книги из ГПНТБ / Челюсткин А.Б. Применение вычислительной техники для управления металлургическими агрегатами

ных листов по группам линия резки может быть оборудована сис­

темой автоматической сортировки листов по видам брака. В этом случае число пакетировочных карманов должно быть увеличено, и привод каждого кармана снабжен схемой, получающей импульс лишь по одному виду брака. Так, в качестве электронного реле ЭР измерителя толщины мо­ жет быть использовано по­ ляризованное реле, которое будет реагировать раздельно на отклонения толщины за

пределы плюсового и мину­ сового допусков.

Система учета качества и

количества полосового ма­

териала может быть уста­

новлена и на линиях пере­ мотки рулона. Примером та­ кой системы является систе­ ма автоматического контро­

ля и цифровой регистрации качества стальной луженой полосы (рис. ЮЗ)1. На линии перемотки полюсы осуще­ ствляется непрерывный

контроль толщины полосы

нии связан тахометрический датчик ГИ, частота импульсов ко­ торого пропорциональна скорости полосы. Эти импульсы по­ ступают в блоки электронных счетчиков. Первый счетчик CI от­ считывает общее число импульсов, поступающих от тахометричес­ кого датчика, учитывая таким образом общую суммарную дли­ ну полос, прошедших через линию. Второй счетчик СП учитывает длину каждой полосы, третий счетчик СШ— длину дефектной по­ лосы, имеющей сквозные проколы, четвертый CIV и пятый CV

счетчики — длину полосы, толщина которой выходит за пределы допусков. Шестой СVI и седьмой CVII счетчики учитывают дли­ ну полосы, толщина покрытия которой выше или ниже допусти­ мой величины. Восьмой счетчик CVIII учитывает общую длину

дефектных участков полосы, а счетчик CIX — длину годной

полосы.

Включение тех или иных линий электронного селектора осу­ ществляется в соответствии с импульсами, поступающими от дат­ чиков толщины полосы, толщины покрытия и наличия сквозных проколов в блок управления БУ.

1 Разработана в США.

162

ветствует перфорированная карта, в которой приведены сведения о рулоне и указана требуемая выходная толщина полосы. Перед

прокаткой рулона перфорированная карта вставляется в считыва­ ющее устройство СУ. Сигналы с этого устройства поступают как задание в регулятор толщины РТ1, воздействующей на нажимное устройство первой клети, и регулятор толщины РТ2, воздействую­ щий на натяжение полосы между последними клетями. Кроме того, считанные с перфорированной карты данные записывают­ ся перфорирующим устройством ПУ на ленту Л. Одновременно с этими данными на ленту записывается номер смены и номер

комплекта валков, установленных в клетях,, а также время на­ чала прокатки. В процессе прокатки на перфорированной ленте записывается общая длина полосы и длина полос с отклонения­ ми по допускам. Длина полосы определяется электронным счет­ чиком ЭС, который получает импульсы от датчика ДИ, установ­ ленного на опорном выходном ролике стана. Учет длины полосы, выходящей за пределы допусков, производится также по сигналу, даваемому измерителем толщины ИТ регулятору РТ2. Таким об­ разом, на перфорированной карте записываются все данные о прокатанном рулоне за исключением его веса, который может быть определен лишь после снятия рулона с моталки (практичес­ ки после того, как начнется прокатка нового рулона). Так как данные о весе рулона должны быть выданы одновременно со всеми другими данными, то в системе они запоминаются до мо­

мента, когда будут получены данные о весе. С этой целью вся за­ писанная на перфорированной ленте информация считывается

устройством СУ тотчас после окончания прокатки и одновременно записывается на новой ленте Л перфорирующим устройством

ПУ1. Одновременно с записью данных на новой ленте электричес­ кая печатающая машинка ИМ печатает эти данные в таблицу. Последнием печатается вес после взвешивания рулона на весах В. После окончания взвешивания данные о весе рулона подаются на цепи перфорирующего устройства ПУР, на этом заканчивается сбор всех данных о прокатанном рулоне.

Информация по каждому рулону выдается перфорирующим

устройством СИУ, которое переносит данные с ленты на перфори­ рованную карту.

16. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ В АВТОМАТИЧЕСКИХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРАХ

При измерении ряда параметров технологических процессов необходимо вводить поправки в показания приборов по темпера­ туре, давлению, скорости и т. д. Обычно введение таких.поправок Сопряжено с выполнением математических операций — умноже­ ния, деления и т. п.

Выше была описана схема измерения расхода газа по перепа­ ду давления на диафрагме (см. <рис. 46). В этой схеме линейность

164

шкалы прибора обеспечивается операцией извлечения квадратно­ го корня, а поправки на температуру и давление вводятся при по­ мощи вычислительных устройств, которые осуществляют опера­ ции деления и умножения.

В качестве еще одного примера использования вычислитель­

ных устройств в измерительных приборах на рис. 105 приведена схема ультразвукового масс-расходомера, разработанного в Ан­

глии.

С наружной отороны трубы,

по которой течет жидкость, устанавливается пьезоэлектри­ ческий датчик Д, сочлененный с трубой при помощи акустиче­

ского клина АД. Датчик полу­ чает напряжение высокой ча­ стоты (около 6 мгц) от элект­ ронного генератора Г и создает узкий луч ультразвуковых ко­ лебаний. После многократных отражений от стенок трубы луч попадает на два пьезоэлек­ трических приемника П. Каж­ дый приемник также снабжен акустическим клином и уста­ новлен таким образом, что при нулевой скорости движения жидкости на оба приемника по­ падают равные количества зву­

вой луч, вследствие чего на приемники попадают неравные коли­ чества звуковой энергии, и напряжения на приемниках не равны друг другу Угол отклонения луча а, а следовательно, и напряже­ ние Ди на приемниках, пропорциональны отношению скорости движения жидкости V к скорости Ус распространения в ней ультразвука:

Аи = а. = —— . Ve

Но скорость распространения звука в жидкости зависит от ее

плотности Р и изменяется при изменении температуры. Для уче­ та скорости распространения звука в жидкости служит вспомога­ тельный датчик БД, получающий питание через специальное им­ пульсное устройство ИУ от генератора высокой частоты Г. При помощи этого датчика измеряется звуковой импеданц Z, который

165

равен произведению плотности жидкости на скорость распростра­

нения звука:

Z = P-VC.

Измерение импеданца осуществляется электронным устрой­ ством HZ, определяющим время прохождения звукового импуль­ са от вспомогательного датчика ВД до вспомогательного прием­

ника ВП. Интервал времени, измеренный одним из рассмотрен­ ных выше способов, преобразуется в напряжение, пропорциональ­ ное импеданцу Z.

Рис. 106. Схема цветового фотоэлектрического пирометра

Чтобы определить масс-расход жидкости Q, необходимо ум­

ножить величину напряжения, снимаемого с приемников /7, на величину звукового импеданца:

A«.Z= —= f/c

Это умножение осуществляется при помощи множительного звена М3, к выходу которого подсоединен указывающий или ре-

■гистрирующий прибор УП со шкалой, градуированной в единицах масс-расхода (кг!сек). Множительное звено может быть элект­

ронным или электромеханическим (на базе автоматического ком­ пенсатора, см. рис. 4).

Оригинальное решение для реализации операции деления при­ менено в цветовом фотоэлектрическом пирометре, разработанном

вСША. Общий принцип работы такого пирометра основан на сравнении излучений контролируемого тела в двух достаточно да­ леких друг от друга частях спектра, а абсолютная температура те­ ла определяется как отношение величин этих излучений. В пиро­ метре (рис. 106) применен один фотоэлемент ФЭ, перед которым вращается обтюратор ОБ с красным КС и синим СС светофиль­ трами. Импульсы фототока, пропорциональные интенсивностям

красных и синих лучей в спектре излучения контролируемого те­ ла, усиливаются одним и тем же электронным усилителем ЭУ,

.снабженным системой автоматического регулирования усиления

(АРУ).

