DE1565254C - Regelanordnung zur Regelung von Betriebs großen eines Elektroreduktionsofens - Google Patents

Description

Die Hauptanmeldung P 14 40 934.8-34 bezieht sich auf eine Regelanordnung zur Regelung von Betriebsgrößen eines Elektroreduktionsofens (z. B. Ofenspannung, Ofenstrom oder Impedanz) mit mindestens einem integrierenden Verstärker und mit Elektrodenstellmotoren, die bei Überschreiten eines Schwellwertes am Verstärkerausgang durch Schaltorgane einschaltbar, sind. Gemäß der Hauptpatentanmeldung ist bei einer solchen Regelanordnung ein zusätzliches Schaltorgan vorgesehen, das nur während periodisch wiederkehrender Zeitabschnitte die Weitergabe des Signals vom Verstärkerausgang an die Stellmotoren zuläßt. Der Gegenstand der Hauptpatentanmeldung ist bekannt (französische Patentschrift 1 349 704).

Bei einer solchen Regelanordnung kann ein schnell integrierender Verstärker verwendet werden, mit dem auch langer dauernde kleine Abweichungen genau ausgeregelt werden können. Starke kurz dauernde Störungen werden sich meist in den Intervallen ereignen, während denen die Signale nicht an die Stellmotoren weitergegeben werden, und stören deshalb die Stabilität der Regelung insgesamt nicht

Durch die Zusatzerfindung soll die Regelanordnung nach der Hauptpatentanmeldung so weitergebildet werden, daß einmal begonnene Regelvorgänge auch nach Beendigung der normalen Einschaltzeit der zusätzlichen Schaltorgane zu ende geführt werden.

Diese Aufgabe wird bei einer Regelanordnung nach

ίο der Hauptpatentanmeldung dadurch gelöst, daß die Schaltorgane der Stellmotoren mit Hilfsschaltern versehen sind, die im eingeschalteten Zustand der Schaltorgane nach Ablauf der periodisch wiederkehrenden Zeitabschnitte die Weitergabe des Signals vom Ver-Stärkerausgang an die Stellmotoren zulassen.

Bei einer so weitergebildeten Regelanordnung werden die Signale vom Verstärkerausgang so lange an die Stellmotoren weitergegeben, bis der Fehler voll ausgeregelt ist. Erst dann werden die Hilfsschalter wieder geöffnet. Da auf diese Weise ein einmal begonnener Regelungsvorgang auch über die Beendigung der normalen Einschaltzeit hinaus zu Ende geführt wird, besteht die Aussicht, daß ein auf diese Weise voll ausgeregelter Fehler nicht bei der nachsten Anschaltung des Reglers an die Stellmotoren zu einem erneuten Einschalten der Stellmotoren führt. Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist das zusätzliche Schaltorgan einen Ruhekontakt auf, der mit den als Ruhekontakte ausgebildeten Hilfschaltern und der Wicklung eines Hilfsrelais in Reihe geschaltet ist, während das Hilfsrelais einen Arbeitskontakt hat, der zur Integrationsanordnung des Verstärkers parallel geschaltet ist.

In Reihe mit dem Ruhekontakt des zusätzlichen Schaltorgans kann ein willkürlich betätigbarer Kontakt geschaltet sein. Mit Hilfe dieses willkürlich betätigbaren Kontaktes kann die Regelanordnung auf kontinuierlichen Betrieb umgestellt werden, was z. B. beim Anfahren eines kalten Ofens oder bei einer Änderung des Sollwertes der Regelgröße, d. h. einer Änderung der Führungsgröße von Vorteil sein kann.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist am Verstärkereingang ein Schwellwertglied vorgesehen, und jedes Schaltorgan der Elektrodenmotoren ist mit einem beim Ansprechen der Schaltorgane das Schwellwertglied überbrückenden Kontakt versehen. Hierdurch wird eine Ausregelung ermöglicht, durch die auch noch Fehler beseitigt werden, die unterhalb des Schwellwertes der auf den Verstärkereingang gegebenen Regelabweichung liegen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. In dieser zeigt

Fig. 1 ein Schaltbild einer Regelanordnung für einen Elektroreduktionsofen,

Fi g. 2 a bis 2d Diagramme, in denen die Verhältnisse bei kontinuierlicher Regelung dargestellt sind und

Fig. 3a bis 3e Diagramme, in denen die Verhältnisse bei intermittierender Regelung dargestellt sind.

