Применение УВМ при автоматизации сортовых прокатов

Оглавление

Оглавление 1

Глава 1 АВТОМАТИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ 2

Глава 2. Технологические измерения и приборы в прокатном производстве. 16

Глава 3. Электрические машины и электропривод автоматических устройств. 28

Глава 4 Управление процессами прокатного производства. 40

Упpaвляющий вычиcлитeльный кoмплeкc, иcпoльзyя ycтpoйcтвo кoммyтaции и вcтpoeнныe мoдyли кoнтpoля paзлнчныx блoкoв пoдcиcтeмы yпpaвлeния peжимaми oбжaтий, peaлизyeт paзвeтвлeннyю cтpyктypy aппapaтнoro и пporpaммнoгo кoнтpoля и диaгнocтики, чтo oбecпeчивaeт пepeключeниe peжимoв paбoты и измeнeниe cтpaтeгии yпpaвлeния пpи cбoяx и oткaзax. Haличиe однотипных модулей позволяет осуществлять восстановление подсистемы путем переключения каналов, а наличие памяти в устройствах формирования заданий·обеспечивает автономную работу подсистемы при выключенном управляющем вычислительном комплексе, при этом жесткие схемы прокатки могут быть введены от автономных устройств считывания программ. 53

Глава 5. Автоматическое регулирование и регуляторы 54

Глава 1 АВТОМАТИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ

1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Задачей контроля (от французского controle—проверка чего-либо) является обнаружение событий, определяющих ход того или иного процесса. В случае, когда эти события обнаруживаются без непосредственного участия человека, такой контроль называют автоматическим.

Важнейшей составной частью контроля является изме­рение физических величин, характеризующих протекание процесса. Такие физические величины называются параме­трами процесса. Металлургические процессы в основном характеризуются значениями таких физических величин (параметров), как температура, давление, расход и коли­чество, химический состав и концентрация жидких, паро­вых и газовых сред; уровень жидкого металла и сыпучих материалов; гранулометрический состав (крупность) и влажность шихтовых материалов, давление (вакуум) в технологических линиях и агрегатах.

Измерением называют нахождение значения физической величины опытным путем с помощью специальных техни­ческих средств. Конечной целью любого измерения явля­ется получение количественной информации об измеряемой величине. В процессе измерения устанавливается, во сколько раз измеряемая физическая величина больше или меньше однородной с нею в качественном отношении физи­ческой величины, принятой за единицу.

Число, выражающее отношение измеряемой величины к единице измерения, называется числовым значением изме­ряемой величины. Оно может быть целым или дробным, но является отвлеченным числом. Значение величины, приня­тое за единицу измерения, называется размером этой величины.

Если Q-измеряемая физическая величина, |Q|-не­который размер физической величины, принятой за еди­ницу измерения, q — числовое значение величины Q в при­нятой единице измерения, то результат измерения величи­ны Q может быть представлен следующим равенством:

Q=q |Q| (1)

Уравнение (1) называют основным уравнением измере­ния. Из него следует, что значение q зависит от размера выбранной единицы измерения |Q|. Чем меньше выбран­ная единица, тем больше для данной измеряемой величины будет числовое значение. Например, длина 1 м равна 10дм, 100 см и т.д.

Результат всякого измерения является именованным числом. Поэтому для определенности написания результата измерения рядом с числовым значением измеряемой вели­чины ставится сокращенное обозначение принятой единицы измерения. С 1963 г. в СССР введена как предпочтитель­ная Международная система единиц по ГОСТ 9867—61. которая сокращенно обозначается СИ. На основе учета ре­зультатов первого периода внедрения ГОСТ 9867—61 и при­нятого в 1978 г. Постоянной комиссией СЭВ по стандарти­зации стандарта СТ СЭВ 1052—78 «Метрология. Единицы физических величин» в СССР разработан ГОСТ 8.417—81 «ГСИ. Единицы физических величин» со сроком внедрения с 1 января 1982 г. СИ принята в большинстве стран мира (свыше 130) и признана всеми международными организа­циями.

