книги из ГПНТБ / Круашвили, З. Е. Автоматизированный нагрев стали

напряжение, соответствующее заданной температуре в данной зоне.

Реле и контактная система обеспечивают последова­ тельную передачу сигналов, имитирующих температуру заготовки, после окончания нагрева ее в данной зоне. Работой контактов управляют реле PI, Р2, РЗ и Р4.

В цепь каждого реле включен пентод, запертый отрица­ тельным сеточным смещением. Вход пентода подключен к выходу апериодического звена. Увеличивающееся по­ ложительное напряжение с выхода апериодического зве­ на постепенно компенсирует отрицательное сеточное смещение пентода. В момент отпирания пентода реле, включенное в цепь этого пентода, срабатывает и пере­ водит свою группу контактов в противоположное состо­ яние. В результате этого начинает работать цепь, ими­ тирующая работу следующей зоны нагрева и т. д.

Таким образом, время поступления данного началь­ ного условия и напряжения, характеризующего нагрев металла в предыдущей зоне, определяется временем, в течение которого напряжение на выходе предыдущего апериодического звена изменится до величины, равной напряжению отпирания пентода.

Результаты моделирования процесса нагрева метал­ ла в зонах подогрева и нагрева хорошо согласуются с расчетными данными. В зоне подогрева максимальное отклонение tn от расчетных не превышает 20 град, а в

степени зависит от средней теплопроводности металла на участке. По приблизительным расчетам уменьшение коэффициента теплопроводности (А.) в среднем в 0,93 раза, что соответствует увеличению содержания угле­ рода на 15% (марка заготовки — сталь 45), приводит

кувеличению постоянной времени в 1,07 раза.

Врезультате моделирования получены графики за­

висимости R) в зоне подогрева (рис. 52, а) и tnii==f (т, R) при ^ніі= 750°С в зоне нагрева (рис. 52,6).

При сравнении кривых с расчетными данными обна­ руживается, что изменение конечной температуры на Л*ніі=50 град (для 7? = 0,085) приводит к изменению температуры печи на А^п= 2 5 град и в то же время к из­

Таким образом, переход от одного режима к друго­ му в зоне подогрева можно осуществлять изменением tn на — 12,5 град. В этом случае конечная температура поверхности средней по массе заготовки в данной зоне будет отличаться на ~ 2 5 град. Для зоны нагрева пе­

реход от одного режима к другому можно осуществлять, изменяя /пі на ~ 15 град (0,3<т<1,2) п на 20 град (т< 1 ,2 ч ).

2.ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЗАИМНОГО ВЛИЯНИЯ ЗОН

ВМЕТОДИЧЕСКИХ ПЕЧАХ

ИУСЛОВИИ ИНВАРИАНТНОСТИ

КОНТУРОВ РЕГУЛИРОВАНИЯ

При построении систем автоматического управления процессом нагрева металла в методических печах иног­ да ошибочно считают, что многозонную печь, с точки зрения автоматического регулирования, можно предста­ вить как совокупность отдельных независимых или ма­ ло зависимых друг от друга контуров регулирования температуры в зонах; причем число контуров регулиро­ вания определяется числом объектов регулирования — отапливаемых зон печи. На самом деле вследствие вза­ имного влияния отапливаемых зон необходимо систему строить с учетом взаимосвязей между контурами регу­ лирования.

Указанные задачи можно решить при использовании моделирующих установок. Для построения системы ре­ гулирования необходимо экспериментально изучить ав­ томатизируемый объект, определить все необходимые характеристики и связи между входными и выходными величинами процесса. Знание этих характеристик и свя­ зей позволит создать модель автоматизированного объ­ екта, которую можно реализовать на аналоговой моде­ лирующей установке. Использование модели позволит изучить влияние отдельных возмущающих воздействий на работу объекта, разработать и смоделировать си­ стему управления, выбрать ее наилучшую структуру, удовлетворяющую требованиям технологии, определить параметры этой системы.

Экспериментальное исследование большого числа ха­ рактеристик различных методических печей позволило установить, что, несмотря на различия в конструкциях и отдельные особенности ведения технологического ре­ жима нагрева металла, печи как объекты регулирова­ ния температуры имеют практически близкие характе­ ристики.

Структурная схема системы управления методичес­ кой печью показана на рис. 53. Используя общую мето­

дику, указанную в работе [79] можно преобразовать схему на рис. 53. В приведенной схеме приняты следу­ ющие обозначения:

U72 и W3— передаточные функции объектов регулиро­ вания;

Wj и Wi —то же, регуляторов;

W&и W6— то же, взаимного влияния зон между собой; Л'шых и Л'гпых — выходные величины объектов регулирова­

ния; заданные значения регулируемых величин;

Уівых и і/гвых — выходные величины регуляторов; ув1 и ул — возмущающие воздействия на объекты;

<7, z, г — промежуточные переменные. В этой схеме рассматри­

ваются только две взаимно связанные зоны. Это допу­ щение позволяет несколько упростить рассматриваемую задачу, не внося каких-либо принципиальных изменений в методику расчета. Иссле­ дование систем управления методическими печами пока­ зало, что при работе печей наблюдаются возмущения двух видов: по нагрузке и по заданию. Оба типа воз­

