Способ автоматического регулирования температуры в методической печи и система для его осуществления

Способ автоматического регулирования температуры в методической печи и система для его осуществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к автоматизации методических нагревательных печей прокатных станов. Целью изобретения является повышение качества нагрева за счет расширения диапазона корректирующих воздействий на стабилизацию температуры в отапливаемых зонах по приращению температуры нагреваемого металла в предшествующих зонах путем использования ее зависимости от корректируемой температуры. Согласно изобретению определяют разности между корректируемой температурой и заданными максимальными и минимальными ее значениями, выбирают из них разность, совпадающую по знаку с приращением температуры в предыду- , щей зоне 1, и ограничивают корректи (О (Л с

(19) 01х (51) 4 2 D 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Фиг. 1,-. *;:З

„Хф . ЗфХ СОЮЗ СОЗЕТСИИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ = ., еЖ - х-е РЕСПУБЛИК

--

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3962234/23-02 (22) 09. 10. 85 (46) 23.03.88. Бюл. У 11 (71) Донецкий научно — исследовательский институт черной металлургии (72) В.А.Шостак, З.Н.Кульпа, И.Н.Зинченко, Н.В.Гончаров, В.П.Завалько, А.К.Голубченко, Е.Г.Грызлов, А.Е.Прихоженко и Н.А.!Папранов (53) 621.783.22 (088.8) (56) Климовицкий М.Д., Копелович А.П.

Автоматический контроль и регулирование в черной металлургии. Справочник. — М.: Металлургия, 1967, с.695-697.

Парсункин Ю.Н. и др. Автоматичес,кое управление тепловым режимом методических печей при изменяющейся производительности стана. — Сталь, 1970, Р 7, с.657-659. (54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ B МЕТОДИЧЕСКОЙ

ПЕЧИ И СИСТЕМА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к автоматизации методических нагревательных печей прокатных станов. Целью изобретения является повышение качества нагрева за счет расширения диапазона корректирующих воздействий на стабилизацию температуры в отапливаемых зонах по приращению температуры нагреваемого металла в предшествующих зонах путем использования ее зависимости от корректируемой температуры.

Согласно изобретению определяют разности между корректируемой температурой и заданными максимальными и миниI мальными ее значениями, выбирают из них разность, совпадающую по знаку с приращением температуры в предыдущей зоне 1, и ограничивают корректи1383О рующее воздействие на уровне, определяемом заданным соотношением этого воздействия с выбранной разностью.

Узлы 20, 21 коррекции системы регупирования дополнены усилителями— ограничителями 22, 24 с автоматически управляемыми верхними уровнями ограничения сигналов обеих полярностей, каждый из которых входами ограничения связан с выходами соответствующей дополнительно введенной схемы

23, 25 сравнения температуры в данной зоне с заданными предельными ее значениями в этой зоне, входами усиления — с задатчиком 19 и преобразова. телем 6 температуры в предыдущей зоне, а выходом — с входом регулятора

13 температуры в данной зоне. За счет этого достигается экономия топлива на 2 кг условного топлива на

1 т нагреваемого металла. 2 с.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к автоматизации методических нагревательных печей и предназначено для использования в черной металлургии при нагреве металла перед прокаткой. 5

Цель изобретения — повышение качества нагрева путем расширения диапазона корректирующих воздействий.

На фиг. 1 показана структурная схема системы автоматического регулирования; на фиг. 2 — структурная схема узла коррекции.

Система автоматического регулирования показана применительно к методической печи, состоящей из следующих верхних эон: методической зоны 1, первой сварочной зоны 2, второй сварочной зоны 3 и томильной зоны 4.

Для измерения температуры в зонах установлены последовательно соединен- 20 ные первые и вторые преобразователи

5 и 6 для методической зоны 1, для первой сварочной зоны 2 преобразователи 7 и 8, для сварочной зоны 3 преобразователи 9 и 10, для томильной " зоны 4 преобразователи 11 и 12.

В первой сварочной зоне 2 к выходу вторичного преобразователя 8 подключен регулятор 13, второй вход которого связан с задатчиком 14. Ана- 30 логично во второй сварочной зоне 3 к преобразователю 10 подключен регулятор 15 с эадатчиком 16, а в томильной зоне 4 к преобразователю 12— регулятор 17 с задатчиком 18. 35

Перечисленные узлы образуют локальные системы автоматического контроля и стабилизации температуры по зонам печи. Исполнительные механизмы и регулирующие органы этих систем не показаны.

