SU1662018A1 - Method of control of heating in multizone induction plant - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к электротехнике. Цель изобретени  - повышение качества управлени  нагревом при переменных теплофизических параметрах нагреваемого издели . Непрерывно контролируют температуры всех зон, определ ют зону с минимальным значением относительной температуры и подают мощность в эту зону до тех пор, пока значение ее температуры не превысит на заданную величину минимальное значение относительных температур всех зон. 5 ил.The invention relates to electrical engineering. The purpose of the invention is to improve the quality of heating control with variable thermophysical parameters of the heated product. The temperatures of all zones are continuously monitored, the zone with the minimum relative temperature is determined, and power is supplied to this zone until its temperature exceeds the minimum value of the relative temperatures of all zones by a specified amount. 5 il.

Description

Изобретение относитс  к электротермии и может быть использовано в многозонных технологических установках индукционного нагрева в металлургии, машиностроении и других област х.The invention relates to electrothermal and can be used in multi-zone technological installations of induction heating in metallurgy, mechanical engineering and other areas.

Цель изобретени  - повышение качества управлени  нагревом при переменных теплофизических параметрах нагреваемого издели .The purpose of the invention is to improve the quality of heating control with variable thermophysical parameters of the heated product.

На фиг.1 представлен график нагрева по предлагаемому способу; на фиг.2 и 3 - то же, частные случаи; на фиг.4 - устройство дл  реализации предлагаемого способа; на фиг,5 - блок-схема алгоритма нагрева.Figure 1 presents a graph of the heating of the proposed method; 2 and 3 - the same, special cases; 4 shows a device for implementing the proposed method; Fig, 5 is a block diagram of the heating algorithm.

Устройство содержит три блока 1-3 нагрузок из колебательных контуров и зон нагрева . Колебательные контуры соединены в последовательную группу и питаютс  от высокочастотного инвертора 4, частота которого задаетс  программируемым генератором 5. Работой программируемого генератора 5 управл ет ЭВМ 6. Измерение и ввод значений температур нагреваемыхThe device contains three blocks 1-3 loads of oscillatory circuits and heating zones. The oscillatory circuits are connected in a sequential group and are powered by a high-frequency inverter 4, the frequency of which is set by the programmable generator 5. The operation of the programmable generator 5 is controlled by the computer 6. The measurement and input of the temperatures of the heated

зон блоков 1-3 нагрузок осуществл ютс  с помощью устройства 7 ввода аналоговой информации.zones of load units 1-3 are performed using an analog information input device 7.

Способ осуществл ют следующим образом .The method is carried out as follows.

В период времени (t0, ti) нагреваетс  зона 1 (фиг.1). В момент времени ti относительна  температура© нагреваемой зоны 1 превышает минималь-ную из ненагреваемых зон относительную температуру зоны 2 на величину заданной точности управлени  д. Далее нагреваемой становитс  зона 2 до тех пор, пока ее относительна  температура не превысит относительную температуру зоны 3 на величину д, т.е. до момента времени хз. Из этого следует, что величина переменной составл ющей относительной температуры всех зон в процессе нагрева не превышает заданную величину точности управлени  д.In the time period (t0, ti), zone 1 is heated (Fig. 1). At time ti, the relative temperature © of the heated zone 1 exceeds the minimum temperature of zone 2 of the non-heated zones by the value of the specified control accuracy. Then zone 2 becomes heated until its relative temperature exceeds the relative temperature of zone 3 by i.e. before the time xs. From this it follows that the value of the variable component of the relative temperature of all zones in the heating process does not exceed the specified value of the control accuracy g.

