SU1383075A1 - Способ автоматического регулировани температуры в методической печи и система дл его осуществлени - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к автоматизации методических нагревательных печей прокатных станов. Целью изобретени   вл етс  повышение качества нагрева за счет расширени  диапазона корректирующих воздействий на стабилизацию температуры в отапливаемых зонах по приращению температуры нагреваемого металла в предшествующих зонах путем использовани  ее зависимости от корректируемой температуры. Согласно изобретению определ ют разности между корректируемой температурой и заданными максимальными и минимальными ее значени ми, выбирают из них разность, совпадающую по знаку с приращением температуры в предыду- , щей зоне 1, и ограничивают корректи (О (Л с

Description

11

со

00

сд

Фиг.1

ругощсе возде1Чствие на уровне, определ емом заданным соотношением этого воздействи  с выбранной разностью. Узлы 20, 21 коррекции системы регулировани  дополнены усилител ми - ограничител ми 22, 24 с автоматически управл емыми верхними уровн ми ограничени  сигналов обеих пол рностей , каждый из которых входами ограничени  св зан с выходами соответствующей дополнительно введенной схемы

Изобретение относитс  к автоматизации методических нагревательных печей и предназначено дл  использовани  в черной металлургии при нагреве метаил- ла перед прокаткой.

Цель изобретени  - повышение качества нагрева путем расширени  диапазона корректирующих воздействий.

На фиг, 1 показана структурна  схема системы автоматического регу- лировани ; на фиг, 2 - структурна  схема узла коррекции.

Система автоматического регулировани  показана применительно к методической печи, состо щей из следующих верхних зон: методической зоны 1, первой сварочной зоны 2, второй сварочной зоны 3 и томильной зоны 4,

Дл  измерени  температуры в зонах установлены последовательно соединен- ные первые и вторые преобразователи 5 и 6 дл  методической зоны 1, дл  первой сварочной зоны 2 преобразователи 7 и 8, дл  сварочной зоны 3 преобразователи 9 и 10, дл  томильной Г зоны 4 преобразователи 11 и 12,

В первой сварочной зоне 2 к выходу вторичного преобразовател  8 подключен регул тор 13, второй вход которого св зан с задатчиком 14, Ана- логично во второй сварочной зоне 3 к преобразователю 10 подключен регул тор 15 с задатчиком 16, а в томильной зоне 4 к преобразователю 12 - регул тор 17 с задатчиком 18,

Перечисленные узлы образуют локальные системы автоматического контрол  и стабилизации температуры по зонам печи. Исполнительные механизмы и

23, 25 сравнени  температуры в данной зоне с заданными предельными ее значени ми в этой зоне, входами усилени  - с задатчиком 19 и преобразовтелем 6 температуры в предьдущей зоне , а выходом - с входом регул тора 13 температуры в данной зоне. За счет этого достигаетс  экономи  топлива на 2 кг условного топлива на 1 т нагреваемого металла, 2 с,п. ф-лы, 3 ил.

0

5

5

регулирующие органы этих систем не показаны.

Локальна  система методической зоны 1 содержит задатчик 19, а локальные системы первой сварочной зоны 2 и второй сварочной зоны 3 - узлы

20и 21 коррекции, в св зи с чем эти зоны  вл ютс  зонами с корректируемой температурой.

Узел 20 коррекции.содержит усилитель - ограничитель 22 и схему 23 сравнени , предназначенную дл  сравнени  температуры в зоне 2 с предельными ее значени ми в зтой зоне. Узел

21коррекции устроен аналогично и содержит усилитель - ограничитель

24 и схему 25 сравнени , предназначен- ную дл  сравнени  температуры во второй сварочной зоне 3с предельными ее значени ми в зтой зоне.

