Способ автоматического контроля температуры движущейся горячекатанной полосы и устройство для его осуществления

 

Использование: станы горячей прокатки. Сущность изобретения: ввод информации о скорости прокатки, определение положения начального квазипикового выброса и фиксации его во времени, корректировка интервала корреляции от изменения скорости прокатки. Зил. стане), в результате неэффективного использования пирометров при включении их в контуры управления охлаждением полосы на стане горячей прокатки. Полоса на стане подвергается воздействию воды, пара и агрессивной среды, в результате чего поверхность ее характеризуется наличием окалины и других неоднородностей (темных пятен), отчего излучательная способность полосы изменяется случайным образом., предсказать которые не представляется возможным, особенно при изменении скорости перемещения полосы на стане. Установлено, что излучение полосы и соответственно сигнал на выходе пирометра (управляющий сигнал) носит флуктуирующий характер со случайным распределением амплитуд выбросов во времени. При этом квазипиковые (максимальные ) значения выбросов сигнала излучения наиболее близки к истинной температуре полосы. Осуществляя контроль температуры в моменты и Ё s| GO Os О О1 00

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (l9) (!1) (и)з В 21 В 37/10

ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4823725/27 (22) 15.05.90 (46) 30.05.92. Бюл. ЬЬ 20 (71) Киевский институт автоматики им, XXV съезда КПСС (72) Б.Е.Лукоянов, В.А.Рудницкий и

Ю.С. Юрковский (53) 621.77,08 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1391749, кл. В 21 В 37/10, 1986.

Поскачей А.А„Чариков Л.А. Пирометрия объектов с изменяющейся излучательной способностью. М.: Металлургия, 1978, с.324.

Menge К. 0berflachentemperaturmessungen

Ыее Stranggieben. 9етепз — М 10, 1971, s.640642.

Изобретение относится к средствам контроля, измерения и управления технологическими параметрами в металлургии и может быть использовано, например, для автоматического контроля температуры движущейся горячекатаной полосы на станах горячей прокатки, а.также для управления ускоренным охлаждением полосы при скорости ее перемещения.

Известны и широко применяются на станах горячей прокатки способы и устройства для измерения температуры горячекатаных полос: пирометры суммарного излучения, частичного поглощения и спектрального отношения.

Однако зти пирометры измерителей температуры движущихся объектов с переменной скоростью и со случайно изменяющейся излучательной способностью характеризуются недостаточно высокой точностью измерения, особенно при изменении их скорости перемещения (изменение скорости перемещения полосы на

2 (54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО К0НТРОЛЯ ТЕМПЕРАТУРЫ. ДВИЖУЩЕЙСЯ ГОРЯЧЕКАТАНОЙ"ПОЛОСЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ

ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Использование: станы горячей прокатки.

Сущность изобретения; ввод информации о скорости прокатки, определение положения начального квазипикового выброса и фиксации его во времени, корректировка интервала корреляции от изменения скорости прокатки.

3 ил, стане), в результате неэффективного использования пирометров при включении их в контуры управления охлаждением полосы на стане горячей прокатки.

Полоса на стане подвергается воздействию воды, пара и агрессивной среды, в результате чего поверхность ее характеризуется наличием окалины и других неоднородностей (темных пятен), отчего излучательная способность полосы изменяется случайным образом., предсказать которые не представляется возможным, особенно при изменении скорости перемещения полосы на:стане. Установлено, что излучение полосы и соответственно сигнал на выходе пирометра(управляющий сигнал) носит флуктуирующий характер со случайным распределением амплитуд выбросов во времени. При этом квазипиковые (максимальные) значения выбросов сигнала излучения наиболее близки к истинной температуре полосы. Осуществляя контроль температуры в моменты воз1736653