Рассмотрим случай увеличени  скорости нагрева зоны 1 на примере уменьшени  теплоемкости и увеличени  мощности в проЁLet us consider the case of an increase in the heating rate of zone 1 by the example of a decrease in heat capacity and an increase in power in

ОABOUT

о ю оoh oh

0000

ессе нагрева, происход щих в момент вреени (фиг.2). В этом случае нагрев зоны 1 родолжаетс  в течение меньшего, чем в предыдущих циклах, времени (ti, t2). При неизменных услови х нагрева это врем  составл ет интервал {ti, Тз). В любом из этих случаев мгновенна  разность относительных температур зон не превышает заданную величину точности управлени  д. На фиг.З представлен график нагрева дл  случа  большой разности начальных температур. Допустим, к моменту начала нагрева относительные температуры имеют следующиеEssay heating occurring at the time of time (Fig.2). In this case, the heating of zone 1 is continued for a shorter time (ti, t2) than in the previous cycles. Under unchanged heating conditions, this time is the interval {ti, Tz). In any of these cases, the instantaneous difference of the relative temperatures of the zones does not exceed the specified value of the control accuracy g. Figure 3 shows the heating graph for the case of a large difference in the initial temperatures. Suppose that by the time of the start of heating the relative temperatures have the following

величины 0 ©2 0з, Первой начинает нагреватьс  зона с минимальной относительной температурой, т.е. зона 1. Ее нагрев продолжаетс  до тех пор, пока относительна  температура этой зоны не превысит на заданную величину точности управлени  д относительную температуру зоны 2. Это происходит к моменту времени ti, после чего зоны мен ютс  рол ми. С момента времени т.2, когда относительна  температура нагреваемой в этот момент зоны 2 превы- шает максимальную из всех относительных температур, точность процесса нагрева не выходит из трубки заданной точности управлени  д, т.е. величина переменной составл ющей относительных температур стабилизируетс  и не превышает величину д.values of 0 © 2 0z, the first begins to heat up the zone with the minimum relative temperature, i.e. zone 1. Its heating continues until the relative temperature of this zone exceeds by a specified amount of control accuracy and the relative temperature of zone 2. This occurs by the time ti, after which the zones change their roles. From time point 2, when the relative temperature of zone 2 heated at this moment exceeds the maximum of all relative temperatures, the accuracy of the heating process does not come out of the tube of a given control accuracy, i.e. the value of the variable component of relative temperatures stabilizes and does not exceed the value of d.

Выполнение программы0(блок-схема программы управл ющей ЭВМ 6 представлена на фиг.5) начинаетс  с ввода установленных конечных Ok с пульта ЭВМ (блок 8). Одновременно задаетс  номер зоны, с которой начинаетс  нагрев (блок 9). Следующий блок 10 осуществл ет вывод частоты соответствующей зоны, номер которой равен т. В блоке 11 осуществл етс  ввод температу- ры очередной зоны. В блоке 12 определ етс  относительное значение введенной температуры путем делени  текущей температуры зоны ©ад на установленное конечное значение этой зоны. Блок 13 производит вычисление среднего значени  температур зон дл  j измерений, Дл  этого используетс  формулаThe execution of program 0 (the block diagram of the program of the control computer 6 is shown in FIG. 5) begins with the input of the set end Ok from the computer console (block 8). At the same time, the number of the zone from which heating starts begins (block 9). The next block 10 performs the output of the frequency of the corresponding zone, whose number is equal to t. In block 11, the temperature of the next zone is entered. In block 12, the relative value of the entered temperature is determined by dividing the current temperature of the zone ad by the set final value of this zone. Unit 13 calculates the average temperature of the zones for j measurements. For this, the formula

&„ -O-ijefr-n + Qiin& „-O-ijefr-n + Qiin

jj

где Оэд - среднее значение температуры 1-й зоны, вычисл емое дл  j измерений. Указанна  формула позвол ет вычислить среднее значение, использу  лишь вычисленное дл  (j-1)-ro измерени  среднее значение и j-e измерение. Это позвол ет экономить пам ть , не нужно хранить все измеренные значени  и достаточно использовать дл  вычислений лишь две  чейки пам ти дл  каждой зоны. Блок 14 производит анализ концаwhere Oed is the average temperature of the 1st zone, calculated for j measurements. This formula allows to calculate the average value using only the average value calculated for the (j-1) -ro measurement and the j-e measurement. This saves memory, it is not necessary to store all measured values and it is sufficient to use only two memory cells for each zone for calculations. Block 14 analyzes the end