Die Regelanordnung nach F i g. 1 hat einen Verstärker F mit zwei Eingangsklemmen 1 und 2 und zwei Ausgangsklemmen 3 und 4. Von diesen sind die Klemmen 1 und 3 am Nullpotential angeschlossen. Die Eingangsklemme2 ist über einen Widerstands an eine Unempfindlichkeitsanordnung 6 (Schwellwertglied) angeschlossen, die aus zwei reihengeschalteten Potentiometern 7 und 8 besteht. An jedem der beweglichen Kontakte der Potentiometer ist ein Ven-

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til 9 bzw. 10, angeschlossen. Die Ventile sind entgegengerichtet, so.daß sowohl:positive als auch negative Signale zu dem Verstärker gesendet werden. Durch Variation der Lage der beweglichen Kontakte kann man einen Minimalwert (Schwellwert) des Signals bestimmen, das die Anordnung 6, zum, Verstärker. F durchläßt, und damit, auch eine obere und eine untere Grenze für ein. Gebiet, in dem die Regelanordnung unempfindlich ist.

Die beiden Ventile sind an einem gemeinsamen, Punkt 11 angeschlossen, an dem einmal eine elektrische Größe 5 angeschlossen ist, die dem Phasenstrom des Ofens proportional ist, und, zum anderen eine Bezugsgröße R. Diese. Bezugsgröße kann entweder bei (impedanzregelung) die Spannung des Ofens oder (bei, Stromregelung) eine feste Spannung sein. Die Bezugsgröße ist über zwei Widerstände,12 und 13: angeschlossen, die in Reihe geschaltet sind, und deren Schaltpunkt 14 über einen. Kondensator 15 am Nullpotential angeschlossen ist. Um das Ein_r -\ gangssignaldes Verstäfkers.F zu begrenzen, sind zwei· £>' Ventile 16 und 17 zwischen, den, Anschlüssen der Eingangsklemmen des Verstärkers angeschlossen. Der Maximalwert des Signals ist etwa durch die. Schleusenspannung der Ventile bestimmt. Die Uil·- empfindlichkeitsanprdnung 6 kann mit Hilfe von zwei parallel angeordneten Relaiskontakten RNa und. RUa kurzgeschlossen, werden, die zu einem Relais, RN für, das Senken und; einem, Relais RU tür das Heben der Elektrode gehören. Diese Kontakte sind; bei stromlosen Relais, offen.

Die Integrationsanordiiung ist als nachgebende Rückführung zwischen den Klemmen 2 und 4 des Verstärkers angeschlpssen. und enthält zwei, parallelgeschaltete Kondensatoren 20 und 21, die mit einem Widerstand 22 parallel geschaltet sind. Die. Kondensatoren sind von der Größenordnung 10 μΡ. Die Parallelschaltung der Kondensatoren und des Widerstandes liegt in Reihe mit zwei reihengeschalteten. Widerständen 23, 24. Der Verbindungspunkt 25 zwisehen diesen beiden Widerständen, ist mit den Kollektoren zweier Transistoren Tl und Γ 2 verbunden, ■g deren beide Emitter auf Nullpotential liegen. An der Basis des Transistors Tl ist eine Reihenschaltung von zwei Widerständen 26, 27 und parallel mit den Widerständen ein Kondensator 28 angeschlossen. Der Verbindungspunkt zwischen den Widerständen ist über ein Ventil 29 am Punkt 25 angeschlossen. In derselben Weise ist an der Basis des Transistors T 2 eine Reihenschaltung von zwei Widerständen 30 und 31 angeschlossen, die mit einem. Kondensator 32; parallel geschaltet sind. Zwischen dem Punkt 25 und dem Verbindungspunkt der Widerstände 30 und 31 ist ein Ventil 33 angeschlossen. Die beiden genannten Widerstandskombinationen sind an einem Punkt 34 angeschlossen. Über die Klemme 2 und 4 des Verstärkers ist weiter ein kleiner Kondensator 35 von der Größenordnung etwa 0,1 μΡ angeschlossen. Die beiden Klemmen können mittels eines Kontaktes RRa eines Reglerrelais RA, dessen Funktion später behandelt werden soll, über einen Widerstand 36 verbunden werden. Die Kondensatoren 20, 21 können auch durch einen einzigen Kondensator ersetzt werden.