Кратные и дольные единицы измерения образуются из наименований единиц СИ при помощи установленных ГОСТ 8.417—81 приставок для образования кратных и дольных единиц, приведенных в приложении 1.

Сведения о значениях измеряемых физических величин называют измерительной информацией.

Сигналом измерительной информации называется сиг­нал, функционально связанный с измеряемой физической величиной (например, сигнал от термометра сопротивле­ния).

Средством измерения (СИ) называют техническое уст­ройство, используемое при измерениях и имеющее норми­рованные метрологические свойства.

Сигнал измерительной информации, поступающий на вход средства измерений, называют входным сигналом, получаемый на выходе, - выходным сигналом средства измерений.

Для контроля параметров технологических процессов в большинстве случаев используется не одно, а несколько средств(измерения и преобразования сигналов, образую­щих канал измерения этого параметра.

Существуют три основные вида средств измерений: ме­ры, измерительные преобразователи, измерительные приборы.

Мера—это средство измерения, предназначенное для воспроизведения физической величины заданного размера.

Меры бывают однозначные, и многозначные. Примерами однозначных мер являются: катушки сопротивления, ка­тушки индуктивности, нормальные элементы и др. К мно­гозначным мерам относятся: магазины сопротивлений, индуктивностей и емкостей, калибраторы напряжения и то­ка и др.

Измерительный преобразователь — это средство изме­рении, предназначенное для выработки сигнала измеритель­ной информации в форме, удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки и хранения, но не подда­ющейся непосредственному восприятию наблюдателем (в практике часто применяется термин «датчик»),

Измерительный преобразователь, к которому подведена измеряемая величина, т.е. первый в канале измерения (из­мерительной цепи), называется первичным измерительным преобразователем (или сокращенно первичным преобразо­вателем). Например, сужающее устройство (диафрагма) для измерения расхода, электрод сигнализатора уровня и т.п.

В системах автоматического контроля применяются устройства для выдачи сигнала о выходе значения пари метра за установленные пределы. Причем сигнал появля­ется при наличии самого факта выхода независимо от его размера. Такие устройства называют датчиками-реле или сигнализаторами.

Для удовлетворения возросших потребностей промыш­ленности создана Государственная система промышленных приборов и средств автоматизации (ГСП), представ­ляющая собой эксплуатационно, информационно, энергетически, метрологически и конструктивно организованную совокупность средств измерений, средств автоматизации,, средств управляющей вычислительной техники, а также программных средств, предназначенных для построения автоматических и автоматизированных систем измерения, контроля, регулирования, диагностики и управления про­изводственными процессами, технологическими линиями и агрегатами (ГОСТ 26.207—83. ГСП. Основные положе­ния). Номенклатура технических средств ГСП в настоящее время насчитывает свыше 2 тыс. типов изделий, организа­ция ГСП дает возможность создавать самые разнообразные, любой сложности системы автоматического контроля, ре­гулирования и управления из стандартизованных средств измерения и средств автоматизации.

В зависимости от вида энергии питания, входных и вы­ходных сигналов ГСП разделяют на электрическую, пневматическую и гидравлическую ветви. В основном применя­ют средства электрической и изредка пневматической вет­вей ГСП, которыми предусмотрены общепромышленные унифицированные электрические и пневматические сигналы передачи информации со следующими (пределами) изме­рений:

сигнал постоянного тока 0—5; 5—0—5; 0—20; 4—20 мА;

сигнал напряжения постоянного тока 0—1; 1—0—1;

0-Ю; Ю—0—10В;

сигнал напряжения переменного тока частотой 50 и 400 Гц 0,25—0—0,25; 0—0,5; 1—0—1; 0—2 В (у приборов с сигналами напряжения переменного тока частотой 50 и 400 Гц, основанных на измерении взаимной индуктивно­сти, пределы измерения взаимной индуктивности выбира­ются из ряда 0—10; 10—0—10; 0—20 МГн при номиналь­ном токе питания 0,125 или 0,32 А. Противоположные зна­чения взаимной индуктивности получаются при перемене фазы напряжения питания на 180°);

частотный сигнал переменного тока {наиболее широко применяется сигнал с диапазоном частот 4—8 кГц);

пневматический сигнал с переделами изменения давле­ния 0,02—0,1 МПа.