20

35

50 никновения этих выбросов, ошибка измерения будет минимальной, что обеспечивает наиболее эффективное управление охлаждением полосы, Для реализации способа определения моментов возникновения квазипиковых значений флуктуирующего сигнала в пирометрах (например, в АПИР-С) применяют специальный блок, который осуществляет. фиксацию квазипикового сигнала и запоминание его на фиксированное время, устанавливаемое. оператором вручную, что является существенным недостатком данного способа, так как он может быть применен только при неизменной,(постоянной} скорости перемещения полосы. В этом случае моменты возникновения квазипиковых значений сигнала излучения полосы (выходной сигнал пирометра, что тоже и управляющий сигнал на охлаждение) можно прогнозировать просто, зная его автокорре, ляционную функцию, по которой определяют время (интервал) коррекции. Кэк уже указывалось, данный способ используется в комплексах АПИР-С (прототип), в которых вводится специальный блок запоминания (набор йС-цепочек с операционными усилителями постоянного тока), позволяющий увеличивать продолжительность действия квазипикового выброса кэк сигнала управления на интервал корреляции, обеспечи-. вая при -этом измерение температуры полосы с максимально возможной -точностью. Блок запоминания осуществляет запоминаяие квэзипикового сигнала на фиксированное время, равное интервалу корреляции (время действия управляющего сигнала)до появления нового квазипикового выброса. Такой режим работы пирометра при контроле температуры и формирования сигнала управления эффективен только при постоянной скорости перемещения полосы, При непредсказуемых (слу <айных) изменениях скорости перемешения полосы (скорости прокатки) временные положения квазипиковых значений сигнала пирометра (управляющий сигнал) будут изменяться во времени, что ведет к соответствующему изменению автокорреляционных функций, а значит, и соответственно интервалов корреляции флуктуирующих сигналов. В этих условиях оператор не может оптимально устанавливать вручную время запоминания квазипиковых значений сигнала на выходе пирометров (управляющий сигнал), что существенно снижает точность контроля температуры полосы и, следовательно, понижает эффективность управления ох- лаждением горячекатаной полосы.

Для повышения точности контроля температуры полосы при изменении скорости прокатки необходимо автоматически определять моменты возникновения квазипиковых значений сигнала на выходе пирометра, Для этого надо знать зависимость интервалов корреляции флуктуирующего сигнала и диапазон его изменения от изменения скорости прокатки.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство контроля температуры поверхности двигающегося слитка в камере вторичного охлаждения, содержащее первичный пирометрический преобразователь частичного излучения и вторичный прибор (преобразователь), состоящий из промежуточного преобразователя, блока запоминания, блока функционального, усилителя, блока индикации и функционального сопротивления (конвертор сопротивления или гиротор), величина которого изменяется от изменения скорости вытягивания слитка, осуществляя корректировку времени запоминания квазипиковых значений сигнала пирометра

Основным недостатком указанного устройства является его низкая точность контроля температуры в условиях резкого (скачкообразного) изменения скорости прокатки, соответственно напряжения на входе гиратора. При этом выходное сопротивление гиратора также должно изменяться скачкообразно, при этом не обеспечивается в силу свойств гиратора однозначной зависимости интервала корреляции (времени запоминания) флуктуирующего сигнала нэ выходе пирометра от изменения скорости прокатки„что не позволяет определять с большой точностью положения квазипиковых значений сигнала и соответственно снижает точность контроля температуры полосы, Кроме того, реализация гиратора требует применения чисто активных цепей (без реактивностей) на его входе и выходе, что и определяет использование гираторов в качестве конверторов сопротивлений только в узко специализированных областях (например, при измерениях температуры на машинах непрерывной разливки стали и весьма медленно меняющихся напряжениях на входе, чисто активной нагрузке и пр.).

Цель изобретения — повышение точности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что для повышения точйости контроля температуры полосы, двигающейся с переменной скоростью, устройство снабжено блоком обработки флуктуирующих сигналов излучения, первый вход которого соединен с

1736653

10 нения скорости перемещения полосы 20 выходом первого блока ввода аналоговых сигналов, второй вход — с выходом второго блока ввода аналоговых сигналов, третий вход- с блоком ввода импульсных сигналов, а четвертый и пятый входы соответственно с блоками постоянной и оперативной памяти.

В предлагаемом способе для повышения точности контроля температуры горячекатаной полосы. двигающейся с переменной скоростью, дополнительно вводится информация о скорости прокатки и ее изменениях, информация о скорости и флуктуирующий сигнал подвергается специальной обработке для уточнения зависимости интервала корреляции кваэипиковых флуктуаций сигнала излучения горячекатаной полосы, анализируется и определяется,корректировка интервала корреляции от изме(скорости прокатки).