166

Фильтры вмонтированы в обтюратор таким образом, что крас­

ный светофильтр находится перед фотоэлементом лишь незначи­ тельную часть времени одного оборота обтюратора, все же ос­ тальное время оборот^ на фотоэлемент попадает излучение, про­ шедшее через синий светофильтр. Таким образом, ток на выходе

усилителя имеет кратковременный всплеск в момент, когда перед фотоэлементом проходит красный светофильтр. Амплитуда этого

всплеска, пропорциональная излучению тела в красной части спектра, запоминается электронным пик-вольтметром ПВ. Поми­ мо пик-вольтметра, к выходу усилителя подключен фильтр Ф

(состоящий из RC-цепочек), не пропускающий ваплеск фототока и усредняющий величину напряжения на выходе усилителя. На­

пряжение, снимаемое с фильтра, сравнивается с некоторым эта­

лонным напряжением Uэ , и полученная разность подается в си­ стему АРУ. Благодаря этому напряжение на выходе фильтра, практически равное напряжению на выходе усилителя при попа­ дании на фотоэлемент синей части спектра излучения, поддержи­ вается неизменным.

Как указывалось выше, абсолютная температура тела опре­ деляется как отношение излучений в различных частях спектра, т. е.

T=k^ ,

б'с

где U к и U с — напряжения на выходе усилителя при прохожде­

нии перед фотоэлементом соответственного крас­ ного и синего светофильтров.

Так как система АРУ поддерживает Uc неизменным и равным Ua, то, следовательно, абсолютная температура тела оказывает­ ся прямо пропорциональной показанию пик-вольтметра, шкала

которого градуируется непосредственно в °C.

Как следует из рассмотрения принципа работы цветового пи­ рометра, операция деления при помощи системы АРУ заменяет­ ся умножением на постоянный коэффициент, поскольку знаме­

натель отношения автоматически поддерживается неизменнььм. Аналогичный принцип использован также в автоматическом ультразвуковом дефектоскопе, разработанном в Западной Гер­

мании (рис. 107).

Основным недостатком ультразвуковых дефектоскопов явля­ ется непостоянство акустического сопротивления между излуча­ телем и измеряемым телом, что затрудняет оценку величины

дефекта по амплитуде отраженного звукового импульса.

В системе непрерывной дефектоскопии металла в потоке пье­ зокристаллический излучатель ПИ не имеет непосредственного контакта с поверхностью контролируемого изделия. Между ни­

ми находится стальная гибкая лента Л в виде бесконечной пе­ тли, которая катится без скольжения по поверхности изделия, а

излучатель непрерывно трется о внутреннюю поверхность ленты,

167

которая для уменьшения акустического сопротивления поливает­ ся водой. При таком выполнении контакта излучателя с поверх­

ностью изделия износ излучателя очень мал, а поверхность из­ делия не требует специальной обработки в '.месте контакта.

Посылаемые излучателем импульсы отражаются от дефекта

(например, расслоения), если он имеется, и от нижней стенки

изделия, образуя на экране катодного осциллографа КО два

импульса: один при отражении от дефекта, а второй — от ниж­ ней поверхности (донный импульс). Очевидно, что в случае уве-

Рис. 107. Схема ультразвукового дефектоскопа

личения акустического сопротивления оба импульса уменьшают свои амплитуды, и для оценки величины дефекта необходимо увеличить коэффициент усиления электронного усилителя ЭУ для сигналов, поступающих от излучателя ПЗ. Такое увеличе­ ние коэффициента усиления достигается автоматически при по­

мощи системы АРУ, контролирующей амплитуду донного им­ пульса.

Выделение донного импульса из других промежуточных им­ пульсов осуществляется путем синхронизации работы схемы управления СУ генератора импульсов ГИ и схемы селекции СС, которая запоминает амплитуду напряжения донного импульса. Эта амплитуда сравнивается с некоторым эталонным напряже­ нием U3, и выявленная разность подается в систему автоматичес­ кого регулирования усиления электронного усилителя ЭУ.

Элементы вычислительной техники находят также примене­

ние и в фотоэлектрических измерителях геометрических разме­ ров прокатываемого металла.

На рис. 108 приведена схема фотоимпульсного измерителя, в котором используется метод развертки изображения контроли­ руемого изделия. С помощью оптической .системы измеряемое те­ ло проектируется на щелевую диафрагму а, перед которой вра­ щается диск б с прорезью по архимедовой спирали.