An der Ausgangsklemme 4 des Verstärkers ist außerdem ein Schwellwertglied 37 angeschlossen. Dieses besteht aus zwei reihengeschalteten Potentiometern 38 und 39, die einerseits an einen gemeinsamen Punkt 40 und andererseits an ein Potential von. +9 bzw. — 9 V angeschlossen sind. An. jedem, der. beweglichen. Abgriffe der. Potentiometer ist ein. Ventil.41 bzw.,42 angeschlossen, dje. beide am Aust gang.4 des, Verstärkers, angeschlossen, sind. Zwischen, den, Punkten 34, und 40. sipd zwei Widerstände 43 und" 44, angeschlpssen, deren Verbindungspunkt. 45 über einen Widerstand 46. am Nullpotentiai. angeschlossen ist.

Durch Variieren, der Lage der beiden beweglichen Kontakte auf den Potentiometern,38 und 39 kann man, den Wert des Ausgangssignals des Verstärkers (Schwellwert) variieren, bei welchem das Schwellw.ertglied 37 öffnet und. das Ausgangssignal, durchläßt. Bei unruhigem Ofenbetrieb kann der genannte Wert erhöht werden, wodurch man eine ruhigere Regelung erhält.

Für die Steuerung der Elektrpdenstellmptoren, hat, die Anprdnung zwei; Relais RU und RN, wobei RU beim. Heben und RN beim Senken, der Elektrode einr geschaltet wird.. Das Relais R U liegt zwischen -4-15" V und Nulipotential mit einem Transistor Γ. 3'in, Reihe, während das Relais RN zwischen. Nullpptential: und — 15.V nut einein Transistor Γ4 in Reihe Hegt. Das Relais RU ist mit einem Ventil 47 und das Relais RN nut einem Ventil 48 nebengeschlpssen. Die Basis, des Transistors T, 3 ist an dem Punkt 34 über, einen Widerstand 49 angeschlpssen, der mit einem Kondensator 50 nebengeschlos.sen ist. In derselben Weise ist die Basis des Transistors Γ 4 am Punkt 34, über einen Widerstands! angeschlpssen, der mit einem, Kondensator 52 nebengeschlossenist.

Wenn eine Störung eintrifft und die Amplitude des, Störsignals im Punkt 11 größer ist als der mit der Anordnung. 6 eingestellte Schwellwert, bekommt der Verstärker F Eingangssignal^ und: gibt Äusgangssignale ab, die die Kondensatoren 20, 21 allmählich, aufladen. Wenn der Fehler beständig ist, steigt die Ausgangsspannung verhältnismäßig langsam, weil die Integrationskondensatoren verhältnismäßig groß.sind. Wenn, die auf dem Schwellwertglied: 37 eingestellte Spannung, erreicht ist, wird einer der Transistoren Tl oder. T 2 leitend, so. daß der Punkt 25 Nullpotential erhält. Dadyrch. bekommt dip erreichte Ladespannung der Kondensatoren 20, 21 voll an den Verstärkereingang bei 2, was zur Folge.hat, daß die maximale, Ausgangsspannung des Verstärkers praktisch momentan, erreicht wird. Die Ausgangsspannung wird der Basis, eines der Transistoren T 3, T 4, aufgedrückt, und eines, der Relais RU, RN_ wird eingeschaltet. Welcher der Transistoren öffnet, hängt von dem Vorzeichen des, eintreffenden. Fehlersignals ab.

Die beiden Relais RU und RN haben je einen Kontakt RJJa und RNa, die beide parallel über der Unempfindlichkeitsanordnung 6 liegen. Bei stromlosen Relais sind die Kontakte offen, werden aber geschlossen, wenn das Relais anspricht. Wenn einer der Kontakte anspricht, wird die Unempfindlichkeitsanordnung kurzgeschlossen, und die. Regelung findet, statt, bis der Fehler Null wird. Die Unempfindliehkeitsanordnung 6 kann, wenn erwünscht, dauernd überbrückt werden, wenn man eine hohe Empfindlichkeit der Regelung haben will.