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

Усилитель - ограничитель 22 содержит охваченньй обратной св зью через резистор 26 операционный усилив тель 27, входы которого совместно с резисторами 28 и 29 образуют входы 30 и 31 усилени  усилител  - ограничител  22, Выходом 32 этого усилител  - ограничител , предназначенным дл  св зи с регул тором 13 (фиг, 1),  вл етс  непосредственно выход усилител  27, К этому выходу подключены неинвертирующие входы операционных усилителей 33 и 34, к выходам которых подсоединены включенные встречно диоды 35 и 36, соединенные вторыми

своими с инвертирующим входом усилител  27, Инвертирующие входы операционных усилителей 33 и 34 соединены со средними точками регулируемых делителей 37 и 38 напр жени  соответственно . Обща  точка этих делителей , а также вход 31 усилени , заземлены . Вторые шины делителей 37 и 38 соединены с входами 39 и 40 ограничени  усилител  - ограничител  22 соответственно. Вход 39 соединен с выходом 41, а вход 40 с выходом 42 схемы 23 сравнени . В состав последней вход т резисторы 43-46, между точками соединени  двух первых и двух вторых из них подключен источник 47 стабилизированного питани . К точке соединени  положительного полюса источника 47с резисторами 43 и 44 под - | ключена положительна  шина входа 48 схемы 23 сравнени . Соотношение сопротивлений резисторов 43 и 45 подобраны так, что напр жение U« на первом из них пропорционально максимально допустимой температуре в зоне 2, Аналогично напр жение U

10

15

на инвертирующем входе усилител  33 - разность К ли где К - коэффициент передачи делител  37. Аналогично на делителе 38 положительна  разность напр жений д U . U - U . а на инвертирующем входе усилител  34 - разность где коэффициент передачи делител  38. Если при этом напр жение и между входами зи и 31 равно нулку то напр жение U на вьтходе 32 и на неинвертирующих входах усилителей 33 и 34 также равно нулю. В результате на выходе усилител  33 имеем положительное напр жение, запирающее диод 35, а на выходе усилител  34 - отрицательное напр жение, запирающее диод 36.

Если между входами 30 и 31 по вл етс  положительное напр жение U , то на выходе 32 и на неинвертирующих входах усилителей 33 и 34 возникнет отрицательное напр жение U KU , где К - коэффициент усилени  усилител  27. Это напр жение увеличиваетс  пропорционально росту U, до тех ncfp, пока справедливо неравенство /ки / /К &Ug/. Когда произведение Ки превысит по абсолютному значению КаДи„, напр жение на выходе усилител 

о

33 скачком изменитс  на обратное.и диод 35 откроетс . С этого момента рост U| прекращаетс  - наступает его ограничение на уровне KgCsUg.

Поскольку &Ug, Uj - Ug, то с из20

25

L. на резисторе 44 пропорционально минимально допустимой температуре в этой зоне, В системе автоматического регулировани  вход 30 усилени  усилител  - ограничител  22 подключен к задатчи- ку 19, а усилител  - ограничител  24 - к задатчику 14. Входы 31 усилени  усилителей - ограничителей 22 и

24 подключены соответственно к вто- менением Uj напр жение U ограничивав ричным преобразовател м 6 и 8„ Вход етс  на разных уровн х, т.е. уровень 48 схемы 23 сравнени  подсоединен к ограничени  зависит от выходного сиг- вторичному преобразователю 8, а схе- нала преобразовател  8 (фиг. 1). мы 25 сравнени  к вторичному преобра- При уменьшении U ,, начина  со

значений, удовлетвор ющих неравенству &Ug/, процесс изменени  и. повтор етс  в обратном направлении: вначале сохран етс  ограничение на уровне Kg дП , а затем происходит 45 его уменьшение. С уменьшением напр жени  между входами 30 и 31 в область отрицательных значений U. на выходе 32 получаем положительное напр жение и, которое ограничиваетс  на уровне 50 К uU путем аналогичного изменени  состо ний усилител  34 и диода 36.

зователю 10. Выход 32 усилител  - ограничител  22 св зан с одним из входов регул тора 13, а усилител  - ограничител  24 - с одним из входов регул тора 15. При этом подсоединение усилителей - ограничителей 22 и 24 к регул торам 13 и 15 произведено встречно по отношению к задатчикам 14 и 16. Поэтому положительные выходные сигналы узла коррекции вычитаютс  из сигналов задатчиков, а отрицательные складываютс  с ними.

Принцип действи  узла 20 коррекции состоит в следующем.

Путь на вход 48 подано напр жение Ug согласно пол рности, обозначенной на фиг. 2, причем UgV U, U. Тогда на делителе 37 имеем отрицательную разность напр жений uU Ug, а

0

5

на инвертирующем входе усилител  33 - разность К ли где К - коэффициент передачи делител  37. Аналогично на делителе 38 положительна  разность напр жений д U . U - U . а на инвертирующем входе усилител  34 - разность где коэффициент передачи делител  38. Если при этом напр жение и между входами зи и 31 равно нулку то напр жение U на вьтходе 32 и на неинвертирующих входах усилителей 33 и 34 также равно нулю. В результате на выходе усилител  33 имеем положительное напр жение, запирающее диод 35, а на выходе усилител  34 - отрицательное напр жение, запирающее диод 36.

