Система определения задания регуляторам температурного режима зон проходной нагревательной печи Советский патент 1981 года по МПК C21D11/00 

(54) СИСТЕМА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЗАДАНИЯ РЕГУЛЯТОРАМ ТЕМПЕРАТУРНОГО РЕЖИАЛА ЗОН ПРОХОДНОЙ НАГРЕВАТЕЛЬНОЙ ПЕЧИ Изобретение относится к метаппургии7 конкретнее, к общим устройствам для тер мической обработки черных и цветных ме талпов и сплавов, печам для нагрева спит ков и может быть использовано при авто матизадиц процесса нагрева металлически заготовок. Известна система управления много зонной проходной нагревательной печью, содержащая датчики температуры и регуляторы температуры томильных, верхних и нижних сварочных зон, датчики темпера туры поверхности заготовок в томильных в верхних сварочных зонах, вычислительные устройства тсн гальных и сварочных ;3он, блок пропорциональности тол111и.ны и шираны заготовок и частоты их выдачи, два устройства настроек для каждой томильной зоны, два устройства настроек для каяздой сварочной зоны,задатчик тем яературопроводностн для каждой свароч- ной зоны, задатчик разности температур для каждой пары верхней н нижней сва рочных зон, задатчик толщины заготовок. задатчик ширины заготовок, датчик частоты выдачи заготовок и задатчик тем пературы заготовок на выходе и печи Г11 Недостатком известной системы является то, что исключена возможность сни жения расхода топлива и окалинообразо вания при нагреве метатша при гарантированной выдаче на стан заготовок требуемых температурных кондиций из-за от сутствия прогноза производительности печи. Известна также система определения задания регуляторам температурного режв ма зон проходной нагревательной печиГ содержащая датчики температуры в регу- ляторвы температуры по количеству отапливаемых зон, последовательно соединенные датчики загрузки заготовки в печь, блок хранения параметров загружаемых заготовок, блок Ъпределения местоаопожв ння заготовок в печи, блок вычитания, neiv вая группа входов которого соединена с выходами блока определения местоположения заготовок в печи, и блок хранения da388Дании регуляторам температурного режима зон печи, входы которого подключены к выходам блока вычитания, первая груп па выходов которого соединена со второй группой входов блока вычитания, а вторая группа его выходов - со входами регуляторов температуры соответствующих Недостатком известной системы является то, что задания регуляторам температурного режима зон печи определяются при максимальной производительности для различных параметров направляемых заготовок, чем обеспечивается гарантированная выдача на стан заготовок требуемых температурных кондиций, но при этом исключается возможность снижения расхода топлива и окаяинообразования. Цель изобретения - снижение расхода топлива и окалинообразования при нагреве металла при гарантированной выдаче на стан заготовок требуемых температураных кондиций. Указанная цель достигается тем, что в известную систему определения задания регуляторам температурного режима зон проходной нагревательной печи, содержащую датчики температуры и регуляторы температуры по количеству отапливаемых зон, последовательно соединенные датчик загрузки заготовок в печь, блок хранения параметров загружаемых заготовок, блок определения местоположения заготовок в печи, блок вычитания, первая группа входов которого соединена с выходами блока определения местоположения заготовок в печи, и блок хранения заданий регуляторам температурнся о режима зон печи, входы которого подключены к выходам блока вычитания, группа выходов которого соединена со второй группой входов блока вычитания, дополнительно введены прогнозатор производительности печи и функциональный преобразователь, один из входов которого соединен с прогнозатором, другие входы - с выходами блока хранения задания регуляторам, а его выходы - со входами регуляторов темпера туры соответствующих зон. На фиг. 1 показана структурная схем предлагаемой системы; на фиг. 2 - схем функционального преобразователя; на фиг. 3 - схема прогнозатора производительности; на фиг. 4 - блок хранения па раметров заготовок; на фиг. 5 - блок оп ределения местоположения заготовок в п чи; на фиг. 6 - блок вычитания; на фиг, 7 блок хранения заданий регуляторам; на фиг. 8 - арифметическое устройство. Система содержит методическую печь 1, включающую томильную зону 2, верхние сварочные зоны 3, нижние сварочные зоны 4, заготовки 5 и 6, датчики 7 температуры, соединенные с входами регуляторов 8, выходы которых соединены с входами регулирующих органов 9, датчик 10 загрузки соединен последовательно с блоком 11 хранения параметров загружаемых за готовок, да лее с блоком 12 определения местоположения заготовок печи, блоком 13 