цикла измерений температур всех зон. При отсутствии признака конца цикла через блоки 15 и 11 вводитс  температура очередной зоны, При наличии признака конца цикла выполн етс  блок 16, где осуществл етс cycle temperature measurements of all zones. In the absence of a sign of the end of the cycle, the next zone temperature is entered through blocks 15 and 11. If there is a sign of the end of the cycle, block 16 is performed, where

0 сравнение средней относительной темпе de0 comparison of average relative tempo de

ратуры нагреваемой зоны ©т со средней относительной температурой каждой зоны,the temperature of the heated zone © t with the average relative temperature of each zone,

увеличенной на сг-(0| +0). Через блоки 5 17 и 11 осуществл етс  ввод температуры очередной зоны. В блоке 18 провер етс  достижение температуры нагреваемой зоны ее конечного значени , Если установленное конечное значение температуры 0 достигнуто, производитс  остановка выполнени  программы (блок 19). В противном случае выполн етс  блок 20, в котором происходит сортировка средних за циклincreased by cr- (0 | +0). Through the blocks 5-17 and 11, the temperature of the next zone is entered. In block 18, it is checked that the temperature of the heated zone reaches its final value. If the set final temperature value 0 is reached, the program execution is stopped (block 19). Otherwise, block 20 is performed, in which the sorting of the average per cycle occurs.

,,

значений температур зон (Э| и выбираетс values of temperature zones (E | and select

5five

минимальное значение mln 0j. Значение i,the minimum value is mln 0j. I value

соответствующее минимальному значениюcorresponding to the minimum value

0i , равно номеру зоны т, котора  нагреваетс  следующей. В блоке 21 переменной j0i is equal to the zone number t, which is heated next. In block 21, the variable j

0 присваиваетс  значение 1, что соответствует возобновлению вычислени  средних значений температур.0 is assigned the value 1, which corresponds to the resumption of the calculation of average temperatures.

Апробаци  способа проводилась в лабораторных услови х. Индукторы колеба5 тельных контуров нагрузок 1-3 выполнены идентичными, различные резонансные частоты контуров достигались измерением величин емкости компенсирующих конденсаторов. Инвертор 4 выполнен пб несимметричнойThe method was tested in laboratory conditions. The inductors of oscillatory circuits of loads 1–3 are made identical, different resonant frequencies of the circuits were achieved by measuring the capacitance values of the compensating capacitors. Inverter 4 is made asymmetric by PB

0 схеме и рассчитан на мощность 100 кВт и выходную частоту 2400 Гц.0 circuit and is designed for a power of 100 kW and an output frequency of 2400 Hz.

Установленные конечные значени  температур выбраны следующими:The set end temperatures are selected as follows:

5©И 850°С; Gk2 800°С; Оьз 90Q°C,5 ° and 850 ° C; Gk2 800 ° C; Oz 90Q ° C,

Врем  нагрева до установленных значений температур составило 1440°С при мощности источника 30 кВт. Разность междуThe heating time to the set temperatures was 1440 ° C with a source power of 30 kW. Difference between

0 относительными значени ми емператур зон в течение всего процесса нагрева не превысила величины переменной составл ющей (5, выбранной равной 0,003.The relative values of the zone temperatures during the whole heating process did not exceed the value of the variable component (5, chosen equal to 0.003.

Использование предлагаемого способаUsing the proposed method

5 позвол ет улучшить качество нагрева деталей за счет стабилизации уровн  пульсаций температуры нагреваемого тела по заданной величине. В результате ограничиваетс  по вление таких нежелательных5 makes it possible to improve the quality of heating of parts by stabilizing the level of temperature fluctuations of the heated body at a given value. As a result, the occurrence of such undesirable

 влений, как пластическа  деформаци , локальные разрывы, микротрещины и т.п.phenomena such as plastic deformation, local fractures, microcracks, etc.