Если между входами 30 и 31 по вл етс  положительное напр жение U , то на выходе 32 и на неинвертирующих входах усилителей 33 и 34 возникнет отрицательное напр жение U KU , где К - коэффициент усилени  усилител  27. Это напр жение увеличиваетс  пропорционально росту U, до тех ncfp, пока справедливо неравенство /ки / /К &Ug/. Когда произведение Ки превысит по абсолютному значению КаДи„, напр жение на выходе усилител 

П о

33 скачком изменитс  на обратное.и диод 35 откроетс . С этого момента рост U| прекращаетс  - наступает его ограничение на уровне KgCsUg.

Поскольку &Ug, Uj - Ug, то с из0

5

менением Uj напр жение U ограничивав етс  на разных уровн х, т.е. уровень ограничени  зависит от выходного сиг- нала преобразовател  8 (фиг. 1). При уменьшении U ,, начина  со

Поскольку AUg Uj - Ug , то с изменением и„ напр жение U.. ограничива- f.л

ggl етс  на разных уровн х, т.е. уровень ограничени  зависит от выходного сигнала преобразовател  8 (фиг.1)

При уменьшении U , начина  со значений, удовлетвор юпсих неравенству

51

/KU,, Kg&Ug/, процесс изменени  U повтор етс  в обратном направлении: вначале сохран етс  ограничение на уровне К aU „, а затем происходит его уменьшение, С уменьшением напр жени  между входами 30 и 31 в область отрицательных значений U на выходе 32 получаем положительное напр жение U , которое ограничиваетс  на уровне K,|hUj путем аналогичного изменени  состо ний усилител  34 и диода 36.

Поскольку вход 30 усилител  - ограничител  22 подключен к задатчику 19, а вход 31 - к вторичному преобразователю 6, то положительному напр жению U/I Соответствует отрицательное приращение температуры & Т и наоборот . Отрицательное напр жение U вызьшает на выходе усилител  - ограничител  22 положительное напр жение и. , прикладываемое к регул тору 13 встречно с напр жением задатчика. Значит, положительному приращению температуры дТ , на входе узла 20 коррекции соответствует отрицательное корректирующее воздействие 4 Т на входе регул тора 13.

Приложенное к входу 48 схемы 23 сравнени  напр жение Uj от вторичного преобразовател  8 пропорционально температуре первой сварочной зоне 2. Напр жени  U и Uj на резисторах 43 и 44 пропорциональны соответственно максимально допустимому

значению температуры Т и минимальи НО допустимому значению в этой зоне.

Поэтому

ЛТ

в

дГ Т,- Т..и„- и„ йП.

ч

н

причем

uTg 0 }

.

(1) (2)

(3) (4)

Благодар  тому, что положительное напр жение Ui ограничиваетс  на уровне Kf,uU,ca отрицательное - на уровне КдЛи , всегда выполн етс  следующее условие; корректирующее воздействие аТ ограничиваетс  на уровне, завис щем от той из разностей ft Т или ATf|, с которой в данньй момент дТ совпадает по знаку.

Изложенное вьппе справедливо в такой же мере дл  узла 21 коррекции Необходимо только в соответствии с зонами печи изменить цифровые индексы в обозначени х параметров; цифру заменить на 2, а цифру 2 - на 3.

830756

Система работает следующим образом .

В исходном состо нии при посто н- ных производительности печи и параметрах посада, которые наилучшим образом соответствуют установившемус  темпу прокатки, с помощью задатчи- ков 14, 16 и 18 установлены необходи10 мые значени  температуры в зонах 2-4. Эти температуры поддерживаютс  в нужных пределах посредством локальных систем автоматического контрол  и стабилизации температуры по зонам

15 печи. Например, в первой сварочной зоне 2 стабилизаци  температуры обеспечиваетс  с помощью первичного преобразовател  7, вторичного преобразовател  8, регул тора 13, задат20 чика 14, исполнительного механизма и регулирующего органа зтой зоны (не показаны). Задатчик 19 установлен в такое положение, при котором его выходной сигнал равен выходному

25 сигналу вторичного преобразовател  6. Зоны нечувствительности по входам усилени  усилителей - ограничителей 22 и 24 подобраны так, что установившиес  колебани  температуры в зонах,

30 вызванные работой локальных систем автоматического регулировани , эти усилители не воспринимают, значит, не оказьшают вли ни  на работу этих систем.

gg Допустим, что установившийс  режим нагрева нарушилс  вследствие ощутимого изменени  параметров посада, например , повьш1ени  его температуры вьше зоны нечувствительности усилите4Q л  - ограничител  22.