вычитания, который соединен с входами и выходами блока 14 хранения заданий регуляторам, соответствующих максимальной производительности печи. Выходы- же блока 14 соединены с входами функционального преобразователя 15,один из входов функционального преобразователя 15 соединен с выходом прогнозатора 16 производительности, а выходы преобразователя 15 соединены с входами регуляторов 8. Функциональный преобразователь 15 (фиг. 2) содержит запоминающее устрой- ство 17, выходы которого соединены со входами устройства 18 сравнения и сравни вакяцего делительного устройства 19, выходы которых соединены через множительное устройство 20 с сумматором 21. Прогнозатор 16 производительности содержит запоминающие устройства 22 (по числу партий заготовок, находящихся в печи) директивных перемен и арифметическое устройство 23 (фиг. 8). Блок 11 хранения параметров заготовок содержит счетчик 24 учета числа заготовок, загруженных в печь, который соединен с выходе датчика 10 загрузки, входы и выходы схемы 25 сравнения числа заготовок в партий и числа загруженных в печь заготовок соединены -со вхо дами и выходами счетчика 24, другие входы и выходы которого соединены со входами и выходами первого блока 26 памяти, запоминающего программы следования партий заготовок, другой вход блока 26 связан с блоке. 27 ввода, третий его вход соединен с датчиком 1О, второй блок 28 памяти, запоминающий параметры заготовок (например, толщину), соеди первым блоком 26 памяти, блоком 29 ввода параметров заготовок отдельных партий и устройством 30 вывода ко- торое связано со входом блока 12 определения местшоложения заготовок в печи. Блок 12 определения местоположения заготовок в печи содержит устройстгво 31 фиксации перемещения заго/овок, соединенный с ним счетчик 32, запоминающие 5 ячейки 33 (количество их определяется количеством позиции, которые может занимать заготовка по длине печи в момен ты, когда заготовки не перемещаются). Запоминающие ячейки 33 соединены между собой последовательно, выходы их сое динены со входом считывающего устройства 34, выходь которого связаны со входом блока 13 вычитания, входы ячейки 33 соединёАы fc выходами счетчика 32 и блока 11 хранения параметров заготовок. Блок 13 вычитания содержит коммута тор 35 и связанную с ним схему 36 сравнения. Выходы коммутатора 35 соединены с выходами блока 14. Блок 14 содержит запоминающие ячей ки 37 (количество их определяется количеством различных параметров, например толщин нагреваемых заготовок, которы могут быть загружены в печь), одни выходы «.спорых, соединены с блоком 13, другие выходы - со входами схем И 38, другие вхрды которых связаны с блоком 13 вьрштания, а выходы соединены со входо функционального преобразователя 15. Арифметическое устройство 23 содержит умножители 39 и 40, входы их связаны с выходами блока 22, а выходы соединены с сумматорами 41 к 42 соответствен но связанными со входами делителя 43, выход которот-о соединен со входом преобразователя 15. Система работает следующим образом НагреваеЛлые в печи 1 партии заготовок 5 и 6 продвигаются в процессе нагрева. Темдературу заготовок в каждой зоне 2-4 печи 1 измеряют датчиками 7 и поддерживают ее на заданном уровне регуляторами 8, воздействующими на рас ход топлива при помощи регулирующих органов 9. Места установки датчиков 7 явл5потся контрольными сечениями печи. Загрузка заготовок в печь фиксируется датчике 1О загрузки. Сигнал о загрузке заготовки в печь поступает в блок 1 хранения параметров загружаемых заготовок, откуда эти параметры передаются в блок 12 определения местоположения заготовок в печи, из последнего в блок 13 вычитания поступают сигналы, характеризующие свойства заготовок, находящихся в соответствующей зоне печи.. В блоке 14 хранения заданий хранятся задания регуляторам 8 зон печи, соответ ствующие достижению температуры в контрольных сечениях зон при максималь- ой производительности для различных параметров нагреваемых заготовок. Из 5 блока 14 хранения заданий регуляторам 8 температурного режима зон печи в блок 13 вычитания поступают сигналы, соответствующие заранее заданным характеристикам заготовок. Каждый на сигналов блока 12 определения местоположении заготовок в печи последовательно вычитается из сигналов блока 14 хранения заданий регуляторам температурного режима зон печи и при совпадении одко- го из сигналов блока 12 с сигналом блока 14 в последнем формируется сигнал, соответствующий максимальной производительности печи. Сигнал с блока 14 поступает в функциональный преобразователь 15, где преобразуются в соответствии с производительностью печи, определяемой прогнозатором 16 производительности. В запоминающее устройство 17 функционального преобразователя 15 заведены данные о