На металлургических предприятиях в основном приме­няется аппаратура, использующая электрические сигналы.

Средство измерения, с помощью которого измеритель­ная информация выдается в форме, доступной для непосред­ственного восприятия наблюдателем, называется измерительным прибором. В практике для измерительных приборов, устанавливаемых на щитах контроля и управления, применяется термин вторичный прибор т. е. устройство, вос­принимающее сигнал от первичного или передающего изме­рительного преобразователя и выражающее его в воспринимаемом виде с помощью отсчетного устройства (шквалы, диаграммы, интегратора, сигнального устройства).

К первичным преобразователям также относят и отбор­ные устройства. Отборным устройством (отбором) называ­ют устройство, устанавливаемое на трубопроводах и техно­логических агрегатах и служащее для непрерывного или периодического отбора контролируемой среды и передачи" ее параметров к измерительному преобразователю или из­мерительному прибору. В отличие от первичного измери­тельного преобразователя отборное устройство передает к измерительному прибору или преобразователю измеряе­мую величину, не изменяя ее физической природы (напри­мер, отбор давления среды в технологическом аппарате и передача его по импульсной трубке для измерения к ма­нометру). Импульсной трубкой называют трубопровод не­большого диаметра обычно от 1/2 до 2 связывающий технологический объект с преобразователем или измерительным прибором.

Место установки отборных устройств и первичных изме­рительных преобразователей, может сильно влиять на точ­ность измерения, поэтому технологам с особым вниманием необходимо относиться к выбору мест установки датчиков, отборов давления, разрежения и проб на химический ана­лиз.

Отборные устройства располагаются на границе сопри­косновения технологического оборудования и технологиче­ских трубопроводов с измерительной системой. Для монтажа отборных устройств используются специальные закладные конструкции — устройства, встраиваемые в технологическое оборудование и трубопроводы и обеспечи­вающие:

а) установку на них первичных измерительных преоб­разователей и местных измерительных приборов таким образом, чтобы чувствительный элемент преобразователя или прибора находился в зоне измерения технологическо­го параметра, например, показывающего ртутного термо­метра или термоэлектрического термометра (термопары) (см. рис. 4, а, б);

б) присоединение импульсного трубопровода и закреп­ление запорного устройства, если первичный измерительный преобразователь или местный измерительный прибор уста­навливается на некотором расстоянии от технологического аппарата или трубопроводов, например, манометра бесшкального с дистанционной передачей показаний, манометра местного показывающего (см. рис. 4,в,г).

Совокупность средств измерений и вспомогательных 1 устройств, соединенных между собой каналами связи, предназначенная для выработки сигналов измерительной информации в форме, удобной для автоматической обработки передачи и (или) использования в автоматических системах управления, называется измерительной системой.

К вспомогательным устройствам измерительной систе­мы относятся устройства, предназначенные для питания энергией средств измерения, защиты их от внешних воздей­ствий, внутренних перегрузок и т. д.

В зависимости от назначения и поставленных задач из­мерительная система может включать в себя один или несколько измерительных преобразователей и измерительных приборов.

Под определением системы автоматизации следует по­нимать совокупность приборов и средств автоматизации (измерительной, преобразующей, передающей, исполнитель-

Рис.4. Примеры установки первичных измерительных преобразователей для из­мерения температуры и отборных устройств для измерения давления газа:

а—установка стеклянного показывающего термометра ртутного углового в за­щитной оправе на трубопроводе; б — установка термометра термоэлектрического (термопары) на трубопроводе или металлической стенке с внутренней кирпичной кладкой; в—установка отборного устройства для измерения давления газа; г— закладная конструкция отборного устройства для измерения давления газа; 1— термометр показывающий ртутный стеклянный угловой; 2 — термометр термо­электрический (термопара); 3— импульсная трубка; 4— вентиль; 5—прокладка; 6—заглушка; 7—штуцер; 8—закладная конструкция (перед установкой преоб­разователей, измерительных приборов; присоединением импульсной линии или запорного органа пробки-заглушки и прокладки с закладных конструкций сни­мают); 9—легкоснимаемый изоляционный слой.

