книги из ГПНТБ / Кирпичников В.М. Автоматы - друзья металлурга
.pdfЧем же занят доменный воздушный автомат? Снача ла он при помощи датчиков, тоже пневматических, опра шивает все шестнадцать фурм и узнает, сколько че рез каждую из них проходит воздуха. Если расходы раз личны, то начинается про цесс выравнивания. Автома тически определяется та фурм а, через которую воз духа поступает меньше все го. Заслонка перед ней от крывается до конца. Усло вия прохождения воздуха через остальные фурмы лучше, поэтому заслонки около них слегка прикрыва ются. Автомат один, а фурм шестнадцать, поэтому он ра
ботает по принципу рабочего-многостаночника. Опрос и регулирование фурм производится поочередно.
Разработал такую систему автоматики Центральный научно-исследовательский институт комплексной автома тизации. Первые эксперименты показали, что внедрение новшества повышает производительность доменной печи не менее чем на один процент. Значит, благодаря этому металлурги Среднего Урала могут дополнительно вы плавить десятки тысяч тонн чугуна в год.
Если электронная лампа в среднем рассчитана на 500— 1000 часов работы, а электрическое реле на один
миллион включении, то в «автомате-с ветром в голове» практически все детали являются вечными, им нет изно су. Он боится только агрессивных жидкостей и газов, разъедающих мембраны и трубки.
Капризная домна. Многие годы советские и иностран ные ученые изучают доменный процесс. Чем глубже идет научный поиск, тем сложнее представляется нам про цесс получения чугуна. Открываются все новые и новые закономерности. В 1950 году профессор Донецкого ин
дустриального |
института |
|
В. А . |
Сорокин выяснил, что |
|
при |
ровном ходе |
доменной |
печи ее состояние зависит от 39 переменных величин. Тридцать одна из них ме няется медленно, " а во семь — быстро.
Чтобы представить, на сколько сложно управлять доменным процессом, сде лаем экскурс в область му
jd o /LU JjC M C U J
7*
зыки. Многие из вас слушали арфу. Это струнный щип ковый инструмент древнего происхождения. Допустим на мгновение, что арфа закапризничала. Все 47 струн ее то быстро, то медленно начинают самопроизвольно пере страиваться. Их тон меняется. М ожет ли на таком инстру менте играть даже самая виртуозная арфистка? Конеч но, нет. А ведь для рудоплава его домна является чемто вроде капризной арфы . Разница только в количестве струн. У домны «струн» не 47, а 39, чуть поменьше. По нятно, что без помощи автоматов трудно перестраивать их, управлять ими.
Интересные устройства автоматики доменной печи разработали ученые Донецкого индустриального и Львовского политехнического институтов. Всего устройств четыре. Первое вычисляет, сколько чугуна выплавляет печь за минуту, второе определяет, сколько нужно за сыпать кокса в печь, третье — руды. А четвертое выяс няет, какое количество углерода принимает непосредст венное участие в технологическом процессе.
Все четыре устройства работают четко и слаженно, если технологический процесс также идет ровно. Но стоит появиться какому-то временному отклонению в плавке, как автоматы начинают бессовестно врать. Ког да «доменные страсти» улягутся, они снова вычисляют правильные результаты . Из-за несовершенства такие уст ройства используются лишь в качестве советчика масте ра домны. Он прислушивается к дельным советам авто матических суфлеров и отвергает абсурдные.
Такая автоматика чем-то напоминает велосипед дат ского кузнеца Нильсона, героя одного юмористического рассказа. Нильсон ездит на работу на старинном велоси педе с громадным передним колесом и маленьким зад-
ним. Сдать такую ценность в музей он отказался, заявив, что велосипед ем у еще при годится. Вот так и мастер печи. Пока у него нет более надежных аппаратов, ему приходится пользоваться примитивными.
Гораздо более совер шенными являются вычисли тельные устройства, разра ботанные научно-исследова тельским институтом средств автоматизации в городе Тби лиси. Ученые воспользова лись методом моделирова ния.