Das vorhin genannte Reglerrelais RR ist über mehrere Kontakte an einer Spannungsquelle angeschlossen. Von diesen kann der Kontakt 53 zum Umschalten auf kontinuierliche Regelung willkürlich geöffnet werden, weil die Integrations anordnung dann dauernd eingeschaltet sein muß. Eine Steueranord-

nung SO hat einen Kontakt SOa, der normalerweise geschlossen ist, aber periodisch geöffnet wird. Der Kontakt 54 wird bei Einstellung der Anordnung geöffnet. RUb und RNb sind Kontakte der vorhin genannten Relais RU und RN; diese Kontakte öffnen, wenn das dazugehörige Relais anspricht. Sobald einer der fünf genannten Kontakte offen ist, ist das Reglerrelais RR stromlos und der Kontakt RRa geöffnet, und die Integrationsanordnung ist in Funktion.

Bei normalem Betrieb kann man mit kontinuierlicher oder intermittierender Regelung arbeiten. Beim Entleeren des Ofens oder beim Senken der Elektroden während des Anfahrens muß eine kontinuierliche Regelung verwendet werden.

Bei kontinuierlicher Regelung ist der Kontakt 53 offen und das Relais RR stromlos, so daß auch der Kontakt RRa offen und die Integrationsanordnung an dem Verstärker angeschlossen ist, und zwar über die Klemmen 2 und 4. Der Kontakt SOa der Steueranordnung SO für das intermittierende Regeln ist bei kontinuierlicher Regelung, d. h. bei offenem Kontakt 53, wirkungslos.

Bei intermittierender Regelung ist der Kontakt 53 geschlossen. Der Kontakt SOa ist außer während der regelmäßig wiederkehrenden und von der Steueranordnung SO bestimmten Regelintervalle geschlossen. Während der Regelintervalle ist der Kontakt offen, und die Integrationsanordnung wird eingeschaltet, indem das Relais RR stromlos und der Kontakt RRa geöffnet wird. Nach Abschluß des Regelintervalls schließt der Kontakt SOa, das Relais RR bekommt Strom und der Kontakt RRa schließt die Integrationsanordnung über den Widerstand 36 kurz.

Wenn gerade die Ausregelung einer Störung erfolgt, wenn ein Regelintervall zu Ende ist und der Kontakt SOa schließt, wird die Ausregelung jedoch nicht abgebrochen, sondern der Verstärker wird erst dann blockiert und die Integrationsanordnung kurzgeschlossen, wenn die Ausregelung beendet ist. Denn die Kontakte RNb bzw. RUb der Relais RN bzw. RU, die normalerweise geschlossen sind, werden geöffnet, wenn das entsprechende Relais während eines Regelverlaufs in Funktion ist. Das bedeutet, daß, während die Ausregelung einer Störung erfolgt, der Stromspeisungskreis zum Reglerrelais RR durch einen der Kontakte RNb oder RUb unterbrochen ist und die Integrationsanordnung auch dann eingeschaltet bleibt, wenn der Kontakt SOa am Schluß eines Regelintervalls geschlossen wird. Erst wenn die Ausregelung abgeschlossen ist, schließt der Kontakt RNb bzw. RUb, das Reglerrelais RR bekommt Strom und der Kontakt RRa wird geschlossen.

Die Fig. 2a bis 2d zeigen die Verhältnisse bei kontinuierlicher Regelung. In F i g. 2 a ist die Fehlerkurve voll ausgezogen, und die Abweichungen von der Nullinie wirken sich erst aus, wenn sie außerhalb der Grenzen ±ε der Unempfindlichkeitsanordnung 6 liegen. In Fig. 2b ist die Spannung über dem Ausgang des Verstärkers gezeigt. Die bei 60 in F i g. 2 a auftretende Spitze der Fehlerkurve hat eine so kurze Dauer, daß die entsprechende integrierte Spannungsspitze 62 in F i g. 2 b unter dem Niveau Δ U liegt, das der Einstellung des Schwellwertgliedes 37 entspricht. Bei 61 in Fig. 2a tritt dagegen ein Fehler auf, der so lange dauert, daß die integrierte Spannung das genannte Niveau bei 63 in Fig. 2b übersteigt. Dann wird die Integrationsanordnung bei 25 an Nullpotential gelegt, und die Spannung steigt praktisch momentan auf den Wert 64, der der maximalen Ausgangsspannung des Verstärkers entspricht. In diesem Augenblick erhält das Relais RN für die Senkbewegung Spannung. Die Zeit, während der das Relais eingeschaltet ist, ist bei 65 in Fig. 2c gezeigt. Wenn das Relais anspricht, wird der Kontakt RNa geschlossen und die Anordnung 6 kurzgeschlossen. Folglich regelt das Relais, bis der Fehler bei 66 in Fig. 2a Null ist. Die Ausgangsspannung des Verstärkers fällt unter den Wert Δ U in F i g. 2 b, und die Steuerspannung des Relais verschwindet, aber da das Relais mit einer Abfallverzögerung versehen ist, fällt es erst nach Ablauf der Zeit Δί in Fig. 2c ab. In Fig. 2d ist die Stellgeschwindigkeit der Elektrode als eine Funktion der Zeit gezeigt, und wie aus der Figur hervorgeht, steigt die Stellgeschwindigkeit praktisch momentan auf ihren Maximalwert. Bei 67 in Fig. 2b ist mit gestrichelten Linien der Verlauf der Ausgangsspannung des Verstärkers gezeigt mit einem höheren auf dem Schwellwertglied 37 eingestellten Wert. Δ U wird in diesem Fall der Lage des Punktes 68 entsprechen.

