Система определения задания регуляторам температурного режима зон проходной нагревательной печи

 

(72) Автор изобретения

М. Д. Климовицкий

Всесоюзный научно-исследовательский инсти черной металлургии т„автоматизации ;

I I (7!) Заявитель (54) СИСТЕМА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЗАДАНИЯ РЕГУЛЯТОРАМ

ТЕМПЕРАТУРНОГО РЕЖИМА ЗОН ПРОХОДНОЙ

НАГРЕВАТЕЛЬНОЙ ПЕЧИ

Изобретение относится к металлургии, конкретнее, к общим устройствам для термической обработки черных и цветных металлов и сплавов, печам для нагрева слит» ков и может бытт- использовано при автоматизации процесса нагрева металлических заготовок. Известна система управления много-. зонной проходной нагревательной печью, содержащая датчики температуры и регуляторы температуры тсфдн ных верхних 1О и нижних сварочных эон, датчики темпера» туры поверхности заготовок в томильных и верхних сварочных зонах, вычислительные устройства томильных н сварочных .зон, блок пропорциональности толщины и ширины заготовок и частоты их выдачи, два устройства настроек для каждой томильной зоны, два устройства настроек для каждой сварочной зоны,задатчик тем".. 20 аературопроводности для каждой сварочной .зоны, задатчик разности температур для каждой пары верхней и нижней csa рочных зон, -задатчик толщины заготовок, 2 задатчик ширины заготовок, датчик час тоты выдачи заготовок и задатчик тем —. пературы заготовок на выходе и печи 51).

Недостатком известной системы является то, что исключена возможность сни . жения расхода топлива и окалинообраэо вания при нагреве металла IIpH гарантированной выдаче на стан заготовок требуемых температурных кондиций из-эа от сутствия прогноза производительности п чи, Известна также система определения задания регуляторам температурного режи» ма эон проходной нагревательной печи, содержащая датчики температуры и регу ляторы температуры по количеству отап ливаемых зон, последовательно соединен ные датчики загрузки заготовки в печь, блок хранения параметров загружаемых заготовок, блок определения местополсике иия заготовок в печи, блок вычитания,пер вая группа входов которого соединена с вы)содами блока определения местополаже ния заготовок в печи, и блок хранения Йь

3 885305 даний регуляторам температурного режима эон 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 регуля-, торов температуры соответствующих зон 2

Недостатком известной системы является то, что задания регуляторам температурного режима эон 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 окапинообразования.

Йель изобретения — снижение расхода топлива и окалинообраэования при нагреве металла при гарантированной выдаче на стан заготовок требуемых температурных кондиций.

Указанная цель достигается тем, что в известную систему определения задания регуляторам температурного режима зон проходной нагревательной печи, содержа« шую датчики температуры и регуляторы температуры по количеству отапливаемых эон, 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

35 в печи, и блок хранения заданий регуш торам температурного режима зон печи, входы которого подключены к выходам блока вычитания, группа выходов которого соединена со второй группой входов

40 блока вычитания, дополнительно введены црогнозатор производительности печи и функциональный преобразователь, один иэ входов которого соединен с прогнозатором, другие входы - с выходами блока

41 хранения задания регуляторам, а его выходы - со входами регуляторов температуры соответствующих зон.

На фиг. 1 показана структурная схема предлагаемой системы; на фиг. 2 - схема Ю 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 пе-ss чи; на фиг. 6 - блок вычитания; на фиг. 7блок хранения заданий регуляторам; на фиг. 8 - арифметическое устройство.

Система содержит методическую печь

1, включающую томипьную зону 2, верх ние сварочные эоны 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 заг руэки соединен последовательно с блоком 1 1 хранения параметров загружаемых заготовок, далее с блоком 12 определения местоположения заготовок печи, блоком

13 вычитания, который соединен с входами и выходами блока 14 хранения зада» ний регуляторам, соответствующих макси» мальной 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 сравнивающего делительного устройства 1 9, 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 1 1 хранения параметров заготовок содержит счетчик 24 учета числа заготовок, загруженных в печь, который соединен с выходом датчика 10 загрузки, входы и выходы схемы 25 сравнения числа заготовок в партии и числа загруженных в печь заготовок соединены .со входами и выходами счетчика 24, другие входы и выходы которого соединены со входами и выходами первого блока 26 памяти, запоминающего программы следо вания партий заготовок, другой вход блока 26 связан с блоком 27 ввода, третий

его вход соединен с датчиком 10, второй блок 28 памяти, запоминающий парамет ры заготовок (например, толщину), соединен с первым блоком 26 памяти, блоком

29 ввода параметров заготовок отдельных паргий и устройством 30 вывода которое связано со входом блока 12 определения местоположения заготовок в печи.

Блок 12 определения местоположения заготовок в печи содержит устройство 31 фиксации перемещения эаго:овок, соединенный с ним счетчик 32, запоминающие

885305 ячейки 33 (количество их определяется количеством позиции, которые может занимать заготовка по длине печи в моменты; когда заготовки не перемешаются).