Чтобы выяснить, что та кое моделирование, отпра вимся во Всесоюзный науч но-исследовательский неф
тегазовый институт. Перед нами кучкой, точно слоеный пирог, лежит смесь из пластических материалов, смазки, вазелина, горного воска и других веществ. На такой слоеный кубик нажимают с боков и сверху. В кубике на чинается переходный процесс. Одни слои изгибаются, другие рвутся, третьи скользят в сторону.
Так в течение нескольких часов воспроизводится дви жение земной коры, протекавшее в течение миллионов лет. Затем на модели находят участки с благоприятными условиями для залегания нефти и газа. Первые прогнозы показали, что Фергана, Бухара и Русская платформа
93
должны иметь нефтеносные районы. Эксперименталь ная проверка блестящ е подтвердила результаты моде лирования.
М етод моделирования позволяет при помощи пере ходных процессов в искусственном сооружении изучать реальные изменения в слоях земли, а также внутри до менной печи, на прокатном стане, на химическом заводе и так далее.
Тбилисский институт заменил домну тремя электрон ными моделями: в одной переходные процессы проте кают как в зоне плавки (низ домны), в другой — как в зоне низких температур (большая часть доменной печи по высоте) и в третьей — как в самом верху домны (под большим конусом). Последняя опрашивает 24 термо пары, установленные по окружности печи ниже большого конуса. По первым двенадцати термопарам вычисляет ся средняя температура, а по вторым определяется температура в двенадцати точках. Вычислительное м оде лирую щее устройство самостоятельно определяет ме сто с минимальной и максимальной температурой.
Если при пятикратном опросе одна и та же термо пара три раза «пожалуется» на чрезмерную жару, то в схем у автоматики системы загрузки отправляется руко водящее указание: засыпать шихтой очаг высокой тем пературы. Одновременно на круглом матовом экране вычислительного устройства появляется красное пятно сигнализации местного перегрева в домне.
М оделирующие вычислительные устройства гораздо совершеннее, чем советчики мастера, но им еще очень далеко до способностей человека.
Интересные исследования провели ученые Сверд ловского института металлургической теплотехники.
Было выяснено, что поведение доменной печи описы вается очень сложными дифференциальными уравне ниями. При расчетах следует учитывать показания при мерно ста датчиков и прислушиваться к советам более простых вычислительных устройств.
Тогда на помощь обширному семейству младших сестер — вычислительниц, решили подключить старшего брата — электронную цифровую вычислительную маши ну типа «Урал-2». Эта машина, установленная в домен ном цехе Нижне-Тагильского комбината имени В. И. Ле нина, выполняет 5— 6 тысяч вычислений в секунду. Боль шую работу провели коллектив кафедры вычислитель ной техники Уральского политехнического института, про изводственно-техническое предприятие «Уралмонтажавтоматика» и ряд других организаций.
Поиском руководили ученые института металлургиче
ской теплотехники. |
автоматики работает |
следующим |
Созданная система |
||
образом. Сто датчиков |
непрерывно собирают сведения |
|
о состоянии доменной печи и по проводам |
передают их |
|
«Уралу-2». Туда же поступают рекомендации от млад ших сестер — малых вычислительных машин. Вход в ма шине «Урал-2» всего один, а сведений много, поэтому перед входом установлено специальное устройство — коммутатор. Оно сначала подключает к машине первый датчик, затем второй, третий и так далее.
Кроме того, датчики вырабатывают сигналы в виде плавно меняющегося напряжения, а «Урал-2» «пони мает» только такие сообщения, которые состоят из ну лей и единиц.
Чтобы «Урал-2» мог усвоить сведения, передавае мые на чужом для него языке, меж ду коммутатором и
95
входом в машину включают автоматический переводчик с языка датчиков на язык цифровой машины — преобра зователь из непрерывных величин в цифровые.
Состояние доменной печи изменяется сравнительно медленно, а датчики следят за ней непрерывно. Инфор мация о работе домны получается излишне подробной, избыточной. Если «Урал-2» будет использовать ее всю, то ему некогда будет выполнить все расчеты по управ лению режимом печи. Как же тогда быть? Оказывается, «Урал-2» может сам облегчить свою работу.