Когда более нагретьй металл приближаетс  к месту установки в металлургической зоне t первичного преобразовател  5, повьшаетс  нарр же/g ние на выходе вторичного преобразова тел  6. Это означает, что на входах блока коррекции имеетс  положитель- , ное приращение температуры 4 Т , в соответствии с которым узел 20 коррекции выработает отрицательный сиг50„ тт

нал коррекции-йТ. При этом возможны два исхода;

/ЛТ / (5) 55 /йТ, К„йТ„/. (6)

В обоих случа х поступившее на вход регул тора 13 воздействие &Т приводит к тому, что регул тор 13 вьфабатывает регулирующее воздейст7

вне, направленное на понижение температуры в зоне 2, В результате наблюдаютс  следующие эффекты.

Вследствие св зи между ,1 и 2 понижаетс  температура в методической зоне 1, что в определенной мере замедл ет нагрев этого более гор чего металла и способствует стабилизации режима нагрева в последующих зонах.

В соответствии с динамическими характеристиками печи-постепенно понижаетс , на величину и Т температура Tg 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 преобразовател  8 не уравновесит на входе регул тора 13 сигнал от узла 20 коррекции, т.е., пока не установитс  равенство

йТ.

(7)

Если U Т удовлетвор ет выражению (5), то равенство (7) устанавливаетс  главным образом за счет ростаU.T и. незначительного уменьшени  лТ., вызванного понижением температуры Т в методической зоне 1. Если же справедливо выражение (6), то равенство (7) устанавливаетс  благодар  росту дТ,2 с одной стороны и уменьшению дТ| за счет действи  отрицательной обратной св зи через схему 23 сравнени  и усилитель - ограничитель 22 с другой. Действительно, в соответствии с вьфажением (2) понижение температуры Т приводит к уменьшению Т , что в силу вьфажени  (6) влечет за собой уменьшение дТ .

Кроме схемы 23 сравнени  и регул тора 13, отрицательное приращение температуры л Т -воспринимаетс  также усилителем - ограничителем 24. Блок 21 коррекции вырабатьгоает аналогичное положительное корректирующее воздействие, которое вызывает регулирующее воздействие регул тора 15, направленное на повьппение температуры Т, во второй сварочной зоне 3. Тем самым компенсируетс  недогрев более ранней партии металла, наход щегос  в первой сварочной зоне 2, из - за понижени  в ней температуры.

Вследствие ограничени  сигнала коррекции &Т(, на уровне К„ лТ по- нижение температуры в первой сварочной зоне 2 может оказатьс  недоста830758

точным дл  компенсации резкого скачка температуры посада в методической зоне 1. В этом случае с подходом более гор чего металла в первую сварочную зону 2 в ней преобразовател ми 7 и 8 отмечено повышение температуры Тр, а на входах усилител  - ограничител  24 положительное ее Q приращение В результате узел 21 коррекции и регул тор 15 срабатывают на понижение температуры TJ во второй сварочной зоне 3, чем достигаетс  дополнительна  компенсаци  повьше- 15 ни  температуры посада.

При понижении температуры посада блоки 20 и 21 коррекции совместно с регул торами 13 и 15 вырабатывают регулирующие воздействи , которые 2Q привод т к эффектам, обратным по

сравн ению с описанными, чем достигаетс  компенсаци  изменени  температуры посада.

Таким образом, узлы 20 и 21 кор- 25 рекции обеспечивают упреждающее перераспределение температур по зонам печи, направленное как на компенсацию изменени  температуры посада, так и на предотвращение недогрева 30 или оплавлени  металла, ранее загруженного в печь.

Допустим теперь, что установившийс  режим нагрева нарушилс  повышением производительности печи.

