Файл: Круашвили, З. Е. Автоматизированный нагрев стали.pdf

аналитически. Действительно, выражение вероятности выбора (Ш-63) после указанного исключения принимает следующий вид:

екта, равны нулю. Аналогично меняется нормирующее соотношение (III-G2), которое принимает вид

нулю. Эти выражения доказывают, что после исключения хотя бы одного объекта вероятности выбора любого ос­ тавшегося объекта возрастают без нарушения при этом условия нормирования.

Для учета возмущений, которые могут в процессе ис­ ключения увеличить скорость движения исключенного объекта к заданному уровню, вводится пороговое значе­ ние, достигнув которого заблокированная ячейка распре­ делителя деблокируется до истечения времени исключе­ ния, тем самым объект возвращается в совокупность объ­ ектов, избираемых для управления. Использование дан­ ного способа дает возможность уменьшить колебатель­ ность системы. И, наконец, используя пороговое значе­ ние, можно изменить значение коэффициента усиления центрального управляющего устройства до требуемого в зависимости от того, находится ли изображающая точка (при движении) внутри порога или вие его.

4. Выше рассмотрены способы централизованного управления с вероятностной логикой выбора объекта, в которых одним центральным устройством управляются п объектов (/г> 2). Надежность такой системы относитель­ но мала, так как выход из строя центрального управля­ ющего устройства оставляет без управления все объекты этой многосвязной системы.

Использование многофазного управляемого стохасти­ ческого релаксатора позволяет объединить несколько

СЦУ в одну большую систему, в которой вероятностные управляющие устройства могут подключаться к любому из управляемых объектов ’.

Естественно, что такая укрупненная система может функционировать более надежно н эффективно. Повыше­ ние надежности функционирования укрупненной системы по сравнению с надежностью подсистем и даже систем с индивидуальными средствами управления каждым объ­ ектом подтверждает следующие очевидные предпосылки: при одном отказе в подсистемах с одним управляющим устройством или в системах, состоящих из объектов с ин­ дивидуальными средствами управления, объект или под­ система объекта остаются полностью неуправляемыми, тогда как для большой системы число отказов k<im і(где in -—число управляющих устройств) приводит лишь к снижению качества управления, однако все объекты ос­ таются управляемыми и только при т отказах (k= m ) система становится неуправляемой. Одновременно с по­ вышением надежности и укрупнением системы по изло­ женному принципу возрастает вероятность управления объектами с наибольшими рассогласованиями, а вместе с ней и эффективность управления.

Для системы, состоящей из т автономных подсистем, каждая из которых состоит из п объектов, можно запи­ сать

гk=-- 1,2,..., m, I

где xik— величина рассогласования t-того объекта &-той подсистемы.

При объединении системы множество всех элементов

мы объединяются в общую систему так, чтобы вероят­ ности выбора объектов из их числа тп любым из т дей­ ствующих управляющих устройств системы образовали монотонно возрастающую функцию от величин рассогла­ сований неуправляемых в момент выбора объектов. Так как имеет место неравенство уи^Хи., вероятность выбора

1 Б а у м б е р г И. Д., К р у а ш в и л и 3. Е. и др. Система центра­ лизованного управлении. Авт. свид. № 337762. — «Бюл. изобр. и тов. знаков», 1972, № 15.

объектов управления с большими величинами рассогла­ сования для объединенной системы больше, чем для системы, состоящей из автономных подсистем. Это под­ тверждает возможность повышения эффективности уп­ равления при укрупнении системы указанным спо­ собом.

Сравнительный анализ систем централизованного управления

Для сопоставления качества функционирования систем с детермироваиным законом выбора объекта управления системами с вероят­ ностно-логическим законом* выбора рассмотрим систему управления, состоящую из N объектов и одного центрального управляющего уст­ ройства. Сравнительный анализ проводили с использованием моде­ лирующей установки.

Моделирование проводилось по следующей методике.

1.Задано случайное начальное состояние системы с пятью стати­ ческими объектами, поведение которых изучается в дискретные мо­ менты времени.

2.Используя таблицы случайных чисел, наносили возмущения со случайным распределением амплитуд, знаков этих возмущений и мо­ мента времени их поступления.

3.Каждое конкретное состояние объектов вводили в распредели­

ный закон управления [в результате подключения управляющего уст­ ройства в момент Tj рассогласование хДтДі-того объекта уменьшает­ ся к моменту T j + 1 на величину £х і(ті )> где k — коэффициент усиле­ ния управляющего устройства].

5.Для всех способов централизованного управления с целью со­ поставимости результатов моделирование проводили при одном и том же случайном распределении возмущений и одинаковом случайном исходном состоянии системы.

6.Результаты моделирования оценивали по среднеквадратичному отклонению от заданного значения (для нашего случая задание соот­ ветствовало нулю) для всей системы централизованного управления.

Результаты моделирования, представленные ниже, идентичны ре­ зультатам, полученным аналитическим путем:

п. основании результатов моделирования можно сделать вывод о тол, что в сочетании с законом случайного выбора детерминиро­ ванных условий изменения этого закона в некоторых особых случаях (например, при достижении регулируемой величиной аварийного зна­ чения или зоны вокруг установившегося значения и т. д.) могут дать возможность построения СЦУ с очень высокими качественными пока­ зателями.