Случайное изменение скорости прокатки вызывает и случайное распределение квазипиковых флуктуаций сигнала излучения полосы. Кроме того, для прогнозирования и вычисления моментов возникновения квазипиковых значений сигнала необходимо знать закон, по которому изменяется интервал (время) корреляции при изменении скорости прокатки, Для этого на объекте (стан 1700 горячей прокатки KapMK) проводились экспериментальные исследования.

В районе отводящего рольганга был установлен пирометрический преобразователь типа АПИР-С, который визировался на двигающуюся с переменной скоростью горячекатаную полосу. Скорость прокатки при этом изменялась от 6 до 12 м/с. Осуществлялась запись выходного сигнала пирометра на самопишущий потенциометр типа

КСП4 при скорости протяжки диаграммной ленты 15 мм/с. Методами математической статистики записанный флуктуирующий сигнал подвергался обработке. На участках реализаций флуктуирующего сигнала про, должительностью То =- 4 с находились оценки математического ожидания, дисперсии и автокорреляционных функций. Эти оценки вычислялись по известной методике. Длина участка То реализации флуктуирующего сигнала выбиралась из соображения выполнения квазистационарности, когда все или часть статистических характеристик флуктуирующего сигнала постоянны. Для этого по методу "скользящей средней" на участках реализаций продолжительностью 3, 4 и 5 с с интервалом t= 0,083 с снимались отсчеты амплитуд записанного сигнала излучения, вычислялись оценки математического ожидания, дисперсии и автокорреляционной

55 функции, которые, начиная с To = 4 с и далее. практически оказывались неизменными.

Поэтому в дальнейшем обработке подвергались реализации записи флуктуирующего сигнала на участках T> = 4 с.

Статистической обработкой установлено, что время корреляции тк (интервал корреля ции) флуктуирующего сигнала излучения зависит от скорости Ч прокатки и находится в диапазоне 0,08-0.16 с.

На фиг.1 приведены типичные оценки автокорреляционных функций флуктуирующего сигнала: кривая 1 — для скорости прокатки V> =; кривая 2 — для Чг = 10 м/с; кривая 3 — для Чз = 8 м/с и кривая 4— для V4 = 6 м/с.

Установлено также, что интервал корреляции каазилинейно зависит от скорости прокатки V, что иллюстрируется таблицей: л

Таким образом, зная распределение квазипиковых амплитуд флуктуирующих сигналов излучения во времени и зависимость их от скорости прокатки. можно с большой точностью определять моменты выбросов, во время которых проводят измерение температуры полосы и осуществляют корректировку моментов выбросов во времени при изменении скорости прокатки.

В предлагаемом способе при фиксированной скорости перемещения полосы осуществляется определение и запоминание моментов возникновения квазипиковых выбросов флуктуирующего сигнала излучения полосы; автоматическое слежение за кваэипиковыми выбросами при изменении скорости перемещения полосы; анализ флуктуирующего сигнала для определения начального квазипикового выброса и вычисление интервалов корреляции; осуществление контроля температуры полосы в моменты выбросов.

На фиг.2,приведена блок-схема предлагаемого устройства для автоматического контроля температуры движущейся горячекатаной полосы. Это устройство содержит два первичных пирометрических преобразователя частичного излучения, визируемых на прокатываемую полосу: 1 — для измерения температуры конца прокатки (Ткл) и 4— для измерения температуры смотки (Тсм). l736653 оперативной 10 и постоянной 11 памяти 10 подсоединены к блоку 9 обработки флуктуирующих сигналов излучения.

25 тк = ф\/) и определение интервалов корреляции флуктуирующих сигналов от скорости 45

Выходы первичных пирометрических преобразователей 1 и 4 соединены с вторичными преобразователями 2 и 3 соответственно, выходы которых подключены к двум блокам ввода аналоговых сигналов 6 и 7. Датчик 5 скорости подсоединен к блоку 8 ввода импульсных сигналов, Два блока 6 и 7 ввода аналоговых сигналов, блок

