Устройство программного управления индукционным нагревом Советский патент 1992 года по МПК G05B23/02 

ел

С

Устройство относится к управлению индукционным нагревом и может быть использовано в металлургической про мышлен- ности. Содержит: задатчик времени нагрева максимальной мощностью, задатчик времени нагрева минимальной мощностью, задатчик времени окончания нагрева, три элемента сравнения, пять ключей и масштабный усилитель. Повышение точности задания программы управления индукционным нагревом достигается введением новых элементов. 2 ил.

Изобретение относится к управлению индукционным нагревом и может быть использовано в металлургической, машиностроительной и других областях промышленности.

Известны устройства программного регулирования при индукционном нагреве 1, В выпускаемых промышленностью программных регуляторах задание программы осуществляется либо с помощью профилированных лекал (например, в блоке БПВ-1 комбинированной системы Теплоавто- мат), либо с помощью диаграммной ленты, считывание программы с которой производится фотоголовкой (например, в регуляторах РУ5-01М). Программный регулятор УРНИ относится к регуляторам электромеханического типа с наличием подвижных элементов. Эти задатчики программы не обладают необходимым быстродействием и точностью, поскольку используют электромашинные и магнитные усилители, Они имеют ограниченные возможности для перестройки программ, что особенно важно при отладке программ нагрева. Точность этих программных устройств мала, поскольку они построены на принципе потенциомет- рических следящих систем. Организация длительной работы программирующего устройства в течение 8-10 ч затруднительна; поскольку ограничена длина бумажного полотна и необходима его перезаправка, что сопряжено с затратами времени.

Известно устройство программного управления нагревом 2. Для повышения точности задания программы в виде четырех этапов, на первом из которых осуществляется нагрев по линейному закону, на втором - поддержание максимальной температуры, на третьем - снижение температуры по линейному закону, на четвертом - поддержание минимальной температуры, в

XI 00 4 Ю Јь 00

устройство программного управления, содержащее интегратор с зэдатчиком его начального напряжения и последовательно соединенные задатчик минимальной температуры, сумматор и задатчик скорости нагрева и охлаждения, дополнительно включены задатчик начального момента снижения температуры, задатчик установки времени цикла, два блока сравнения и управляемый ключ, выход интегратора соединен со входами ключа и обоих блоков сравнения, второй вход первого блока сравнения - с задатчиком начального момента снижения температуры, а его выход - со вторым входом сумматора, второй вход второго элемента сравнения соединен с задатчиком установки времени цикла, его выход - с управляющим входом ключа, а выход ключа - со входом интегратора. Недостатком устройства программного управления нагревом является то. что оно реализует циклическое, четырехинтервальное управление, на двух из которых выполняется линейный закон управления, а на двух других существует постоянный уровень минимального и максимального значений, и не позволяет вести циклическое программное управление нагревом на длительном временном интервале, имеющим в своем составе этап с экспоненциальным законом снижения выходного параметра при общем числе интервалов управления, равном трем. Этот закон часто используется в индукционном нагреве для обеспечения равномерности температурного поля, и в част ности, при нагреве плоских металлических изделий перед обработкой давлением. Существенный недостаток устройства в этом отношении состоит в том, что оно не универсальное.

Целью изобретения является повышение точности задания программы управления индукционным нагревом.

Для достижения поставленной цели в устройство программного управления индукционного нагрева, содержащее включенные последовательно задатчик начального напряжения и интегратор с параллельным ключом сброса, первый элемент сравнения, сумматор, задатчик максимальной мощности, задатчик минимальной мощности, задатчик времени цикла, выход которого подключен к второму входу первого элемента сравнения, первый вход которого подсоединен к выходу интегратора, а выход первого элемента сравнения подключен к управляющему входу параллельного ключа сброса интегратора, дополнительно включены апериодическое звено, задатчик времени нагрева максимальной мощностью, задатчик времени нагрева минимальной мощностью, задатчик времени окончания нагрева, три элемента сравнения, пять ключей, масштабный усилитель, вход которого через первый ключ

соединен с выходом задатчика максимальной мощности, выход масштабного усилителя подключен к первому входу сумматора, второй вход которого через последовательно соединенные второй и третий ключи сое0 динен с первым .входом третьего элемента сравнения и выходом апериодического звена, подключенного по входу с вторым выводом первого ключа, задатчик минимальной мощности через последовательно соеди5 ненные четвертый и пятый ключи соединен с третьим входом сумматора, задатчик времени начала нагрева минимальной мощностью подсоединен к второму входу третьего элемента сравнения, выход которого под0 ключен к управляющим входам третьего и четвертого ключей, выход интегратора подключен к первым входам второго и четвертого элементов сравнения, первому управляющему входу первого ключа, второй

5 управляющий вход которого и управляющий вход второго ключа подключены к выходу второго элемента сравнения, вход которого подсоединен к задатчику времени нагрева максимальной мощностью, управ0 ляющий вход пятого подключен к выходу четвертого элемента сравнения, второй вход которого соединен с задатчиком времени окончания нагрева, а выход сумматора является выходом устройства.