максимальной производитетш- ности PfriQ и минимально допустимой температуре Т , В устройстве 18 сравнения определяется разность Л Т между значением заданной в блоке 14 хранения заданий регуляторам температуры Т, соответствующей максимальной производительности, и значением минимально допустимой температуры, поступающим от запоминакяцего устройства 17, в сравнивающее делитешэное устройство 19 поступает сигнал, пропорциональный прогнозируемой производительности, с арифметического устройства 23 прогнозатора 16 производительности, где он определяется как среднее арифметическое по директивным временам прокатки партий заготовок с учетом массь заготовок и их количества в каиадой партии, ко-торые будут прокатываться, например в ближайщий час. На вход арифметического устройства 23 сигналы директивных времен прокатки поступают от запоминаншдах устройств 22. По сигналу Р от прогнозатора в сравнивающем делитейьном устройстве 19 определяется относительное изменение производительности Л Р по сравнению с максимальной производительностью Р от запоминающего устройства 17. В рабочем диапазоне изменения производительности связь между температурой металла и производительностью имеет линейный характер, на основании чего в множительном устройстве 20 по величине сигналов л Т от устройства 18 сравнения и сравнивающего делительного уст ройства 19 Д Р определяется величина коррекции ДТ-дР заданного значения тем- 78 пературы, соответствующего максимальной производительности. В сумматоре 21 определяется задание регуляторам 8 температуры и сигналы поступают на соответствующие регуляторы 8 температуры, далее - на регутшрующие органы 9. В момент включения системы из пер)- вого блока 26 памяти считывается код показывающий число заготовок в первой партии. Содержимое счетчика 24 и код из блока 26 памяти поступаетна входы схемы 25 сравнения. При формировании схемой сравнения сигнала Сравнение по сигналу счетчика 24 сбрасывается на ноль, из первого блока 26 памяти из ячейки с номером на единицу большим предыдущего, будет считан код, который поступит уже на вход схемы 25 сравнения. Этот код указывает число заготовок во второй партии и т.д. В запоминающие устройства 22 вводят следующие данные по каждой партии: директивное время прокатки заготовки Tii массу заготовки М | , количество за1 ц массу заготовки готовок в партии N . Количество партий, данные о которых будут введены в запоминающие устройства, определяется выбранным интервалом прогнозирования. Рассмотрим работу блока 13 для одной зоны, для остальных зон работа блока 13 происходит аналогично. На входы коммутатора 3 5 поступают сигналы, характеризующие параметры заготовок (например, толщину), для которых Б блоке 14 запомнены задания регулятору 8 температуры зоны, соответствующие достижению требуемой температу ры в контрольном сечении зонь при максимальной производительности для различных параметров (например, толщины) нагреваемых заготовок. Эти сигналы по следовательно передаются с выхода коммутатора 35 на первый вход схемы 36 сравнения, на второй вход которой поступает сигнал с блока 12, характеризующи параметры заготовок (например, толивину находящихся в зоне. Когда сигналы на первом и втором входах схемы сравнения совпадают, на выходе ее появляется сиги нал, который поступает на вход блока 14 Через блок 27 ввода производится запись программы следования партий заготовок в первый блок 26 памяти. Эта программа содержит сведения о порядке (очередности) следования партий и количестве заготоюк в каждой партии. Во второй блок 28 памяти через блок 29 5 ввода поступают данные о параметрах заготовок отдельных партий. В начальный момент содержимое счетчика 24 равно нулю. Пусть, например, в момент включения системы (в начальный момент) датчик 10 зафиксирует загрузку первой заготовки первой партии, при этом единичный импульс от датчика 10 поступает в счетчик 24, в котором зали- щется единица. Одновременно сигнал с датчика 1О поступает в первый блок 26 памяти. Первый блок 26 памяти формирует сигнал запуска второго блока 28 памяти, по которому из него выводится в устройство ЗО вывода информация о параметрах загруженной заготовки, поступающая далее в блок 12. При загрузке следующих заготовок партии счетчик 24 будет подсчитывать общее число заготовок в партии. В начальный момент времени содержимое счетчика 32 равно нулю, в запоминающих ячейках 33 информация отсутствует. Пусть, например, в момент включения системы (в начальный момент) датчик 1О зафиксировал загрузку первой заготовки. Тогда по сигналу с блока 11 хранения параметров в первую запоминающую ячейку 33 запищутся параметры загруженной заготовки. От устройства 31 фиксации перемещения заготовок в счетчик 32 поступают