контурных систем можно применять различные вспо­ могательные приемы, одним из которых является метод сворачивания частей системы. Используя этот прием, участок цепи, охваченный параллельной связью, следует заменить эквивалентным замещающим звеном. Эти за­ мещения можно делать для таких частей схемы, которые можно представить в виде двухполюсника, т. е. частей, связанных с остальной схемой только двумя координа­ тами. Выполняя такое замещение для каждого из па­ раллельных контуров, многоконтурную систему можно

привести к эквивалентной одноконтурной. Задаваясь ка­ кой-либо одной переменной, можно последовательно оп­ ределить значения всех остальных переменных системы.

Проводя последовательные преобразования схемы, приведенной на рис. 53, получаем:

схему на рис. 53 можно преобразовать в схему, показан­ ную на рис. 54.

Подобным же образом проведем дальнейшее преоб­ разование и получим

Уравнение (V-30) является общим для методической печи, оно решено относительно величины Хгв- Ясно, что подобные уравнения несложно составить для любых других регулируемых величин. Зная передаточные функ­ ции W1 и W2 и т. д., можно из уравнения (Ѵ-30) опреде­ лить все необходимые показатели переходного и уста­ новившегося процессов.

Расчет системы управления по уравнению (Ѵ-30) достаточно трудоемок, и поэтому более целесообразно использовать не аналитический метод, а метод модели­ рования, так как при моделировании конечные резуль­ таты будут получены значительно быстрее и с достаточ­ ной точностью, что особенно важно при проектировании аналогичных систем.

Систему моделировали на аналоговом устройстве типа ЛМУ-1. В схеме модели системы управления теп­ ловым режимом методической печи (рис. 55) усилитель У і и блок запаздывания БП Зі имитируют верхнюю сва­

ке подавались на вход объекта, а по заданию — на вход регулятора.

Коэффициенты при наборе на модели системы рас­ считывали по данным, полученным на методической пе­ чи № 1 стана 320 РМЗ.

Результаты моделирования показаны на рис. 56. Как видно из приведенных данных, учет взаимного влияния приводит к ухудшению качественных показателей регу­ лирования. Исключить взаимное влияние контуров управления можно в том случае, если предъявить к си­ стеме управления объектом с несколькими регулируемы­ ми величинами добавочное требование автономности ре­ гулируемых величин.

Это требование сводится к тому, чтобы, вводя допол­ нительные внешние связи между регулирующими орга­ нами и соответствующе настраивая эти связи, реализо­ вать условие, при котором регулирующее воздействие

каждого регулятора оказывало бы влияние только на одну «свою» регулируемую величину и практически не влияло на остальные регулируемые величины объекта. Таким образом, объект с несколькими взаимосвязанны­ ми регулируемыми величинами искусственно превраща-

Рнс. 56

Качественные показатели системы управления тепловым режимом методи­ ческой печи:

ется в объект с независимыми (автономными) одна от другой регулируемыми величинами.

Впервые проблема автономности в многосвязанных системах поставлена И. Н. Вознесенским [81] и им же определены методы выбора связей между регуляторами, при которых обеспечивается активность процесса в каж­ дой сепаратной системе,

Проблема автономности тесно связана с проблемой инвариантности, и, как показано в работе [82], условия инвариантности и автономности для ряда случаев сов­ падают. Задача инвариантности формулируется следую­ щим образом: если соответствующим выбором коэффи­ циентов системы линейных дифференциальных уравне­ ний обратить в нуль операторный коэффициент, стоящий при возмущающей функции в правой части одного из уравнений, то формально получается система, в которой одна из переменных не будет зависеть от этой возмуща­ ющей функции. Основным признаком возможности при­ менения инвариантности является обязательное наличие в схеме, по меньшей мере, двух каналов воздействия между точками приложения возмущения и измерения интересующей нас величины.

Вприведенной на рис. 57 структурной схеме объекта

сдвумя -регулируемыми величинами оба регулирующих воздействия хр1 и хр2 оказывают взаимное влияние на обе регулируемые величины Хщых и я'опых-

Для ликвидации этого взаимного влияния можно,

применив принцип компенсации возмущений, создать

Г Верхняязона

3-tâux

схему, в которой регулирующее воздействие *1вых и х2Вых каждого регулируемого участка будет представ­ лять собой сумму внешнего регулирующего воздействия другого участка, предварительно преобразованного не­ обходимым образом в устройстве связи. Регулируемые величины можно представить следующим образом:

лучим изображения регулируемых величин через вход­

W,2( p ) - W 22(p)WdJ p ) = 0,

окажется, что технически реализовать передаточные функции Wd i (р) и Wa (р) невозможно, тогда вместо

этого условия надо ограничиваться условиями прибли­ женной инвариантности:

^ 2i ( P ) - ^ u ( P ) ^ l(P) = min;

Wn (p ) ~ W 22(p)WdJ p ) = xnm.