Локальная система методической зоны 1 содержит эадатчик 19, а локальные системы первой сварочной зоны 2 и второй сварочной зоны 3 — узлы

20 и 21 коррекции, в связи с чем эти зоны являются зонами с корректируемой температурой.

Узел 20 коррекции содержит усилитель — ограничитель 22 и схему 23 сравнения, предназначенную для сравнения температуры в зоне 2 с предельными ее значениями в этой зоне. Узел

21 коррекции устроен аналогично и содержит усилитель — ограничитель

24 и схему 25 сравнения, предназначен» ную для сравнения температуры во второй сварочной зоне 3 с предельными ее значениями в этой зоне.

На.фиг, 2 составные части узла 20 коррекции, т.е. усилитель - ограничитель 22 и схема 23 сравнения обведены пунктирами.

Усилитель — ограничитель 22 содержит охваченный обратной связью через резистор 26 операционный усили- тель 27, входы которого совместно с резисторами 28 и 29 образуют входы

30 и 31 усиления усилителя - ограничителя 22. Выходом 32 этого усилителя — ограничителя, предназначенным для связи с регулятором 13 (фиг. 1), является непосредственно выход усилителя 27. К этому выходу подключены неинвертирующие входы операционных усилителей 33 и 34 к выходам которых подсоединены включенные встречно диоды 35 и 36, соединенные вторыми

3 13830 своими шинами с инвертирующим входом усилителя 27. Инвертирующие входы операционных усилителей 33 и 34 соединены Со средними точками регулируемых делителей 37 и 38 напряжения соответственно. Общая точка этих делителей, а также вход 31 усиления, заземлены. Вторые шины делителей 37 и

38 соединены с входами 39 и 40 ограничения усилителя — ограничителя 22 соответственно. Вход 39 соединен с выходом 4 1, а вход 40 с выходом 42 схемы 23 сравнения. В состав последней входят резисторы 43-46, между точками соединения двух первых и двух вторых из них подключен источник 47 стабилизированного питания. К точке соединения положительного полюса источника 47 с резисторами 43 и 44 под - 1 ключена положительная шина входа 48 схемы 23 сравнения. Соотношение сопротивлений резисторов 43 и 45 подобраны так, что напряжение U на первом из них пропорционально максимально допустимой температуре в зоне

2 ° Аналогично напряжение Uz на резисторе 44 пропорционально минимально допустимой температуре в этой зоне.

В системе автоматического регулирования вход 30 усиления усилителя— ограничителя 22 подключен к эадатчику 19, а усилителя — ограничителя

24 — к задатчику 14. Входы 31 усиления усилителей — ограничителей 22 и

24 подключены соответственно к вто- ричным преобразователям 6 и 8. Вход

48 схемы 23 сравнения подсоединен к вторичному преобразователю 8, а схемы 25 сравнения к вторичному преобразователю 10. Выход 32 усилителя40 ограничителя 22 связан с одним из входов регулятора 13, а усилителя— ограничителя 24 — с одним из входов регулятора 15. При этом подсоединение усилителей — ограничителей 22 и 45

24 к регуляторам 13 и 15 произведено встречно по отношению к задатчикам

14 и 16. Поэтому положительные выходные сигналы узла коррекции вычитаются из сигналов задатчиков, а отрицательные складываются с ними.

75 4 на инвертирующем входе усилителя 33— разность К hU где К вЂ” коэффициент в в в передачи делителя 37. Аналогично на делителе 38 положительная разность напряжений д U .= =U — U . а на инвеон н тирующем входе усилителя 34 — разность

К „h U где К„- коэффициент передачи делителя 38. Если при этом напряжение между входами 30 и 31 равно нулю, то напряжение U „ на выходе 32 и на неинвертирующих входах усилителей

33 и 34 также равно нулю. В результате на выходе усилителя 33 имеем положительное напряжение, запирающее диод 35, а на выходе усилителя 34 отрицательное напряжение, запирающее диод 36.