ной и другой аппаратуры, а также вычислительной техни­ки), связанных между собой каналами связи в единые системы. Например, измерительные системы, системы авто-матического управления (регулирования), системы сигнализации, защиты и управления технологическим про­цессом.

В показывающих приборах измерительная информация воспроизводится положением стрелки или какого-либо другого указатели относительно отметок шкалы прибора. Шкала представляет собой совокупность отметок, расположен­ных вдоль какой-либо линии, и проставленных около некоторых из них чисел отсчета или других символов, соответствующих ряду последовательных значений измеряемой величины.

Для каждого измерительного прибора устанавливается диапазон показаний - область значений шкалы, ограниченная начальным и конечным ее значением.

Любые технические измерения относительны, посколь­ку всегда существует положительная или отрицательная разность между наблюдаемым или численным значением измеряемой величины и ее истинным значением, называемая погрешностью. Таким образом, погрешность — это от­клонение результата измерения от истинного значения из­меряемой величины.

Погрешности измерения в зависимости от их происхож­дения разделяются на три группы: систематические погреш­ности, случайные погрешности и субъективные погрешно­сти (промахи).

Систематические погрешности имеют постоянный харак­тер и по причинам возникновения делятся на: инструмен­тальные погрешности; погрешности от неправильной установки средств измерений; погрешности, возникающие вследствие внешних влияний; методические (теоретические) погрешности.

Инструментальные погрешности могут вызываться кон­структивными и технологическими погрешностями, а также износом и старением средств измерений.

Конструктивные погрешности вызываются несовершен­ством конструкции или неправильной технологией изготов­ления средства измерения. Плохая балансировка измери­тельного механизма, неточности при нанесении отметок шкалы, некачественная сборка прибора вызывают технологическую погрешность. Конструктивная погрешность у приборов одного типа постоянна, технологическая же погреш­ность меняется от экземпляра к экземпляру.

Длительная или неправильная эксплуатация прибора, а также длительное хранение приводят к погрешностям, которые называют погрешностями износа и Старения.

Погрешности от неправильной установки могут вызы­ваться наклоном прибора, т. е. отклонением от нормального рабочего положения; установкой на ферромагнитный щит прибора, градуированного без щита; близким расположе­нием друг к другу однотипных приборов.

Погрешности, возникающие вследствие внешних влия­нии. вызываются вибрацией, электромагнитными полями, конвекцией нагретого воздуха и др.

Следует иметь в виду, что наиболее сильное воздействие на показания приборов оказывает изменение температуры окружающей среды. Даже незначительные перепады тем­пературы между отдельными элементами прибора приводят к заметным погрешностям вследствие, например, возникно­вения паразитных термо-э.д.с., или по другим причинам. Поэтому не рекомендуется устанавливать измерительные приборы вблизи источника тепла.

Методические погрешности возникают в результате не­совершенства метода измерений и теоретических допу­щений (использование приближенной зависимости вместо точной). К таким погрешностям относятся, например, по­грешности, обусловленные пренебрежением внутренним со­противлением (проводимостью) прибора, т. е. пренебреже­нием собственным потреблением электроэнергии.

Для исключения погрешности до начала измерений сле­дует определить причину, вызывающую погрешность, и уст­ранить ее. Например, если погрешность вызывается влиянием внешнего электромагнитного поля, то нужно либо экранировать прибор, либо удалить источник помехи. Для исключения температурной погрешности средство измере­ний термостатируют, вибрацию устраняют путем установки амортизаторов. В процессе измерения погрешность устраня­ется применением специальных методов измерения.

Исключение погрешности после проведения измерений достигается путем введения соответствующей поправки, в показания приборов, численно равной систематической погрешности, но противоположной ей по знаку.