единичные, импульсы, каждый импульс соответствует определенному перемещению заготовки. В тот момент, когда количество импульсов, прищедших на счетчик, будет равно заданному, проис содит сдвиг запомненной ранее информации на одну ячейку, а в первую ячейку буду записаны параметры вновь загруженной заготовки. Информация с запоминающих ячеек, характеризующая параметры заготовок, после каждого сдвига через считывающее устройство 34 передается в блок 13. Рассмотрим работу блока 14 для одной зоны, для остальных зон работа блока 14 происходит аналогично. В каждой ячейке содержится значение параметра и соответствующее ему задание регулятору 8 температуры зоны, которые внесены в ячейку заранее при изготовлении. На первом выходе каждой ячейки имеется сигнал, пропорциональный значению параметра, который поступает на вход коммутатора блока 13. Второй выход ячейки соединен с первым входом схемы И 38., на второй вход которой поступает сигнала от блока 13 9 (с выхода схемы сравнения). В тот момент, когда на второй вход схемы И поступит сигнал от блока 13, на выходе схемы И появляется сигнал, пропорциональный заданию регулятору температуры соответствующий достижению температуры в контрольном сечении зоны при максимальной производительности для данного значения параметра (например, толпюны) нагреваемых заготовок. Этот сигнал поступает на вход блока 15. Сигналы о массе заготовки и количест ва заготовок в партии от устройства 22 поступают на первую группу умножителей 39 (количество умножителей соответствует количеству запомненных партий). Сигаалы с ныходов умножителей 39 поступают на входы первого сумматора 41 Сигналы о директивном времени прокатки заготовки и количестве заготовок в партии от устройства 22 поступают на вторую группу умножителей 40 (количест во умножителей соответствует количеств, ву запомненных партий). Сигналы с выходов умнсйкителей поступают на входы второго сумматора 42. Сигналы с выходов сумматоров 41 и 42 поступают на входы делителя 43,. в котором осуществляется деление выходного сигнала первого сумматора на выходной снгнай второго сумматора. Выходной сигнал де1штеля, пропорциональный прогнозируемой производительнос ти, поступает на блок 15. Преимущества предлагаемой системы заключается в том, что в общем случае производительность печи будет отличаться от максимальной, что позволяет устанавливать температурный режим зон печи на более низком уровне, чем при максимальной производительности. Последнее, ее i тественно, приведет к снижению ркаданообразования и расхода топлива. Формула изобретения 1. Система определения заданвя регуляторам температурного режима зон проходной нагревательной печи, содержащай датчики температуры и регуляторы температуры по количеству отапливаемых ао9 5 последовательно соединенные датчик загрузки заготовок в печь, блок х;:мнения параметров загружаемых заготовок, блок определения местоположения заготовок в печи г блок вычитания, первая группа входов которого соединена с выходами блока определения местоположения заготовок в печи, и блок хранения заданий регуляторам температурного режима зон печи, входы которого подключены к выходам блока вычитания, группа выходов Kotopoго соединена со второй группой входов блока вычитания, отличающаяся тем, что, с целью снижения расхода топлива и окалинообразования при нагреве ме-. талла npi гарантированной вьздаче на стан заготовок требуемых температурных кондиций, она дополнительно снабжена прогнозатором производительности печи и функциональным преобразователем, один из входов которюго соединен с прогнозатором, другие входы - с выходами блока хранения задания регуляторам, а его выходы - со входами регуляторов температуры соответствующих зон. 2.Устройство поп. 1, отличающее с я тем, что прогнозатор производительности печи содержит запоминающие блоки, выходы которых соединены через умножители с сумматорами, выходы которых соединены с входами делителя, выход которого соединен с 4унк1шональным преобразователем. 3.Устройство по п. 1, отличающее с я тем, что функциональный преобразователь содержит запоминающий блок, выходы которого посредством че1:ез элементы сравнения соединены со входами множительного устройства, выход которого соединен с сумматором, при этом второй вход первого элемента сравнения соединен с выходом блока хранения задания регуляторам и сумматором, а второй вход второго элемента сравнения соединен с прогнозатором производительности печи. Источники инфо1Ж ации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 441548, кл. G ОБ В 15/ОО, 1974. 2,Авторское свидетельство СССР № 463726, кл. С 21D 9/10, 1975.

С 23

UZ.2.

Фиг.З

От датчика, 10

От 5лока. 11

.S

От 5лока. IhФи-г.В блок 13 От Злока, 12.

ф / 1/

ZS

fS

ESjjoK ..6