tc 1 опала I (ZpefUH} I

.

/Sanaa t ma ante 7 УС г f внеflu / (ZftKVH) /

Режип 2

ФигЛ

и

Zl

и

8olx2

и

/3

8

и

ff 2

Uf2 д

%

е

V

Фиг. 7