В некоторых случаях применяют не поправку, а попра­вочный множитель — число, на которое нужно умножить результат измерения, чтобы исключить систематическую погрешность. Поправочные множители применяются для исключения систематической погрешности делителей на­пряжения, плеч отношения в мостах и т. п.

Случайные погрешности вызываются независящими друг от друга случайными факторами и изменяются слу­шанным образом при повторных измерениях одной и той же величины. Проявляются случайные погрешности в том. что при измерениях одной и той же неизменной величины одним и тем же средством измерения и с той же тщатель­ностью, получают различные показания. Следует отметить, что если при повторных измерениях одной и той же величины одним и тем же средством измерения получают совер­шенно одинаковые результаты, то это обычно указывает не на отсутствие случайной составляющей погрешности, а на недостаточную чувствительность средства измерения. Плот­ностью совпадающие, как и сильно разнящиеся результаты наблюдений при измерениях одинаково свидетельствуют о их неточности. Случайные погрешности могут возникнуть, например, из-за трения в опорах, люфтов в сочленениях ки­нематической схемы измерительного прибора, неправиль­ного режима работы электронных устройств и по многим другим, трудно объяснимым причинам. Знак случайных по­грешностей выражается в виде ±.

Субъективные погрешности (промахи)-это погрешно­сти, вызванные ошибками лица, производящего измерение например, неправильный отсчет по шкале прибора, невер­ное подключение проводов к датчику и др.).

Погрешности средств измерений устанавливаются при поверке—определении метрологическим органом погреш­ностей средств измерений и установления пригодности их к применению (применять сочетание слов «поверка показа­ний» не рекомендуется, следует говорить «поверка средств измерений»). Слово проверка применяется для установления комплектности чего-то, оценки состояния взаимодейст­вия элементов, например, электрической схемы.

Совокупность операций по доведению погрешностей средств измерений до значений, соответствующих техниче­ским требованиям, называется юстировкой средств измере­ний.. Зависимость между значениями величин на выходе и входе средства измерений, составленная в виде таблицы, графика или формулы, называется градуировочной харак­теристикой. Определение градуировочной характеристики называется градуировкой средств измерения (термин «та­рировка» применять не рекомендуется).

Различают абсолютные и относительные погрешности измерения.

Абсолютная погрешность -это разность между измеренным Х и истинным значениями измеряемой величи­ны. Абсолютная погрешность выражается в единицах из­меряемой величины

(2)

Поскольку истинное значение измеряемой величины оп­ределить невозможно, вместо него в практике используют действительное значение измеряемой величины, которое находят экспериментально по показаниям образцовых средств измерений. Таким образом, абсолютную погреш­ность находят по формуле

(3)

Относительная погрешность - это отношение абсо­лютной погрешности измерения к истинному (действи­тельному) значению измеряемой величины, выраженное в процентах:

(4)

Пример I. Определить абсолютную и относительную погрешно­сти измерения давлении, если при действительном значении давления среды 70 кПа показание прибора равно 68,5 кПа.

Из выражения (3) находим абсолютную погрешность измерения:

D=68,5—70=-1.5кПа.

Согласно выражению (4) относительная погрешность

Абсолютная погрешность измерительного прибора — это разность между показанием прибора и истинным значе­нием измеряемой величины. Поскольку, как указывалось выше, истинное значение величины остается неизвестным, на практике вместо него пользуются действительным зна­чением величины , отсчитанное по образцовому прибору. Таким образом

(5)

Поправкой называют величину, одноименную с измеря­емой, которую следует алгебраически прибавить к показа­ниям прибора, чтобы получить действительное значение. Поправка равна абсолютной погрешности измерения, взя­той с обратным знаком.

Относительная погрешность измерительного прибора -это отношение абсолютной погрешности измерительного прибора к действительному значению измеряемой им величины. На практике, как правило, относительную по­грешность выражают в процентах:

(6)

Приведенная погрешность измерительного прибора -это отношение абсолютной погрешности измерительного прибора к нормирующему значению (обычно выражается в процентах):