Запоминающие ячейки 33 соединены меж- Э ду собой последовательно, выходы их соединены со входом считывающего устройства 34, выходы которого связаны со входом блока 13 вычитания, входы ячей ки 33 соединейы Ь выходами счетчика

32 и блока 11 хранения параметров заготовок.

Блок 13 вычитания содержит коммутатор 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, толшин нагреваемых заготовок, которые ЗЭ могут быть загружены в печь), одни выходы которых соединены с блоком 13, другие выходы - со входами схем И 38, другие входы которых связаны с блоком

13 вычитания, а выходы соединены со входом Н функционального преобразователя 15.

Арифметическое устройство 23 содержит умножитеди 39 и 40, входы их связаны с выходами блока 22, а выходы соедине ны с сумматорами 41 и 42 соответствен- 3О но связанными со входами делителя 43, выход которого соединен со входом преобразователя 15.

Система работает следующим образом, НагреваеМые в печи 1 партии заготовок 5 и 6 продвигаются в процессе нагрева. Темцературу заготовок в каждой зоне 2-4 печи. 1 измеряют датчиками 7 и поддерживают ее на заданном уровне регуляторами 8, воздействуюшими на pac- > ход топлива ири помощи регулирующих . органов 9. Места установки датчиков 7 являются контрольными сечениями печи.

Загрузка заготовок в печь фиксируется датчиком 10 загрузки. Сигнал о загрузке заготовки в печь поступает в блок 11 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 соответствуюшей зоне печи.. В блоке 14 хранения заданий хранятся задания регуляторам 8 зон печи, соотвеч ствуюшие достижению температуры в

$$ контродьных сечениях эон при максимальной производительности для различных параметров нагреваемых заготовок. Иэ блока 14 хранения заданий регуляторам

8 температурного режима эон печи в блок 13 вычитания поступают сигналы, соответствующие заранее заданным хагактеристикам заготовок. Каждый из сигналов блока 12 определения местонодожении заготовок в печи последовательно вычитается иэ сигналов блока 14 хранения заданий регуляторам температурного режима зон печи и при совпадении од.ого иэ сигналов блока 12 с сигналом блока 14 в последнем формируется сигнал, соответствующий максимальной производи тедьности печи. Сигнал с блока 14 посту пает в функциональный преобразователь

15, где преобразуются в соответствии с производительностью печи, определяемой прогнозатором 16 производительности.

В эапоминаюшее устройство 17 функционального преобразователя 15 заведены данные о максимальной производительности Р„„, „и минимально допустимой температуре T „>, В устройстве 18 сравнения определи ется разность ЬТ между значением заданной в блоке 14 хранения заданий регуляторам температуры Т, соответствующей максимальной производительности, и значением минимально допустимой температуры, поступающим от запоминающего устройства 17, в сравнивающее депитедьное устройство 19 поступает сигнал, пропорциональный прогнозируемой производитель ности, с арифметического устройства 23 прогнозатора 16 производительности1 где он определяется как среднее арифметичес» кое по директивным временам прокатки партий заготовок с учетом массы эагото вок и их количества в каждой партии, ко торые будут прокатываться, например в ближайший час. На вход арифметического устройства 23 сигналы директивных времен прокатки поступают от запоминающих устройств 22.

По сигналу Р т от прогноэатора в сравнивающем делите}тьном устройстве 19 определяется относительное изменение производительности а Р по сравнению с максимальной производительностью Р „„ от запоминающего устройства 17.

В рабочем диапазоне изменения произ» водительности связь между температурой ме галла и производительностью имеет ли нейный характер, на основании чего в множительном устройстве 20 по величине сигналов аТ от устройства 18 срав кения и сравнивающего делительного уст ройства 19 и Р определяется величина коррекции йТ-д Р заданного значения тем

885305 пературы, соответствующего максимапьной производительности.

B сумматоре 21 определяется задание регуляторам 8 температуры и сигналы поступают на соответствующие регуляторы 8 температуры, далее - на регулирукщие органы 9.

В момент включения системы из первого блока 26 памяти считывается код показывающий число заготовок в первой <о партии. Содержимое счетчика 24 и код из блока 26 памяти поступает на входы схемы 25 сравнения. При формировании схемой сравнения сигнала "Сравнение" по этому сигналу счетчика 24 сбрасывается на нопь, из первого блока 26 памяти из ячейки с номером на единицу большим предыдущего, будет считан код, который поступит уже на вход схемы 25 сравне ния. Этот код указывает чиспо заготовок во второй партии и т.д.

В запоминающие устройства 22 вводят следующие данные по каждой партии: директивное время прокатки заготовки

Т< массу заготовки М <, количество заготовок в партии М <, Количество партий, данные о которых будут введены в запоминающие устройства, определяется выбранным интервалом прогнозирования.