5Несмотря на известность вновь введенных в устройство апериодического звена, задатчика времени нагрева максимальной и минимальной мощностью, задатчика времени окончания нагреоа, трех элементов срав0 нения, пяти ключей, масштабного усилителя введенные причинно-следственные связи приводят к новому положительному эффекту - повышению точности задания программы управления индукционным нагревом.

5 Вновь введенные элементы описаны в пери одической литературе, в частности в книге Государственная система промышленных приборов и средств автоматизации, Комплекс технических средств для локальных ин0 формационно-управляющих систем (КТС ЛИУС). Средства управления с переменной структурой (СУПС). Т. 4, выл. 2.- М.; ЦНИИ- ТЭЙприборостроеиия, 1980.

На фиг. 1 приведена блочная схема уст5 ройства программного управления индукционного нагрева, на фиг. 2 - иллюстрации, поясняющие принцип его работы.

Обозначения на фиг. 1 соответствуют: 1 - задатчик максимальной мощности, 2 - задатчик минимальной мощности 3 - задатчик начального напряжения интегратора, 4 - задатчик времени нагрева максимальной мощностью, 5 - задатчик времени начала нагрева минимальной мощностью. 6 - задатчик времени окончания нагрева, 7 - мае- штабный усилитель. 8 - апериодическое звено, 9 - сумматор. 10 - первый элемент сравнения, 11 - второй элемент сравнения, 12 -третий элемент сравнения, 13-четвертый элемент сравнения. 14 - параллельный ключ сброса, 15 - первый ключ, 16 - второй ключ, 17-третий ключ, 18-четвертый ключ, 19- пятый ключ,20-интегратор,21 -задатчик времени цикла.

Выход задатчика 1 максимальной мощ- ности соединен с первым выводом первого ключа 15. второй вывод которого соединен со входами масштабного усилителя 7 и апериодического звена 8. выход масштабного усилителя 7 соединен с первым входом сум- матора 9.. Выход апериодического звена 8 соединен с первым выводом второго ключа 1 б и первым входом третьего элемента сравнения 12, второй вход которого связан с выходом задатчика 5 времени начала нагре- ва минимальной мощностью. Второй вывод второго ключа 16 подсоединен к первому выводу третьего ключа 17, второй вывод которого связан с вторым входом сумматора 9. Выход задатчика 2 минимальной мощно- сти соединен с первым выводом четвертого ключа 18, второй вывод которого соединен с первым выводом пятого ключа 19. Второй вывод пятого ключа 19 подключен к третьему входу сумматора 9. Выход задатчика 3 начального напряжения интегратора соединен с входом интегратора 20, вход которого связан с первым выводом параллельного ключа сброса 14 Второй вывод параллельного ключа сброса 14 подсоединен к выходу интегратора 20. Выход интегратора 20 подключен к первым входам первого элемента сравнения 10, второго элемента сравнения 11, четвертого элемента сравнения 13, а также к первому управляющему входу первого ключа 15. Второй вход первого элеме.нта сравнения 10 связан с выходом задатчика 21 врзмени цикла. Второй вход второго элемента сравнения 11 связан с выходом задатчика 4 времени нагрева максимальной мощностью. Второй вход третьего элемента сравнения 12 соединен с выходом задатчика 5 времени начала нагрева минимальной мощностью. Второй вход четвертого элемента сравнения 13 подключен к выходу задатчика б времени окончания нагрева. Выход первого элемента сравнения 10 соединен с управляющим входом параллельно- го ключа сброса 14. Выход второго элемента сравнения 11 подключен к управляющему

входу второго ключа 16, а также к второму управляющему входу первого ключа 15. Выход третьего элемента сравнения 12 подключен к управляющим входам соответственно третьего ключа 17 и четвертого ключа 18. Выход четвертого элемента сравнения 13 соединен с управляющим входом пятого ключа 19. Выходом устройства является выход сумматора 9.

