Регулятор электрического режима руднотермической печи Советский патент 1991 года по МПК H05B7/148 

Изобретение относится к электротермии, конкретнее - к автоматическим регуляторам электрического режима руднотермических электропечей.

Цель изобретения - увеличение производительности печи путем повышения качества управления.

На чертеже представлена блок-схема регулятора электрического режима рудно- термической печи.

В блок-схеме к руднотермунеекой печи 1 подключены датчик 2 тока и датчик 3 напряжения, вы-ход датчика 2 тока соединен с входом первого порогового блока 4 сравнения, второй вход которого соединен с выходом первого блока 5 задания, а первый выход - с первым входом первого операционного усилителя 6. Выход усилителя 6 через регулятор 7 тока соединен с входом исполнительного механизма 8 перемещения электрода, выход датчика 3 напряжения соединен с первым входом первого блока 9 сравнения, второй вход которого соединен

с выходом второго блока 10 задания, а выход -через первый фильтр 11 - с первым входом первого сумматора 12. Второй вход сумматора 12,соединен с первым выходом блока операционных усилителей 13 коррекции Вход блока 13 соединен с выходом блока 14 вычитания, второй вход которого соединен с вторым выходом первого порогового опока 4 сравнения. Первый выход первого сумматора 12 через второй фильтр 15 соединен с первым входом второго сумматора 16, второй выход-с первым входом второго порогового блока 17 сравнения, а третий выход - с первым входом второго операционного усилителя 18. Второй вход второго сумматора 16 соединен с вторым выходом блока операционных усилителей 13 коррекции. Первый выход второго сумматора 16 через третий фильтр 19 соединен с вторым входом блока 14 вычитания,второй выход - с первым входом третьего порогового блока 20, а третий выход - с вторым входом второго операционного усилителя

сл

С

о ю о ю

CJ

18. Выход второго операционного усилителя 18 соединен с первым входом второго блока .21 сравнения, второй вход которого соединен с третьим выходом первого поро- гового блока 4 сравнения, а выход - с вторым входом первого операционного усилителя 6. Второй вход второго порогового блока 17 сравнения соединен с выходом третьего блока 22 задания, а выход - с первым входом третьего сумматора 23. Второй вход третьего порогового блока 20 соединен с выходом четвертого блока 24 задания, а выход - с вторым входом третьего сумматора 23, выход которого соединен с входом регулятора 25 переключения ступеней напряжения.

Руднотермическая печь является динамическим объектом. Ее передаточная функция представляет собой инерционное апериодическое звено третьего порядка, Инерционность приводов, схем измерения и короткой сети можно не учитывать вследствие малости соответствующих постоянных времени электропечи. Тогда передаточную функцию печи можно представить следующим образом:

К

W(p)

(D

U1P+1J(T2P +W3P + 1)

где К - коэффициент усиления по току, кА/В;

TI, Та, Тз- постоянные времени печи, с, Управление электрическим режимом руднотермической печи только лишь по выходной переменной (по току электрода) не обеспечивает требуемого качества управления, вследствие отсутствия информации о динамике печи, т.е. о сигналах, пропорциональных первой и второй производным по отношению тока электрода от заданного (опорного) значения. Эти сигналы можно выделить, не прибегая к дифференцированию по времени отклонения тока электрода, что является труднореализуемой задачей. Для этого достаточно реализовать передаточную функцию (1) в виде трех апериодических звеньев первого порядка, например, в виде последовательного соединения трех RC- или RL-фильтров с постоянными времени, равными постоянным времени печи TI, Т2, Тз. Выбором соответствующих номинальных значений пассивных элементов каждого из фильтров можно точно реализовать передаточную функцию печи (1). Вход- ным сигналом для фильтров является электрический управляющий сигнал по переключению ступеней напряжения печного трансформатора. ЕЗыходным сигналом фильтров является прогнозируемое значение отклонения тока электрода Л Пр. Чтобы

сигналы, пропорциональные первой и второй производным по отклонению тока электрода от заданного значения, полученные с выходов фильтров, соответствовали реальным параметрам печи при действии возмущений, устройство определяет разность между измеренным отклонением тока электрода А I и прогнозируемым с помощью блока фильтров отклонением Л Пр, т.е. ев

0 Д I-A 1пр.

Сигнал, пропорциональный разности Ј, содержит информацию о возмущениях в печи. Этот сигнал складывается в сумматорах. В результате такой операции выходные

5 сигналы с сумматоров оказываются пропор- циональными сигналам первой и второй производных по отклонению тока Д т.е.Д I и Д I .

Регулятор электрического режима рабо0 тает следующим образом. Если ток электрода э находится в заданном диапазоне номинальных значений, система управления отрабатывает возмущения аналогично регуляторам типа АРР-1. В этом случае сиг5 нал рассогласования по току Д1 1Э - зэд. поступает на вход операционного усилителя 6, где усиливается по мощности, и далее подается в регулятор тока 7. Этот регулятор перемещает электрод печи в ту или иную

0 сторону в зависимости от знака I, Перемещение электрода осуществляется с целью компенсации ДI путем воздействия на электрод исполнительного механизма перемещения электрода 8.

5 При этом, если отклонение тока ДI имеет высшие производные ДI иД I , не выходя щие за пределы N1, N2, на выходе третьего сумматора 23 управляющий сигнал коррекции по напряжению отсутствует.