При непрерывном вращении диска двигателем в и прохожде­

168

нии света от тела через прорезь в щелевую диафрагму осущест­ вляется строчная развертка изображения измеряемого тела па его размеру h, которая воспринимается находящимся за щеле­ вой диафрагмой фотоэлементом 2 эасвечиваевым светом изме­ ряемого тела. Поле действия оптической системы И ограничена шагом архимедовой спирали и параметрами линзы. В процессе-

развертки фотоэлемент периодически засвечивается, и характе­

ристика тока в его цепи соответствует графику I (в левой части

Рис. 108. Схема фотоимпульсиого измерителя геомет­ рических размеров проката

рис. 108). Длительность одной развертки Т прямо пропорциа-

нальна размеру поля Н. Из общего времени Т некоторая часть- /изм, соответствующая периоду от начала засвечивания до на­

чала затемнения фотоэлемента, пропорциональна контролиру­ емому размеру.

Таким образом, импульсы тока в цепи фотоэлемента имеют

форму, близкую к прямоугольнику. Вследствие того, что свето­ вой поток ограничивается прорезью и щелевой диафрагмой, ам­ плитуда этих импульсов мала и зависит от яркости измеряемо­ го тела (график 7).

Для выделения из общей длительности импульса времени 7изм фотоэлемент связан с электронным усилителем ЭУ черёз дифференцирующее звено ДЗ, на выходе которого возникают разнополярные импульсы (график II). После усиления импуль­ сы (график III) подаются на триггерную схему Т, в которой им­ пульс, соответствующий началу засветки, вызывает срабатыва­ ние триггера, а импульс, соответствующий концу засветки, — за­

16»

крывание его. В результате ток на выходе триггера имеет фор­ му прямоугольных импульсов со стабилизированной амплиту­ дой (график IV). При этом среднегеометрическое значение тока за время одной развертки прямо пропорционально времени tR3M и размеру тела h. Для измерения этого тока служит интегрирую­ щее звено ИЗ, к выходу которого подключен указывающий или регистрирующий прибор УП.

Интегрирующее звено может быть выполнено по схеме импуль­ сного фильтра, коммутация которого согласуется с моментом на­ чала очередной развертки. В этом случае значение измеряемо­ го размера можно получить через время, равное времени одной

развертки. Вместо интегрирующего звена к выходу триггерной ■схемы можно подключить пусковую цепь генератора импульсов

(см. рис. 38). В этом случае измеритель будет иметь цифровой

выход (число импульсов за одну развертку пропорционально контролируемому размеру).

Фотоимпульсные методы могут быть также использованы для бесконтактного измерения уровня расплавленного металла в ковше или в кристаллизаторе машины непрерывной разливки, для измерения длины прокатанных заготовок и т. п.

Обычно длины заготовок, прокатанных из данной партии ме­ талла, варьируют в сравнительно небольших пределах, обуслов­ ленных различием их веса или условий прокатки. Поэтому изме­

рение абсолютных значений длин можно осуществлять путем из­ мерения отклонения фактической длины от номинала.

Впростейшем виде измеритель отклонения длины может быть выполнен в виде ряда фотореле, установленных через рав­ ные расстояния по ходу движения металла, как показано на схе­ ме рис. 109, а. В момент, когда передний конец заготовки засве­ чивает фотореле ФР1, фиксируется, какое из последовательно

установленных реле ФР2 — ФРп еще засвечено задним концом заготовки. Это позволяет определять длину заготовки с точно­ стью, соответствующей расстоянию между двумя соседними фо­ тореле.

Всоответствии с полученным сочетанием номеров сработав­ ших фотореле релейная схема П, выполняющая функции преоб­ разователя, создает на выходе пропорциональное длине напря­ жение, которое измеряется вольтметром УП.

Вцелях повышения точности измерения в некоторых конст-.

рукциях вместо нескольких фотореле устанавливается только одно, в головке которого имеется ряд фотоэлементов с отдель­ ными каналами усиления и выходными цепями. Однако и в этом

■случае расстояния между фотоэлементами относительно велики,

что определяет сравнительно низкую точность отсчета длины.

На рис. 109, б приведена схема, в которой использованы всего один фотоэлемент и один канал усиления, однако эта схе­ ма обеспечивает высокую точность измерения. Изображение

■170