8 ввода импульсных сигналов, а также блоки

Реализация предлагаемого устройства для автоматического контроля температуры движущейся горячекатаной полосы осуществляется.на базе серийно выпускаемой аппаратуры. В качестве пирометрических преобразователей 1 —.4 используются агрегатные комплексы типа АПИР-С, Скорость прокатки измеряется с помощью датчика типа ДИФ-5М. Блоки ввода аналоговых сигналов 6 и 7; блок 8 ввода импульсных сигналов, блок 9 обработки флуктуирующих сигналов излучения. блоки оперативной 10 и постоянной памяти могут быть выполнены с использованием функциональных элементов агрегатного комплекса КТС ЛИУС-2 (МикроДАТ), Например, блоки. ввода аналоговых сигналов могут быть выполнены на элементах КС3111 — аналого-цифровых преобразователей (АЦП1 и АЦП2). Блок ввода импульсных сигналов — КС3690, блок обработки флуктуирующих сигналов может быть выполнен с использованием модуля процессора — КС5904, Блок оперативной памяти 10 — КС5409, блок постоянной памяти 11 — КС5435;

Специально разработанные алгоритмическая и программная поддержки для устройства автоматического контроля температуры движущейся горячекатаной полосы направлены на обработку флуктуирующих сигналов; анализ зависимости прокатки с цельЮ точного определения моментов возникновения квазипиковых выбросов; автоматическое слежение за выбросами во времени при изменении скорости прокатки; измерение температуры полосы в моменты квазипиковых выбросов.

Предлагаемое устройство для автоматического контроля температуры движущейся горячекатаной полосе функционирует следующим образом.

Первичные пирометрические преобразователи: 1 — для измерения Тк и 4 — для измерения Т, л, внаируемые на полосу, осу30

40 ществляют преобразование энергии теплового излучения горячекатаной полосы в узком спектре инфракрасного диапазона волн в ток короткого замыкания приемника излучения (фотодиода). Этот ток, пропорциональный измеряемой температуре полосы вторичными преобразователями 2 и 3 соответственно преобразуется в напряжение постоянного тока до унифицирован ного сигнала 0-10 В (0-5 мА). С выхода вторичных преобразователей 2 и 3 аналоговый сигнал о температуре полосы подается на входы аналого-цифровых преобразователей: 6—

АЦП1 и 7 — АЦП2, где осуществляется преобразование аналогового сигнала о температуре полосы в нормальный двоичный код.

Микропроцессор 9 по специально разработанной программе, "защитой" в блоках

10 и 11 памяти, производит обработку цифровых сигналов АЦП1 и АЦП2, определяя положение начального квазипикового выброса во времени и фиксируя его. Как установлено экспериментально для скоростей перемещения полосы от 6 до 12 м!с, интервал корреляции флуктуирующего сигнала о температуре полосы находится в диапазоне

0,08 — 0,16 с. Для большой достоверности результатов производится анализ в течение времени Тр, большем максимального интервала корреляции, т.е. Тр > 7 . Поэтому процессор 10 вначале с дискретностью 0,01 ° 10 с осуществляет опрос АЦП1 и АЦП2 на отрезке реализации Тр = 0,2 с, обеспечивая нахождение начального квазипикового выброса с минимальной ошибкой, фиксирует его временное положение t0 для измеренного значения скорости прокатки и, начиная с момента о с интервалом корреляции т,, осуществляет измерение температуры Т«и

Тсм.

Определив начальное положение квазипикового выброса и зафиксировав его во времени для заданной скорости перемещения полосы процессор 9 осуществляет анализ записанной в блоках 10 и 11 памяти зависимости . тк = ф(Ч), осуществляет об. работку информации о скорости прокатки, определяет моменты возникновения кваэипиковых выбросов, определяет, запускает и опрашивает АЦП и обеспечивает автоматическое слежение за квазипиковыми выбросами при изменении скорости прокатки.

На фиг.3 дана укрупненная схема алгоритма функционирования устройства для автоматического контроля температуры движущейся горячекатаной полосы.

1736653

5

20

35

Шагом 1 осуществляется запуск алгоритма, затем шагом 2 определяется скорость

Чф«перемещения полосы, Шаг 3 проверяет условие, где находится голова полосы, сечении А, если "Her", то переход к шагу 5.