0 Электрические сигналы, пропорциональные Д l и Д, формируются на выходах первого 12 и второго 16 сумматоров. Так как отклонения ДI незначительны, то на выходе фильтров, в частности фильтра 19, прогно5 зируемый сигнал отклонения тока . отличается от измеренного значения Д незначительно.

Разность отклонений Ј Д1 -Д 1Пр.

и с блока 14 вычитания поступает на первый и второй сумматоры 12 и 16. Масштабирование сигналов Ј по каждому из каналов выбирают, исходя из требования обеспечения устойчивости контура коррекции по напряжению. С блока 14 вычитания поступает электрический сигнал низкого уровня. Соответственно с сумматоров 12 и 16 также снимается сигнал низкого уровня, второй и третий пороговые блоки 17 и 20 сравнения

5

не срабатывают, и инициативный сигнал на регулятор 25 переключения ступеней напряжения не поступает. Аналогичные сигналы не поступают также на регулятор 6 тока, так как на блок 21 совпадения поступает сигнал запрета с первого порогового блока 4 сравнения.

Если возмущение имеет значительную величину, или значительна его интенсивность, то в обычном регуляторе требуется значительное время, чтобы его компенсировать. Данный регулятор в данном случае работает следующим образом.

При А I Л 13ад. срабатывает первый пороговый блок 4 сравнения, который своим выходным сигналом инициирует блок 21 совпадения. В этом случае на регулятор тока уже поступает регулируемый сигналА о, пропорциональный сумме:

Alo Ki Д1 + К2Д l +КзД

где Ki, K2, Кз - масштабные коэффициенты операционных усилителей б и 18 по соответствующим токовым каналам;

А I , Д Iй- электрические сигналы, пропорциональные первой и второй производ- ным по отклонению тока электрода.

Сигнал А ( формируется на выходе сумматора 16, а сигнал А I1 на выходе сумматора 12.

Таким образом, при действии возмуще- ний высокого уровня регулируемым параметром является сигнал А 0. Следовательно, регулятор 7 тока и соответственно исполнительный механизм переме: щения электрода 8 реагируют на сигнал более высокого уровня, нежели сигнал KiA I.

. Одновременно с компенсацией возмущений по току осуществляется компенсация по напряжению. Если сигналы А1 и A г1 превышают допустимые уровни, срабатывают второй и третий пороговые блоки 17, 20 сравнения (или один из них в зависимости от уровня А I и АI). На выходе сумматора 23 формируется управляющий сигнал на сброс или повышение питающего напряжения с помощью регулятора 25 переключения ступеней напряжения печного трансформатора, причем количество ступеней напряже- ния или величину ± A U выбирают в зависимости от уровня инициативного сигнала с третьего сумматора 23 с целью компенсации A t0.

Таким образом, включение логического контура регулирования по напряжению в зависимости от сигналов Д и АI обеспечивает более высокое быстродействие регулятора по сравнению с известными, а регулирование по обобщенному параметру

Д10 обеспечивает более высокое качество (минимум ошибки регулирования).

Формула изобретения Регулятор электрического режима руд- нотермической печи, содержащий датчик тока, выход которого соединен с первым входом первого порогового блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом первого блока задания, а первый выход

-с первым входом первого операционного усилителя, выход которого через регулятор тока соединен с входом- исполнительного механизма перемещения электрода, датчик напряжения, выход которого соединен с первым входом первого блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом второго блока задания, и регулятор переключения ступеней напряжения, отличающийся тем, что, с целью увеличения производительности печи путем повышения качества управления, он дополнительно содержит третий и четвертый блоки задания, три фильтра, три сумматора, второй операционный усилитель, второй блок сравнения, второй и третий пороговые блоки сравнения, блок операционных усилителей коррект ции и блок вычитания, первый вход которого соединен с вторым выходом первого порогового блока сравнения, а выход - с входом блока операционных усилителей коррекции, выход первого блока сравнения через первый фильтр соединен с первым входом первого сумматора, второй вход которого соединен с первым выходом блока операционных усилителей коррекции, первый выход первого сумматора через второй фильтр соединен с первым входом второго сумматора, второй выход- с первым входом второго порогового блока сравнения, а третий выход

-с первым входом второго операционного усилителя, второй вход второго сумматора соединен с вторым выходом блока операционных усилителей коррекции, первый выход второго сумматора через третий фильтр, соединен с вторым входом блока вычитания, второй выход - с первым входом третьего порогового блока сравнения, а третий выход

-с вторым входом второго операционного усилителя, выход которого соединен с первым входом второго блока сравнения, второй вход которого соединен с третьим выходом первого порогового блока сравнения, а выход - с вторым входом первого операционного усилителя, второй вход второго порогового блока сравнения соединен с выходом третьего блока задания, а его выход- с первым входом третьего сумматора, второй вход которого соединен с выходом третьего порогового блока сравнения, а

выход - с входом регулятора переключения порогового блока сравнения соединен с вы- ступеней напряжения, второй вход третьего ходом четвертого блока задания.

Изобретение относится к электротехнике. Цель изобретения - увеличение произво- дительности печи путем повышения качества управления. Введение логического контура регулирования по напряжению в зависимости от сигналов Д иД обеспечи- . вает более высокое быстродействие регуля; тора по сравнению с известными регуляюоами 1 ил,