Если между входами 30 и 31 появляется положительное напряжение U,, то на выходе 32 и на неинвертирующих входах усилителей 33 и 34 возникнет отрицательное напряжение U„ = KU,, где К вЂ” коэффициент усиления усилителя 27. Это напряжение увеличивается пропорционально росту U, до тех пор, пока справедливо неравенство

/KU / < /К 4У /. Когда произведение

1 в

KU превысит по абсолютному значению

К 4П, напряжение на выходе усилителя

33 скачком изменится на обратное.и диод 35 откроется. С этого момента рост U прекращается — наступает его

K ограничение на уровне КвбУв.

Поскольку 4У = U — U то с изменением U > напряженйе U ограничиваi 1

К ется на разных уровнях, т.е. уровень ограничения зависит от выходного сигнала преобразователя 8 (фиг. 1).

При уменьшении U, начиная со значений, удовлетворяющих неравенству /KU,/>/К 6U /, процесс изменения

П„ повторяется в обратном направлении: вначале сохраняется ограничение на уровне К8 4Б, а затем происходит его уменьшение. С уменьшением напряжения между входами 30 и 31 в область отрицательных значений U1 на выходе

32 получаем положительное напряжение

U< которое ограничивается на уровне

К дБ„ путем аналогичного изменения н состояний усилителя 34 и диода 36.

Принцип действия узла 20 коррекции состоит в следующем.

Путь на вход 48 подано напряжение

U согласно полярности, обозначенной на фиг. 2, причем U U U„. Тогда на делителе 37 имеем отрицательную разность напряжений аУ„= 0 — U, а

Поскольку 4У = U — U то с изменением U напряжение U„ ограничивается на разных уровнях, т ° е. уровень ограничения зависит от выходного сигнала преобразователя 8 (фиг.1)

При уменьшении U< начиная со значений, удовлетворяющих неравенству

5 13

/KU1/> / К дПв /, процесс изменения U „ ,повторяется в обратном направлении: вначале сохраняется ограничение на уровне К дП, а затем проис" а ходит его уменьшейие. С уменьшением напряжения между входами 30 и 31 в область отрицательных значений U „ на выходе 32 получаем положительное напряжение П, которое ограничивается на уровне К,hU путем аналогичнон н го изменения состояний усилителя 34 и диода 36.

Поскольку вход 30 усилителя — ограничителя 22 подключен к задатчику

19, а вход 31 — к вторичному преобра. зователю 6, то положительному напряжению U соответствует отрицательное приращение температуры а Т„ и наоборот. Отрицательное напряжение U> вызывает на выходе усилителя — ограничителя 22 положительное напряжение U, прикладываемое к регулятору

13 встречно с напряжением задатчика.

Значит, положительному приращению температуры aT,на входе узла 20 коррекции соответствует отрицательное корректирующее воздействие д Т на входе регулятора 13.

Приложенное к входу 48 схемы 23 сравнения напряжение U от вторичного преобразователя 8 пропорционально температуре Т в первой сварочной зоне 2. Напряжения U u Uz на резисторах 43 и 44 пропорциональны соответственно максимально допустимому значению температуры Т и минимальВ но допустимому значению в этой зоне.

Поэтому аТв = Т - Тб=U - U =aU (1) аТм = Т - Тн-15 1Уя а Ц (2) причем дТ сО (3) (4)

Благодаря тому, что положительное напряжение U ограничивается на уровне К„аб„,,а отрицательное— на уровне К аП, всегда выполняется следующее условие; корректирующее

:воздействие аТ „ ограничивается на уровне, зависящем от той из разностей а Т или Тн, с которой в данный момент дТ совпадает по знаку.

Изложенное выше справедливо в гакой же мере для узла 21 коррекции.

Необходимо только в соответствии с зонами лечи изменить цифровые индексы в обозначениях параметров: цифру заменить на 2, а цифру 2 — на 3.

/аТ„/ с/ К„аТ„/; (5)

/аТк/ / K„aT„/

В обоих случаях поступившее на вход регулятора 13 воздействие -hT к приводит к тому, что регулятор 13 вырабатывает регулирующее воздейст83075 6

Система работает следующим образом.