Устройство программного управления индукционным нагревом работает следующим образом.

Интегратор 20 вырабатывает линейно нарастающее напряжение (фиг. 2а). Темп нарастания его выходного напряжения устанавливается как времязадающей цепочкой, так и задатчиком 3 начального напряжения интегратора. Задатчик времени цикла 21 задает необходимый сигнал, который в первом элементе сравнения 10 сравнивается с выходным напряжением Овых 20 интегратора 20. В момент равенства этих напряжений выходное напряжение UBMX Ю первого элемента сравнения (фиг 2в) падает, формируется время цикла 1ц, что приводит к кратковременному замыканию параллельного ключа сброса 14 (фиг. 26), разряду времязадающей емкости интегратора 20 и началу нового цикла продолжительностью t-ц. На (фиг. 26) показано положение параллельного ключа сброса 14 на временном интервале в разомкнутом и замкнутом состояниях. На два входа второго элемента сравнения 11 подаются соответственно выходное напряжение Увых 20 интегратора 20 и напряжение зздатчика 4 времени нагрева максимальной мощностью ti. Пока 1)вЫх 20 меньше напряжения задатчика 4, ключ 15 замкнут (фиг. 2г) сигналом управления с второго элемента сравнения 11. и идет формирование выдержки времени на интервале 0-t1. Через ключ 15 сигнал с задатчика 1 максимальной мощности поступает на масштабный усилитель 7 и на первый вход сумматора 9. На интервале (0- t1) выходное напряжение DBUX 7 масштабно.- го усилителя 7 (фиг. 2д) и выходное напряжение ипых 9 сумматора 9 имеет максимальное значение, регулируемое задатии- ком 1. На интервале (Q-t1) через замкнутый ключ 15 поступает на апериодическое звено 8 тот же входной сигнал от задатчика 1, что и на масштабный усилитель 7. Поскольку коэффициенты усиления 7 и 8 одинаковы, то и выходные напряжения 1)Вых 7 и UBux 8 к концу интервала (0-t1) одинаковы (фиг. 2д и фиг. 2). Постоянная времени звена 8 выбирается такой, чтобы во всем рабочем диапазоне, когда необходима максимальная мощность нагрева (.0-11). выходное напр.яжение Ивых 8 достигло установившегося значения заданной 1 максимальной величины. Эти два обстоятельства гарантируют совпадение рабочей точки 9 сумматора 9 в момент tl, когда начинается второй этап программы () На временном интервале (0-т1) ключ 16 разомкнут (фиг. 2в), а ключ 17 замкнут (фиг. 2и), и следовательно, на второй вход 9 с апериодического звена 8 сигнал не поступает.

В момент равенства выходного напряжения Увых 20 интегра гора 20 и напряжения задатчика4 времени нагрева максимальной мощностью на выходе второго элемента сравнения 11 ключ 15 размыкается, а ключ

16замыкается, и начинается второй этап (t2-t1) работы программирующего устройства С размыканием ключа 15 с момента t1 снимается сигнал с задатчпка 1 с первого входа 9 (фиг. 2д) и охода апериодического звена 8, но за счет замыкания ключа 16 выходное ивых 8 напряжение поступает на второй вход 9 (фиг. 2к) Поскольку ключ 15 разомкнут, а ключи 16 и 17 на интервале (t2-t1) замкнуты, то начинается снижение выходного Увых 8 напряжения 8 по экспоненте (фиг. 2), а следовательно, и выходное напряжение UBi,ix 9 сумматора 9 на этом интервале изменяется по экспоненциальному закону (фиг 2о) При снижении исых 8 на интервале (t2-t I) происходит его сравнение с выходным напряжением задатчика 5 времени начала нагрева минимальной мощностью и в момент t2 их равенства третий ключ

17размыкается, а четвертый ключ 18 замыкается. Несмотря на замкнутое состояние второго ключа 16 (фиг. 2з) на интервале (щ- t1) размыкание третьего ключа 17 в момент времени t2 приводит к снятию экспоненциального воздействия 8 со второго в хода 9 (фиг. 2к),.и начинается третий этап формирования программы (фиг. 2о) на временном