Форму-ла изобретени  Способ управлени  нагревом в многозонной индукционной установке, содержащей по меньшей мере три тепловые зоны в виде параллельных колебательных контуров , настроенных на различные резонансные частоты и подключенных к общему источнику питани  с переменной выходной частотой тока, при котором контролируют температуру нагрева всех тепловых зон, определ ют относительные значени  этих температур и поочередно измен ют врем Formula of the invention. A method for controlling heating in a multi-zone induction installation comprising at least three thermal zones in the form of parallel oscillating circuits tuned to different resonant frequencies and connected to a common power source with a variable output frequency of current at which the heating temperature of all thermal zones is controlled , determine the relative values of these temperatures and alternately change the time

работы источника на резонансных частотах контуров в функции значений относительных температур, отличающийс  тем, что, с целью повышени  качества управлени  нагревом при переменных теплофизи- ческих параметрах нагреваемого издели , непрерывно определ ют зону с минимальным значением относительной температуры , настраивают частоту источника вsource operation at the resonant frequencies of the circuits as a function of relative temperature values, characterized in that, in order to improve the quality of heating control with variable thermophysical parameters of the heated product, the zone with the minimum relative temperature is continuously determined

резонанс с колебательным контуром этой зоны и поддерживают ее до тех пор, пока значение относительной температуры этой зоны не превысит на заданную величину минимальное из значений относительныхresonance with the oscillatory contour of this zone and maintain it until the relative temperature of this zone exceeds the minimum of the relative values

температур остальных зон.temperatures of the remaining zones.

to ti 3to ti 3

Фиг, 2 t г зFig, 2 t g s

ii

Фие.1Phie.1

Фиг. 3.FIG. 3

ФигЛFy

Г R

С % )WITH % )

В8од Вы , ,}s1You,, s1

J Выбод fmJ Select fm

г //- g // -

П BBodQi(j)P BBodQi (j)

.$ (НвШ-П+вШ. $ (НвШ-П + вШ

л Z l z

mm Si 9, 3mm Si 9, 3

/л/ l

Claims (3)

Формула изобретенияClaim Способ управления нагревом в многозонной индукционной установке, содержащей по меньшей мере три тепловые зоны в виде параллельных колебательных контуров, настроенных на различные резонансные частоты и подключенных к общему источнику питания с переменной выходной частотой тока, при котором контролируют температуру нагрева всех тепловых зон, определяют относительные значения этих температур и поочередно изменяют время работы источника на резонансных частотах контуров в функции значений относительных температур, отличающийся тем, что, с целью повышения качества управле5 ния нагревом при переменных теплофизических параметрах нагреваемого изделия, непрерывно определяют зону с минимальным значением относительной температуры, настраивают частоту источника в 10 резонанс с колебательным контуром этой зоны и поддерживают ее до тех пор, пока значение относительной температуры этой зоны не превысит на заданную величину минимальное из значений относительных 15 температур остальных зон.The method of controlling heating in a multi-zone induction installation containing at least three thermal zones in the form of parallel oscillatory circuits tuned to different resonant frequencies and connected to a common power source with a variable output current frequency at which the heating temperature of all thermal zones is controlled, determines the relative values these temperatures and alternately change the operating time of the source at the resonant frequencies of the circuits as a function of the values of the relative temperatures, characterized in that , in order to improve the quality of heating control at variable thermophysical parameters of the heated product, continuously determine the zone with the minimum value of the relative temperature, set the frequency of the source to 10 resonance with the oscillatory circuit of this zone and maintain it until the value of the relative temperature of this zone exceeds by a given value, the minimum of the values of the relative 15 temperatures of the remaining zones. Фиг.1Figure 1 I I ______1_1__LI I ______1_1__L Фиг.FIG. 22 Вбод θκί p/fl-J.-----4 Выбод f/n --TZZ г// .Free θκί p / fl-J .----- 4 Choice f / n --TZZ g //. ввод 8/(/)input 8 / (/) Λα men 8/ =Λα men 8 / = 3_________ г-гг-!—3_________ yy -! - ГG Фиг 5Fig 5