Рассмотрим работу бцока 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 кото35 рых в блоке 14 запомнены задания регулятору 8 температуры зоны, соответствующие достижению требуемой температуры в контрольном сечении зоны при мак40 симальной производительности дпя различных параметров (например, толщины) нагреваемых заготовок. Эти сигнады последовательно передаются с выхода коммутатора 35 на первый вход схемы 36 сравнения, на второй вход которой поступает сигнал с блока 12, характеризующий параметры заготовок (например, толщину), находящихся в зоне. Когда сигналы на первом и втором входах схемы сравнения совпадают, на выходе ее появляется сиг Ж нал, который поступает на вход блока 14, Через бцок 27 ввода производится запись программы следования партий за ,готовок в первый блок 26 памяти. Эта программа содержит сведения о порядке (очередности) сцедования партий и количестве заготовок в каждой партии. Во второй блок 28 памяти через блок 29 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 запишется единица.

Одновременно сигнап с датчика 10 поступает в первый блок 26 памяти, Первый блок 26 памяти формирует сигнал запуска второго блока 28 памяти, по ксьторому из него выводится в устройство

30 вывода информация о параметрах загруженной заготовки, поступающая дацее 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

10 зафиксировал загрузку первой заготовки. Тогда по сигналу с блока 11 хранения параметров в первую запоминающую ячейку 33 запишутся параметры загруженной заготовки. От устройства 31 фиксации перемещения заготовок в счетчик 32 поступают единичные. импульсы, каждый импульс соответствует определенному перемещению заготовки.

B тот момент, когда количество импульсов, пришедших на счетчик, будет равно заданному, происходит сдвиг запом ненной ранее информации на одну ячейку, а в первую ячейку буду записаны парамет» ры вновь загруженной заготовки. Информация с запоминающих ячеек, характеризую щвя параметры заготовок, посце каждого сдвига через считывающее устройство 34 передается в блок 13.

Рассмотрим работу блока 14 для од, ной зоны, для остальных зон работа блока 14 происходит аналогична.

В каждой ячейке содержится значение параметра и соответствующее ему зада ние 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 бцока 13.

Второй выход ячейки соединен с перBblM входом схемы И 38» на второй вход которой поступает сигнала от блока 13

888506

10 (c выхода схемы сравнения). В тот момент, когда на второй вход схемы И поступит сигнал от блока 13, на выходе схемы И появляется сигнал, пропорцио нальный заданию регулятору температуры; соответствующий достижению температуры в контрольном сечении зоны при максимальной производительности для данного значения параметра (например, толщины) нагреваемых заготовок. Этот сигнал по- О ступает 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 соответст 15 вует количеству запомненных партий).

Сигналы с выходов 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 количес ь ву запомненных партий). Сигналы с выходов умножителей поступают на входы 25 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 сигнал второго сумматора.

Выходной сигнал делителя, пропорциональный прогнозируемой производительнос ти, поступает на блок 15.

Преимущества предлагаемой системы

35 заключается в том, что в общем случае производительность печи будет отличаться

err максимальной, что позволяет устанавливать температурный режим зон печи на более низком уровне, чем при максималь40 ной производительности. Последнее, ес тественно, приведет к снижению окалинообразования и расхода топлива.

Формула изобретения

1. Система определения задания регу ляторам температурного режима зон про ходной нагревательной печи, содержащая датчики -температуры и регуляторы тем пературы по количеству отапливаемых зон, последовательно соединенные датчик загрузки заготовок в печь, блок х.-лнения параметров загружаемых заготовок, блок определения местоположения заготовок в печи, блок вычитания, первая группа вхо» дов 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 которо

ro соединена со второй группой вхоДов блока вычитания, о т л и ч а ю ш а я с я тем, что, с целью снижения расхода топлиsa и окалинообразования при нагреве ме»,. талла при гарантированной выдаче на стан заготовок требуемых температурных кондиний, она дополнительно снабжена прогно» затором производительности печи и функциональным преобразователем, один из входов которого соединен с прогноэатором, другие входы - с выходами блока хранения задания регуляторам, а его вы ходы - со входами регуляторов температу ры соответствующих зон.

2. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что прогноэатор производительности печи содержит запомина» ющие блоки, выходы которых соединены через умножители с сумматорами, выходы которых соединены с входами делителя, выход которого соединен с функциональным преобразователем.

3. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что функциональный преобразователь содержит запоминающий блок, выходы которого посредством че, .еэ 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 соеди нен с прогноэатором производительности печи.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

% 441548, кл. С 05 В 15/00, 1974. 2, Авторское свидетельство СССР

М 46372о, кл. С 21 D 9/10, 1975.

888308

К &drry В

Om &ака 2Я

Otn д.юобгс 22

dry &УМА 22

Фмй. 8

ВНИИПИ Закаэ 10452/36

Тираж 621 Подписное

Филиал ППП Патент", г, Ужгород, ул. Проектная, 4