Он поступает с доменной печью так же, как врач с больным при измерении температуры. Сначала машина решает вспомогательную задачу: насколько часто нужно запоминать показания датчиков, чтобы быть достаточно осведомленным о состоянии печи. Впоследствии имен но с такой частотой и обрабатываются сигналы датчиков и вычислительных машин.
По результатам расчетов «Урал-2» сам решает, сколько надо загружать в печь руды, агломерата, кокса, известняка, какое давление в печи нужно поддерживать, что сначала отрегулировать — температуру горячего дутья или влажность. Для посылки своих приказов в ни зовые системы автоматики машина имеет на выходе еще один коммутатор на 30 положений. Так передаются приказы в систему загрузки, на вращающийся распре делитель.
Если возникнет необходимость, цифровая машина может посылать внеочередные приказы.
Подобная система автоматики еще только внедряет ся, но уже сейчас ясно, что она будет способна уп равлять доменной печью без вмешательства человека. Предполагаемая экономия кокса составляет 5 процен
тов. Производительность печи возрастет на 5— 10 про центов.
Чугун выплавлен. Теперь его должны переработать в мартеновских, электросталеплавильных печах, в кон верторах. Из чугуна будет получена сталь. Она разли вается в чугунные прямоугольные формы — изложницы, и прямо в них отправляется по железной дороге в путе шествие длиною 100— 300 метров к прокатным цехам. Следуя за слитками, мы попадаем в новый мир автома тов, такой же интересный и не менее сложный, чем в до менном цехе.
Ц а р с т в о п р о к а т н ы х с т а н о в |
|
|
||
Разнообразие |
прокатных станов |
по |
||
истине огромно. |
Они делятся |
на |
две |
|
группы — горячей |
и |
холодной |
прокатки. |
|
В каждой группе есть |
станы с одной про |
|||
катной клетью и многоклетьевые. Сами клети могут работать с постоянным на правлением вращения валков и с пере менным. Кроме того, станы бывают двух-, трех- и многовалковые. Это позволяет выдавать сотни видов продукции: прово локу, штрипсы, полосы, листы, жесть, броню, рельсы, балки, бандажи ж елез нодорожных колес, баллоны, стволы ар тиллерийских орудий, трубы, шары, ше стеренки, сверла и так далее.
На одном стане такой набор изделий получить невозможно. У каждого стана своя технология, своя оригинальная си стема автоматизации. Для весьма поверх ностного рассмотрения достижений оте-
чественных и зарубежных ученых по автоматизации про катных станов пришлось бы написать многотомное сочи нение. Мы познакомимся только с несколькими наибо лее интересными примерами автоматизации их.
Бесконечная труба. Стальные трубы изготовляют на трубоэлектросварочных и трубопрокатных станах. Трубоэлектросварщики берут длинную стальную полосу, про давливают ее в виде желоба, загибают в трубу и свари вают по шву автоматом. Если нужно сварить трубу боль шого диаметра, то применяют электросварочные станы спиральной сварки. Например, на Челябинском трубопро катном заводе таким способом сваривают трубы диамет ром 1020 мм.
Стальные трубы среднего и малого диаметров изго товляют методом прокатки. Познакомимся с работой
автоматизированного |
стана «102» непрерывной прокат |
ки Первоуральского |
Новотрубного завода. |
В печь с медленно вращающимся дном укладывают в |
|
ряд цилиндрические |
заготовки. За один оборот дна пе |
чи заготовки нагреваются. При помощи специальной вы грузочной машины с длинным хоботом и зажимами на его конце раскаленные заготовки достаю т из печи. Ма шина опускает заготовку на наклонный стеллаж , по кото рому та скатывается на транспортировочный рольганг. Здесь заготовка попадает в поле зрения фотореле. Оно
ивключает рольганг.
Вконце рольганга установлен пневматический зацентровщик, работающий по принципу отбойного молотка. Как только заготовка упирается в него, зацентровщик с оглушительным стрекотанием выбивает в торце заготов ки лунку. Одновременно включается и реле времени. Оно в нужный момент выключает зацентровщик. Заго