Шагом 4 осуществляется определение начэлы рго квазипикового выброса и фиксируется его положение во времени для сечения

А, где установлен пирометр для измерения

Тхп. Шаг 5 анализирует зависимость т„= фЧ) и определяет интервал корреляции х для измеренной и зафиксированной скорости прокатки Чф«. Шагом 6 осуществляется запуск АЦП1 и обеспечивается циклический опрос его через интервал корреляции тх для Чф«. Шагом 7 производится измерение Тхг через интервал корреляции г; для зафиксированной скорости прокатки

Чф«. Шаг 8 проверяет условие, где находится голова полосы, — в сечении Б, где установлен пирометр для измерения Тсм, Шаг 9 определяет положение начального квазипикового выброса, фиксирует его во времени для сечения Б, Шаг 10 обеспечивает запуск

АЦП2, производит циклический его опрос через t< . Шаг 11 производит измерение Т„через тх для зафиксированной скорости

Чфих прокатки. Шагом 12 заканчивается выполнение алгоритма, Пример. На стане 1700 горячей прокатки КарМК на отводящем рольганге в сечениях А и В установлены два пирометрических преобразователя типа АПИР-С, визируемые на полосу. Микропроцессор 10 фиксирует значение скорости прокатки, например Vy« = 6 м/с, при этом определяет и запоминает временное расположение кваэипиковых выбросов флуктуирующего сигнала о температуре, которые согласно выявленной зависимости т, = фЧ) отстоят друг от друга во времени на 0,1.62 с, В моменты выбросов производится измерение температуры полосы. При изменении скорости прокатки, например, скорость стала

Чфих = 8 м/с, Микропроцессор производит коррекцию интервала корреляции (он будет согласно зависимости г» =ЯV) 0,134 с) и снова осуществляется измерение температуры полосы и т.д.

Предлагаемый способ автоматического контроля температуры движущейся горячекатаной полосы и устройство для его реализации по сравнению с прототипом дает воэможность повысить точность контроля температуры в условиях изменения скорости прокатки и соответственно улучшить качество управления охлаждением полосы нэ стане;

Путем экспертных оценок вклад измерительной аппаратуры и в частности пирометров типа АПИР-С в общую сумму экономического эффекта от применения

СУТСМ оценивается в 10%, Рассматриваемый способ обработки показаний пирометров существенно повышает достоверность контроля температурного режима полосы и можно принять его вклад в алгоритм обработки флуктуирующего сигнала не ниже

50%

Формула изобретения

1, Способ автоматического контроля температуры движущейся горячекатаной полосы, включающий запоминание на фиксированное время квазипиковых значений флуктуирующих сигналов излучения полосы с последующим измерением их, о т л и ч э юшийся тем, что, с целью повышения точности контроля температуры полосы путем боле достоверного определения моменТоВ нахождения квазипиковых значений флуктуирующих сигналов излучения, дополнительно анализируют временные зависимости интервалов корреляции квазипиковых значений флуктуирующих сигналов от скорости прокатки, вычисляют по найденным временным зависимостям интервалы корреляции флуктуирующих сигналов при изменении скорости прокатки и измеряют температуру полосы в найденные и соответственно скорректированные при изменении скорости прокатки моменты квазипиковых выбросов.

2, Устройство для автоматического контроля температуры движущейся горячекатаной полосы, содержащее датчик скорости перемещения полосы и два пирометрических преобразователя, установленные на входе и выходе отводящего рольганга и соединенные через вторичные пирометрические преобразователи с входами блоков вводов аналоговых сигналов, о т л и ч а ющ е е с я тем, что оно снабжено блоком обработки флуктуирующих сигналов излуче. ния, первый вход которого соединен с выходом первого блока ввода аналоговых сигналов, второй вход — с выходом второго блока ввода аналоговых сигналов, третий вход с блоком ввода импульсных сигналов, а четвертый и пятый входы соответственно с блоками постоянной и оперативной памяти.

1736653

g,о

0,8 а, O

0,2

-0,2

Клеть 2

173б653

Pur. 3

Составитель А. Cepreee

Техред М.Моргентал Корректор Т. Палий

Редактор М. Товтин

Производственно-издательский комбинат "Патент", r, Ужгород,.ул.Гагарина, 101

Заказ 1852 Тираж Подписное

8НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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