Aus F i g. 2 a geht somit hervor, daß die Anordnung ganz unempfindlich für Fehler ist, die innerhalb des Gebietes + ε liegen, das von der Unempfindlichkeitsanordnung 6 bestimmt wird.

Fig. 3a bis 3e zeigen die Verhältnisse bei intermittierender Regelung. In F i g. 3 a ist eine Fehlerkurve eingezeichnet, und die Teile, die außerhalb der Unempfindlichkeitsgrenzen ±ε liegen, sind schraffiert. In Fig. 3b gibt der Strich ti die Zeit an, während der die Steueranordnung SO normalerweise eingeschaltet ist; ti ist die weitere Einschaltungszeit der Integrationsanordnung, die vorkommt, wenn eine Regelung noch im Gange ist, nachdem die gewöhnliche Einschaltzeit der Steueranordnung SO abgelaufen ist. Die Zeit ti ist zu Ende, wenn die Fehlerkurve durch Null geht und der Regelvorgang aufhört. Fig. 3c, 3d und 3e zeigen den Verlauf derselben Größen wie F i g. 2 b, 2 c und 2 d.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist so dimensioniert, daß 4% Fehler in 5 Sek. einen integrierten Wert von 10 V ergeben und daß dies die Ansprechschwelle des Schwellwertgliedes 37 ist. Bei unruhigem Ofenbetrieb wird die intermittierende Regelung bzw. Zerhackungsregelung benutzt, wobei die Integration immer in jedem Regelungsintervall bei Null anfängt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Regelanordnung zur Regelung von* Betriebsgrößen eines Elektroreduktionsofens (z. B. Ofenspannung, Ofenstrom oder Impedanz) mit mindestens einem integrierenden Verstärker und mit Elektrodenstellmotoren, die bei Überschreiten eines Schwellwertes am Verstärkerausgang durch Schaltorgane einschaltbar sind, und mit einem zusätzlichen Schaltorgan, das nur während periodisch wiederkehrender Zeitabschnitte die Weitergabe des Signals vom Verstärkerausgang an die Stellmotoren zuläßt, nach Patentanmeldung P 1440934.8-34, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltorgane der Stellmotoren mit Hilfsschaltera (RNb, RUb) versehen sind, die im eingeschalteten Zustand der Schaltorgane (RN, RU) auch nach Ablauf· der- periodisch, wiederkehrenden Zeitabschnitte die Weitergabe des Signals vom Verstärkerausgang (3, 4) an die Stellmotoren zulassen.

2. Regelanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zusätzliche Schaltorgan (SO) einen Ruhekontakt (SOa) aufweist, der mit den als Ruhekontakte ausgebildeten Hilfsschaltern (RNb, RUb) und der Wicklung eines Hilfsrelais (RR) in Reihe geschaltet ist, und daß das Hilfsrelais (RR) einen Arbeitskontakt (RRa) aufweist, der zur Integrationsanordnung (20,21,22,23,24) des Verstärkers (F) parallel geschaltet ist.

3. Regelanordnung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen willkürlich betätigbaren Kontakt (53) in Reihe mit dem Ruhekontakt (SOa) des zusätzlichen Schaltorgans (SO).

4. Regelanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am Verstärkereingang ein Schwellwertglied (6) vorgesehen ist und daß jedes Schaltorgan (RN, RU) der Stellmotoren mit einem weiteren beim Ansprechen der Schaltorgane (RN, RU) das Schwellwertglied (6) überbrückenden Kontakt (RNa,TlUa) versehen ist.