интервале (t3 -t2) Поскольку на интервале (t3-t2) четвертый ключ замыкается (фиг. 2л). а пятый ключ 19 остается замкнутым (фиг 2м), то сигнал с задатчика 2 минимальной мощности на временном интервале (t3-t2) поступает на третий вход (фиг. 2н) сумматора 9. Регулировкой сигнала с задатчика 2 минимальной мощности устанавливается его равенство значению выходного напряжения Увых 8 апериодического звена 8 к моменту времени t2. На выходе сумматора 9 имеет место (фиг 2о) выходное напряжение UBBIX 9, состоящее из следующих этапов: временной интервал (0-t1), когда мощность при индукционном нагреве имеет максимальное значение; временной интервал (t1- t2), когда мощность снижается по экспоненциальной зависимости: временной интервал (t2-t3) когда мощность при индукционном нагреве имеет минимальное значение При равенстве выходного Напряжения иВых 20 интегратора 20 значению выходного напряжения задатчика времени окончания нагрева 6 пятый ключ 19 размыкается (фиг. 2м), что приводит к снятию напряжения с третьего входа сумматора 9, формированию времени t3 окончания про0 цесса нагрева. На интервале времени (гц-т.З) идет выравнивание температуры (фиг. 2о) изделия, когда к индуктору не прикладывается мощность. В момент времени тц (фиг. 2а), когда выходное напряжение ипых 20 ин5 тегратора 20 достигнет уровня уставки задатчика 21 времени цикла, замыкается параллельный ключ 14 сброса (фиг. 26), что приводит к кратковременному снижению 20 до нуля, и далее цикл повторяется,

0 как описано выше.

В качестве базового обьекта устройства программного управления нагревом взято устройство программного управления нагревом по а. с № 1288523, Для реализации

5 данного устройства программного управления индукционного нагрева использованы следующие серийные элементы систем управления с переменной структурой СУПС:

-зэдатчики - Ф 5182:

0 - масштабный усилитель 7, апериодическое звено 8, сумматор 9 - Ф 5173;

-элементы сравнения 10 - 13 - Ф 5174,

-ключи 14- 19 - Ф 5206.

Эти блоки входят в комплекс средств

5 Государственной системы промышленных приборов, например, на суперблоках СУПС (см. Государственная система промышленных приборов и средств автоматизации. Комплекс технических средств для локаль

0 ных информационно-управляющих систем (КТС ЛИУС). Средства управления с переменной структурой (СУПС). Т. 4, вып. 2 - М.. ЦНИЙТЭИприборостроения, 1980) Устройство программного управления позволяет

5 производить регулировку как максимального так и минимального значений выходного напряжения Увых, интенсивности снижения Uoi,ix от максимального до минимального значений, а также время окончания дейст0 вия максимального выходного напряжения, минимального выходного напряжения, начала приложения его и полного времени цикла индукционного нагрева изделий Формула изобретения

5 Устройство программного управления индукционным нагревом, содержащее за- датчик начального напряжения, интегратор выход которого соединен с информационным входом интегратора, вход сброса которого соединен с выходом первого элемента

сравнения, первый вход которого подключен к выходу задэтчика времени цикла, второй вход - к выходу интегратора, а также сумматор, отличающееся тем, что. с целью повышения точности задания программы управления индукционным нагревом, в него введены апериодическое звено, задэт- чик времени нагрева максимальной мощностью задатчик времени нагрева минимальной мощностью, задатчик времени окончания нагрева, три элемента сравнения, пять ключей и масштабный усилитель, вход которого соединен с выходом первого ключа и входом апериодического звена, выход которого подключен к информационному входу второго ключа, управляющие входы первого и второго ключей соединены с выходом второго элемента сравнения, первым входом подключенного к выхб- ду задатчика времени нагрева максимальной мощностью, вторым входом - к выходу интегратора и первому информационному входу первого ключа, второй информационный вход

которого соединен с выходом задатчика максимальной мощностью, выход задатчика времени начала нагрева минимальной мощностью соединен с первым входом третьего элемента сравнения, второй вход которого подключен к выходу апериодического звена, а выход - к управляющим входам третьего и четвертого ключей, информационные входы которых соединены соответственное

0 выходом второго ключа и входом задатчика минимальной мощностью, выход третьего ключа соединен с первым входом сумматора, второй вход которого соединен с выходом масштабного усилителя, третий вход 5 с выходом пятого ключа, информационный вход которого подключен к вьгёсОд у четвертого ключа, а управляющий вход - с выходом четвертого элемента сравнения, первый вход которого подключен к выходу задатчи0 ка времени окончания нагрева, а второй вход - к выходу интегратора, выход сумматора является выходом устройства,

ML

JltU20

til

лдлниа