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

равления или регулирования, в которых используется

характер процесса регулирования ведет к грубым ошиб­ кам в определении значений температуры и за этими погрешностями могут следовать серьезные нарушения теплового режима, создаваемые в объектах самой си­ стемой регулирования.

Записанные на диаграмме прибора отклонения тем­ пературы в общем случае вовсе не равны фактическим их значениям (в печи) и тем меньше им соответствуют, чем с большей частотой эти изменения происходят. Тем­ пература по прибору и фактическая температура в ра­ бочем пространстве печи могут быть практически равны между собой только тогда, когда достаточно длительное время не вносится никаких изменений в тепловое состоя­ ние печи, когда нет колебаний в значениях этих темпе­ ратур и длительное время существует тепловое равнове­ сие. Но в процессе нагрева система подвергается возмущениям. Колебательный характер изменений тем­ пературы создается регуляторами, изменяющими пода­ чу топлива для подавления возмущений, либо вследст­ вие особенностей применяемых регуляторов (двухпози­ ционные, без обратных связей), или вследствие непра­ вильной настройки ПИ- и ПИД-регуляторов (излишне высокие скорости регулирования). Независимо от при­ роды причин, вызывающих колебательный процесс, его частота существенно влияет на достоверность информа­ ции, поступающей к регуляторам и обслуживающему персоналу.

Степень ошибки увеличивается с повышением часто­ ты колебаний и достигает пятикратного значения уже при <й= 0,0167, т. е. при периоде колебаний около 6,5 мин, и одиннадцатикратного при периоде 5 мин.

На примере измерения температуры рабочего прост­ ранства колодца термопарой, имеющей постоянную вре­ мени 7=88 сек и чистое запаздывание /0= 20 сек, мож­ но показать, что ошибка измерения при периоде колеба­ ний температуры, составляющем 60 сек, достигает ±144 град.

При периоде колебаний 240 сек ошибка значительно уменьшается и достигает ±36 град. С уменьшением ча­ стоты колебаний (увеличением периода) ошибка изме­

рения может быть сведена к минимуму, если подбирать ш по следующей формуле:

ния не только видимых на диаграммах пределов откло­ нения температуры (эти ограничения обязательны, но во многих случаях явно недостаточны), а в еще большей степени пределов частот колебаний, допускаемых систе­ мами автоматического контроля и регулирования (по возможности и значений Т и /0>применяя менее инер­ ционные приборы).

Подобные искажения информации не менее серьез­ ны по последствиям при нагреве в печах сталей (особен­ но высоколегированных) с относительно малой тепло­ проводностью. Значительные изменения уровня темпе­ ратуры рабочего проетранства, вызываемые частными изменениями подачи энергии (неправильно настроены регуляторы), существенно ухудшают качество поверх­ ности слитков и деталей из этих сталей. Поэтому еще не­ редки случаи, когда при нагреве сталей некоторых ма­ рок операторы предпочитают переходить на ручное управление. В данном случае частота изменений в по­ даче топлива очень мала, малой получается и частота колебаний температуры, и хотя на диаграмме прибора могут быть зафиксированы несколько большие отклоне­ ния, чем при авторегулировании, они оказывают суще­ ственно меньшее влияние на качество проката.

По этим причинам для уменьшения ошибок в изме­ рениях и повышения достоверности получаемой от при­ боров информации о температуре необходимо не допу­ скать колебаний в процессе регулирования, настраивая соответствующим образом регуляторы или ограничивая предельную частоту видимых на диаграмме изменений температуры до значений, обеспечивающих наименьшие искажения. Кроме того, необходимо знать индивидуаль­ ные динамические (в частности, амплитудно-фазовые) характеристики каждого из нагревательных устройств, правильно их использовать при настройке систем авто­ матического регулирования . (в указанном выше смыс­

ле), а также при выборе средств защиты теплоприемни* ков (термопар, пирометров излучения), обеспечивающих наименьшие значения Т и /0.

В этой связи особую значимость приобретают систе­ мы централизованного управления процессом нагрева металла, способные обеспечить требуемые динамические свойства всех каналов управления основных параметров теплового режима нагревательных печей.

3.ИНФОРМАЦИЯ О ВРЕМЕНИ ПРЕБЫВАНИЙ МЕТАЛЛА

ВЗОНАХ НАГРЕВА

Методические печи

В п. 2 этой главы рассмотрен вопрос об использова­ нии температуры поверхности металла в качестве им­ пульса, характеризующего производительность печи (с применением специальной методики для определения установочных координат радиационного пирометра в методической зоне, чтобы свести до минимума ошибки измерения). Однако использование этого сигнала еще не дает полного решения вопроса о вводе коррекции в си­ стему управления. Объясняется это тем, что при дли­ тельных простоях нарушается однозначность между за­ меренной температурой поверхности металла и темпом выдачи металла из печи. Кроме того, получение такого сигнала связано с необходимостью подавления значи­ тельных по величине помех, амплитуда которых меняет­ ся в широком диапазоне, что особенно ощутимо при дли­ тельных простоях и больших колебаниях частоты выдачи металла из печи. В этих условиях наличие сигнала, сви­ детельствующего о частоте выдачи металла из печи, су­ щественным образом улучшит работу схемы управ­ ления.

пульсом по температуре металла комплексного сигнала, пригодного для получения информации о всяких измене­ ниях производительности печи и для дальнейшего ее использования в системе регулирования тепловой нагруз­ ки печи. Такое устройство должно измерять темп про­ катки или производительность печи в виде непрерывной величины; причем важно измерение средней частоты по­

ступления импульсов, а не величины промежутков меж­ ду импульсами. Большое значение имеет выбор периода усреднения частоты, так как при малом периоде усред­ нения возможны частные и ненужные корректировки теплового режима. При большом периоде усреднения корректирующий импульс будет отрабатываться с за­ паздыванием.

Для выбора оптимального периода усреднения необ­ ходимо проанализировать кривую разгона температуры металла в методической зоне при возмущении по произ­ водительности печи и годограф амплитудно-фазовой ха­ рактеристики (АФХ) по этому каналу [5].

Из АФХ определено, что спектр канала простирается от с о = 0 до Ш с р = 0 ,0 8 . Это означает, что существенное по амплитуде воздействие на температуру металла может оказать только такое изменение производительности, ко­

можно представить как функцию с ограниченным спект­ ром ш Ср = 0 ,0 8 , которая полностью определяется своими

то F является частотой среза шСрЭто означает, что пе­ риод отсчета значений производительности печи не дол­ жен быть в данных условиях больше

это не дает нужной информации. Следовательно, период усреднения должен приблизиться снизу к величине Ат. Таким образом, должно усредняться столько интерва­ лов между импульсами, сколько их лежит внутри отрез­ ка протяженностью Ат.

Ниже рассматриваются схема и принцип действия прибора для измерения средней частоты выдачи метал­ ла из печи, который существенно отличается от ранее разработанных измерителей средней скорости счета им­ пульсов [74].

Частоту выдачи металла из печи наиболее точно мож­ но определить как величину, обратную среднему време­ ни пребывания заданного числа заготовок в печи.