В исходном состоянии при постоян5 ных производительности печи и параметрах посада, которые наилучшим

I образом соответствуют установившемуся темпу прокатки, с помощью задатчиков 14, 16 и 18 установлены необходи10 мые значения температуры в зонах

2-4. Эти температуры поддерживаются в нужных пределах посредством локальных систем автоматического контроля и стабилизации температуры по зонам печи. Например, в первой сварочной зоне 2 стабилизация температуры обеспечивается с помощью первичного преобразователя 7, вторичного преобразователя 8, регулятора 13, задат20 чика 14, исполнительного механизма и регулирующего органа этой зоны (не показаны). Задатчик 19 установлен в такое положение, при котором

его выходной сигнал равен выходному

25 сигналу вторичного преобразователя

6. Зоны нечувствительности по входам усиления усилителей — ограничителей

22 и 24 подобраны так, что установившиеся колебания температуры в зонах, З0 вызванные работой локальных систем автоматического регулирования, эти усилители не воспринимают, значит, не оказывают влияния на работу этих систем.

Допустим, что установившийся режим нагрева нарушился вследствие ощутимого изменения параметров посада, например, повьппения его температуры вьппе зоны нечувствительности усилите40 ля — ограничителя 22.

Когда более нагретый металл приближается к месту установки в металлургической зоне f первичного преобразователя 5, повьппается напряжение на выходе вторичного преобразователя 6. Это означает, что на входах блока коррекции имеется положительное приращение температуры 4 Т,, в соответствии с которым узел 20 кор50 рекции выработает отрицательный сигнал коррекции-аТ . При этом возможк ны два исхода:

1383075 вие, направленное на понижение температуры в зоне 2. В результате наблюдаются следующие эффекты.

Вследствие связи между зонами.1 и 2 понижается температура в методической зоне 1, что в определенной мере замедляет нагрев этого более горячего металла и способствует стабилизации режима нагрева в последующих зонах.

В соответствии с динамическими характеристиками печи. постепенно понижается на величину и Т темпера„2 тура Т в первой сварочной зоне 2.

Это — основное упреждающее воздействие, исключающее перегрев металла.

Понижение температуры в зоне 2 происходит до тех пор, пока выходной сигнал вторичного преобразователя 8 не уравновесит на входе регулятора 13 сигнал от узла 20 коррекции, т.е. пока не установится равенство дт. = ат,. (7)

Если Т„удовлетворяет выражению (5), то равенство (7) устанавливается главным образом за счет ростааТ

2 и.незначительного уменьшения дТ,„, вызванного понижением температуры

Т„ в методической зоне 1. Если же справедливо выражение (6), то равенство (7) устанавливается благодаря росту Т2 с одной стороны и уменьшению дТ за счет действия отрицательной обратной связи через схему 23 сравнения и усилитель — ограничитель 22 с другой. Действительно, в соответствии с выражением (2) понижение температуры Т приводит к уменьшению дТ„, что в силу выражения (6) влечет за собой уменьшение Т

Кроме схемы 23 сравйения и регулятора 13, отрицательное приращение температуры дТ воспринимается так2 же усилителем — ограничителем 24.

Блок 2 1 коррекции вырабатывает аналогичное положительное корректирующее воздействие, которое вызывает регулирующее воздействие регулятора

15, направленное на повьппение температуры Т во второй сварочной зоне

3. Тем самым компенсируется недогрев более ранней партии металла, находящегося в первой сварочной зоне 2, из — за понижения в ней температуры.

Вследствие ограничения сигнала коррекции д Т на уровне К „д Т понижение температуры в первой сварочной зоне 2 может оказаться недостаточным для компенсации резкого скачка температуры посада в методической зоне 1. В этом случае с подхо5 дом более горячего металла в первую сварочную зону 2 в ней преобразователями 7 и 8 отмечено повьппение температуры Т, а на входах усилителяограничителя 24 положительное ее приращение д Т . В результате узел 21 коррекции и регулятор 15 срабатывают на понижение температуры Т во второй сварочной зоне 3, чем достигается дополнительная компенсация повьппения температуры посада.

При понижении температуры посада блоки 20 и 21 коррекции совместно с регуляторами 13 и 15 вырабатывают регулирующие воздействия, которые

20 приводят к эффектам, обратным по

1 сравнению с описанными, чем достигается компенсация изменения температуры посада.

Таким образом, узлы 20 и 2 1 кор25 рекции обеспечивают упреждающее перераспределение температур по зонам печи, направленное как на компенсацию изменения температуры посада, так и на предотвращение недогрева

З0 или оплавления металла, ранее загруженного в печь.

Допустим теперь, что установившийся режим нагрева нарушился повышением производительности печи.