В этом случае средства измерени  температуры отмет т ее понижени  по всех ионах, причем это понижение будет тем больше, чем ближе к началу печи ( по ходу металла) находитс  точка измерени . Сигналы от вторич- ,ных преобразователей 8, 10 и 12 на входах регул торов 13, 15 и 17 уменьшатс , вследствие че.го регул торы вьфаботают регулирующие воздействи , направленные на повьш1ение температуры во всех зонах печи. Как показывает практика, эти регулирующие воздей стви  - результат работы локальных систем стабилизации температуры в зонах -  вл ютс  недостаточными дл  компенсации существенных измерений производительности печи.

Дополнительные регулирующие воздействи  обеспечиваютс  с помощью узлов 20 и 21 коррекции. С повьш1ени- ем производительности печи на входах усилени  усилител  - ограничител  22 по вл етс  отрицательное приращение температуры йТ а усилител 35

40

45

50

55

9

ограничител  24 - отрицательное приращение йТ,, причем /аТ ,j/. Одновременно уменьшатс  температуры Т 2 и Т, на входах схем 23 и 25 сравHeiraH , что в соответствии с выражени ми (1) и (3) приводит к увеличению uTg в сварочных зонах 2 и 3. Так как изменение Тп более глубокое, чем Т, то увеличение ЛТ . в зоне 2 будет большим, чем в зоне 3.

В свою очередь, корректирующее воздействие на вькоде узла 20 коррекции будет большим, чем на выходе такого же узла 21, Регул торы 13 и 15 вьфабатьгоают регулирующие воздействи , пропорциональные обеих зонах и направленные на повьшгение в них температуры. Тем самым обеспечиваетс  нагрев металла до необходимой температуры при повьпиенной производительности печи. При этом регулирующее воздействие в зоне 2 более сильное, чем в зоне 3, что обеспечивает наиболее экономичньй режим нагрева.

Как и в описанном случае, температуры в зонах печи повышаютс  до тех пор, пока их приращени  на входах регул торов не уравновес т корректирующие воздействи  на других входах этих регул торов. Однако в данном случав равновесие обеспечиваетс  как за счет роста приращений температуры , так и за счет уменьшени  корректирующих воздействий.

При уменьшении производительности , печи работа системы аналогична стой разницей, что знаки приращений корректирующих и регулирующих воздействий измен ютс  на противоположные .

При изменении массы заготовок, загружаемых в печь., система в начале реагирует аналогично случаю с изменением температуры посада, а затем , по мере приближени  этого металла к вЬпсоду из печи, аналогично из- менению производительности печи , Благодар  тому, что в решении корректирующее воздействие измен етс  в зависимости от корректируемой температуры, отсутствует опасность недогрева или оплавлени  ранее загруженного металла по причине этого .воздействи . Тем самым обеспечивает

38307510.

с  возможность увеличени  коэффициента пропорциональности между корректирующим воздействием и приращением температуры в предыдущей зоне, и значит, расширени  диапазона корректирующих воздействий.

5

0

5

0

5

0

5

0

55

Claims (1)

1. Способ автоматического регулировани  температуры в методической печи, включающий измерение тем пературы в зонах и ее стабилизацию с коррекцией воздействи ми, пропорциональными приращени м температуры в предыдущих по ходу металла зонах, отличающийс  тем, что, с целью повьш1ени  качества нагрева путем расширени  диапазона корректирующих воздействий, дополнительно определ ют разности между корректируемой температурой и заданными максимальным и минимальным ее значени ми , выбирают из них разность, совпадающую по знаку с приращением температуры в предыдущей зоне, и устанавливают корректирующее воздействие на уровне, определ емом заданным соотноше.нием этого воздействи  с выбранной разностью.

2 о Система автоматического регулировани  температуруы в методической печи, содержаща  средства измерени  температуры по зонам печи, задатчики и локальные регул торы : температуры, а также узлы коррекции по числу зон с корректируемой температурой , отличающа с  тем, что, с целью повьш1ени  качества нагрева путем расширени  диапазона корректирующих воздействий, узлы коррекции дополнительно содержат усилители. - ограничители с автоматически управл емыми верхними уровн ми ограничени  сигналов обеих пол рн остей, каждый из которых входами ограничени  соединен с выходами соответствующей дополнительно введенной схемы сравнени  температуры в данной зоне с заданными предельными ее значени ми в этой зоне, входами усилени  - с задатчиком и средством измерени  температуры в предыдущей зоне, а выходом - с входом регул тора температуры в данной зоне.

Фие,2