Г л а в а IV

ИСХОДНАЯ ИНФОРМАЦИЯ ДЛЯ ПОСТРОЕНИЯ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ

ПРОЦЕССОМ НАГРЕВА СТАЛИ

В этой главе приведены результаты сравнительного анализа существующих средств измерения температуры для определения влияния погрешности измерения на результат нагрева в системе оптимального управления процессом нагрева стали. Обоснована необходимость из­ мерения температуры в зонах подогрева, поскольку она дает важную информацию для построения систем управ­ ления температурным режимом печей в функции темпа прокатки (производительности печи) и описана методи­ ка определения установочных координат пирометра, конт­ ролирующего температуру поверхности металла (для ме­ тодических печей).

Обоснована также необходимость ввода в систему управления информации о средней частоте выдачи ме­ талла из печи и описаны • различные варианты устройств, предназначенных для получения этой инфор­ мации на методических и кольцевых печах. Наконец, обоснована необходимость ввода в систему управления информации о параметрах садки .(теплофизических свойствах стали, геометрических размерах нагреваемых заготовок) и местонахождении границ садок в рабочем пространстве нагревательных печей; кратко описаны устройства и системы, предназначенные для определе­ ния, обработки и ввода этой информации в систему уп­ равления процессом нагрева металла в кольцевых и ме­ тодических печах.

1.СПОСОБЫ И СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ

ПОВЕРХНОСТИ МЕТАЛЛА В НАГРЕВАТЕЛЬНЫХ ПЕЧАХ

Вопросам измерения температуры поверхности ме­ талла в рабочем пространстве печи и клетях стана уде­ лено особое внимание во многих исследованиях, направ­ ленных иа создание систем автоматического управления процессом нагрева стали, что еще раз подчеркивает важ­

ных пирометров полного излучения (радиационных пиро­ метров и пирометров частичного излучения (яркостных). Эти пирометры могут быть подразделены по схемам на три группы:

1.Пирометры с непосредственным измерением элект­ рического сигнала иа приемнике (например, болометре).

2.Компенсационные пирометры (сравнивающие по­ ток от тепла, температура которого измеряется с пото­ ком от эталонного источника) с неизменяемой (постоян­ ной) температурой эталонного излучателя. Отсчет ве­ дется по положению поглотителя, вводимого между эталонным излучателем и приемником для уравнивания их потоков (яркостей).

3.Компенсационные пирометры с эталонным источ­ ником излучения, температура которого изменяется до значения, компенсирующего поток от измеряемого тела.

Пирометры спектрального отношения по принципу измерения температуры разделяются на два класса:

1) пирометры, в которых значения спектрального от­ ношения, а следовательно, и значения температуры опре­ деляются по излучению на двух участках спектра;

2 ) пирометры, в которых полихроматический поток от измеряемого объекта сравнивается с полихроматичес­ ким потоком от эталонного источника, температура кото­ рого контролируется косвенным путем.

Электронные устройства измерения отношения пото­ ков разделяются по принципу построения иа двухканаль­

ные и одноканальные. В двухканальных системах изме­ ряемые потоки преобразуются в электрические сигналы отдельными приемниками, усиливаются отдельными уси­ лителями и подаются в счетнорешающую систему, вы­ числяющую соотношение потоков. В одноканальных сис­ темах используется лишь один приемник, на который по­ очередно падают измеряемые потоки, и один усилитель. При одноканалыюм методе устраняется влияние измене­ ния коэффициента преобразования приемника и коэффи­ циента усиления усилителя. Ниже кратко описаны су­ ществующие пирометры, нашедшие применение в практике измерения температуры поверхности металла.

Пирометры полного излучения или, как обычно их называют, ра­ диационные пирометры предназначены для измерения и регулиро­ вания температуры поверхности нагретых тел (в частности, поверх­ ности металла). К ним относятся радиационные пирометры типа РАПИР и ПРК-600.

В телескопе пирометра РАПИР расположен блок термобатарей, на который оптическими средствами фокусируется лучистая энергия от визируемого объекта. Тепловая инерция пирометра не превышает 4 сек, он позволяет в комплекте со вторичными измерительными при­ борами измерять температуру в диапазоне 400—2500° С.

Пирометр типа РАПИР наводится или на измеряемое тело, или па дно карборундовой трубы, которую помещают в зону измеряемой температуры. В этом случае карборундовая труба представляет со­ бой модель черного тела, и поправки па неполноту излучения вво­ дить не требуется. Пирометр обычно используют при температуре окружающей среды до 60° С. При повышении температуры корпус телескопа пирометра необходимо термостатировать, охлаждая его водой. Поэтому при температуре окружающего воздуха выше 60— 100° С применяют радиационный компенсационный пирометр типа ПРК-600, предназначенный для измерения радиационной температу­ ры поверхности тел от 600 до 2000° С при температуре окружающего воздуха от 0 до 200° С. Пирометр снабжен автоматической компен­ сацией погрешностей показаний, возникающих вследствие изменения температуры корпуса телескопа. Тепловая инерция пирометра не превышает 1,8 сек.

Пирометры частичного излучения представляют собой компенса­ ционные пирометры с изменяющим температуру эталонным источни­ ком излучения.

Электрический сигнал на приемнике, пропорциональный разности потоков от объекта и эталонного излучателя, воздействует на напря­ жение питания излучателя и изменяет его до такой величины, при которой поток от излучателя сравнится с потоком от объекта. Темпе­ ратура объекта определяется по температуре излучателя или по па­ раметру, пропорциональному температуре излучателя.

Наибольшее распространение в металлургической промышленно­ сти получил построенный по этой схеме пирометр типа ФЭП-3.

Фотоэлектрический яркостный пирометр ФЭП-3 предназначен для измерения (в записи) яркостной температуры металла в процессе прокатки..В пирометре используется узкая спектральная область из­