В этом случае средства измерения

35 температуры отметят ее понижения по всех зонах, причем это понижение будет тем больше, чем ближе к началу печи (по ходу металла) находится

4 точка измерения. Сигналы от вторич" ,ных преобразователей 8, 10 и 12 на входах регуляторов 13, 15 и 17 уменьшатся, вследствие чего регуляторы выработают регулирующие воздействия, 45 направленные на повышение температуры во всех зонах печи. Как показывает практика, эти регулирующие воздействия — результат работы локальных систем стабилизации температуры в зонах — являются недостаточными для компенсации существенных измерений производительности печи.

Дополнительные регулирующие воздействия обеспечиваются с помощью узлов 20 и 21 коррекции. С повьппением производительности печи на входах

55 усиления усилителя — ограничителя

22 появляется отрицательное приращение температуры дТ, а усилителяся возможность увеличения коэффициента пропорциональности между корректирующим воздействием и приращением температуры в предыдущей зоне, и

5 значит, расширения диапазона корректирующих воздействий.

Формула изобретения

1. Способ автоматического регулирования температуры в методической печи, включающий измерение температуры в зонах и ее стабилизацию с коррекцией воздействиями, пропорциональными приращениям температуры в предыдущих по ходу металла зонах, отличающийся тем, что, с целью повышения качества нагрева

20 путем расширения диапазона корректирующих воздействий, дополнительно определяют разности между корректируемой температурой и заданными максимальным и минимальным ее значе25 ниями, выбирают из них разность, совпадающую по знаку с приращением температуры в предыдущей зоне, и устанавливают корректирующее воздействие на уровне, определяемом заданЗ0 ным соотношением этого воздействия с выбранной разностью.

2. Система автоматического регулирования температуры в методической печи, содержащая средства измерения температуры по зонам печи, задатчики и локальные регуляторы температуры, а также узлы коррекции по числу зон с корректируемой температурой, отличающаяся тем, что, с целью повышения качества нагрева путем расширения диапазона корректирующих воздействий, узлы коррекции дополнительно содержат усилители. — ограничители с автоматически управляемыми верхними

45 уровнями ограничения сигналов обеих полярностей, каждый из которых входами ограничения соединен с выходами соответствующей дополнительно введенной схемы сравнения температуры в данной зоне с заданными предельными ее значениями в этой зоне, входами усиления — с задатчиком и средством измерения температуры в предыдущей зоне, а выходом — с входом регулятора температуры в данной зоне.

9 1383075 1О ограничителя 24 — отрицательное приращение ьТ, причем /аТ /)/дТ, /.

Одновременно уменьшатся температуры

Т и Тз на входах схем 23 и 25 срав- нения, что в соответствии с выражениями (1) и (3) приводит к увеличению 6Т 8 в сварочных зонах 2 и 3.

Так как изменение Т> более глубокое, ем Tç, то увеличение aT в зоне 2 10 будет большим, чем в зоне 3 °

В свою очередь, корректирующее воздействие на выходе узла 20 коррекции будет большим, чем на выходе такого же узла 21. Регуляторы 13 и

15 вырабатывают регулирующие воздействия, пропорциональные дТ в обеих зонах и направленные на повышение в них температуры. Тем самым обеспечивается нагрев металла до необходимой температуры при повышенной производительности печи. При этом регулирующее воздействие в зоне 2 более сильное, чем в зоне 3, что обеспечивает наиболее экономичный режим нагрева.

Как и в описанном случае, температуры в зонах печи повышаются до тех пор, пока их приращения на входах регуляторов не уравновесят корректи-, рующие воздействия на других входах этих регуляторов. Однако в данном случае равновесие обеспечивается как за счет роста приращений температуры, так и за счет уменьшения корректирующих воздействий.

При уменьшении производительности.печи работа системы аналогична с — . той разницей, что знаки приращений корректирующих и регулирующих воздействий изменяются на противоположные.

При изменении массы заготовок, загружаемых в печь, система в начаФ ле реагирует аналогично случаю с изменением температуры посада, а затем, по мере приближения этого металла к ahnopy из печи, аналогично изменению производительности печи.

Благодаря тому, что в решении корректирующее воздействие изменяется в зависимости от корректируемой температуры, отсутствует опасность недогрева или оплавления ранее загруженного металла по причине этого .воздействия. Тем самым обеспечивает1383075

Составитель А.Абросимов

Редактор Е.Папп Техред.А.Кравчук

Корректор В.Бутяга

Подписное

Тираж 561

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 3824

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4