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

полного сгорания этого топлива требуется &XQT кислорода и

при горении выделяется &2QT продуктов горения. Для горения топлива, выделяющегося из ванны, требуется &3QC кислорода;

при этом выделяется k4 Qc продуктов горения.

Если в качестве кислородоносителя используется только воз­ дух, то для сжигания Qc и QT требуется количество воздуха,

равное

— (kiQT + W >

где р — процент содержания кислорода в атмосферном воздухе (принимается неизменным).

Поскольку в отходящих газах содержится объем А свободно­ го кислорода, то общее количество воздуха, подаваемого в печь,

должно быть равно QB =—(&iQT + kaQc + Д). Помимо кис­

лорода, в отходящих газах содержится также азот, объем кото­

ния в процентах содержания свободного кислорода в отходящих газах

откуда

Д = -—-1(1 —р) QB + kiQt + ^QqI-

Следовательно, общее количество воздуха, поступающего в печь,

будет равно

вестна, легко может быть найдена и величина Qc. К сожалению,

из-за несовершенства конструкции мартеновской печи (подсосы воздуха в печь, потери воздуха на тракте от вентилятора) дей­ ствительное количество воздуха, подаваемого в печь, точно не известно. При измерении общего количества отходящих газов SQ,. (например, при помощи трубы Вентури, вмонтированной в боров) общее количество воздуха может быть определено на ос-

новании показаний прибора, измеряющего расход отходящих газов

Очевидно, что труба Вентури будет правильно измерять количе­ ство отходящих газов лишь в том случае, если потери газов че­ рез окна печи достаточно малы (либо пропорциональны общему

количеству отходящих газов), что имеет место при правильно на­ строенном регуляторе давления в рабочем пространстве печи;

Совместным решением, уравнений (а) и (б) находим

Q __ (Р--A) Ж-- №1Р ~Ь (1 — р)1

с, Р—Л

К1_д+^з(1 — Р)

На рис. 58 приведен вариант схемы вычислительного устрой­ ства, реализующего автоматическое решение найденного урав­ нения. При наличии топлива лишь одного вида входными при­ борами вычислительного устройства являются газоанализатор на кислород Д и расходомер для отходящих газов SQr. обору­ дованный устройством для коррекции по температуре. Усилитель

82

(1—Д). Множительное звено М3 в сочетании с усилителем СУ4

вычисляет результат деления (р—Д) на (1—Д), Суммирующий

усилитель ЭУ5 реализует операцию сложения членов знамена­

теля. Блок III, состоящий из усилителя СУ5 и множительного звена М3, осуществляет деление числителя на знаменатель урав­ нения для Qc. Таким образом, напряжение на выходе блока

III пропорционально искомой величине выделения углерода из ванны печи, и вольтметр УП, подключенный на выход, градуи­

рован в единицах расхода углерода (кг/сек).

Точность вычисления зависит от того, насколько правильно определено общее количество отходящих газов, поэтому в вы­ числительное устройство введена автоматическая подстройка показаний расходомера газов 2Qr. Эта подстройка осуществля­ ется при помощи поляризованного реле ПР (включенного на вы­ ход СУ2), управляющего шаговым приводом ШП (например, ре­ версивным шаговым искателем), который изменяет положение движка делителя напряжения на выходе расходомера SQr. При этом выходное напряжение блока I, пропорциональное значению числителя уравнения для Qc, автоматически сводится к нулю.

Цепь подстройки разрывается через некоторое время после за­ ливки чугуна в печь (контакт 34). Таким образом, подстройка вычислительного устройства осуществляется в период, когда уг­ лерод в ванне не выгорает, что позволяет уточнить величину фактических подсосов-воздуха и выбиваний газов (на период

до окончания процесса плавки).

Помимо скорости'выгорания углерода, из. ванны, печи, вычис­

лительное устройство может приближенно' определять и про­

цент содержания углерода в ванне печи. Для этого -выход бло­ ка III подключают к интегрирующему звену ИЗ ,* которое инте­ грирует значения Qc по времени, т. е. определяет общее количе­

ство выгоревшего углерода. С интегрирующим звеном ИЗ сое­ динен суммирующий усилитель, реализующий операцию вычи­

быть пропорционально общему количеству углерода, находяще­ гося в ванне и определяемого по результатам химического ана­ лиза экспресс-лаборатории. При выборе соответствующих

коэффициентов выходное напряжение может быть установлено пропорциональным процентному содержанию углерода в ван­

дает ступенчатое изменение выходного напряжения до величины, равной пре­

дельному значению интеграла, и осуществляет разряд конденсатора интегра­ тора во время очередного шага, либо как электромеханическое устройство.

*6

расходуется только для горения топлива и выгорания углерода из ванны печи, В действительности же в самой ванне имеется связанный кислород, вводимый с рудной частью завалки в виде РегО3 и FeO. Кроме того, как кислород воздуха, так и связан­ ный кислород руды взаимодействуют с различными примесями, такими как кремний, марганец, сера и др. Учет расхода связан­ ного кислорода на окисление примесей и выгорание углерода требует оценки теплового состояния ванны, поскольку реакции окисления отдельных элементов идут при различных темпера­

турах. Следовательно, программа работы вычислительного

устройства, учитывающего дополнительные химические реак­ ции, должна изменяться при изменении температуры. Обуслов­ ленное этим усложнение такого вычислительного устройства, а

также неточности в оценке влияния температуры на ход реакций существенно снижают точность расчета. В связи с этим необхо­ димо осуществлять периодическую автоматическую коррекцию его параметоов путем сравнения расчетных значений содержа­

ния углерода в ванне с фактическим, определяемым обычными методами в экспреос-лаборатории.

Разработка прибора, позволяющего непрерывно определять

содержание углерода в ванне мартеновской печи, несомненно позволит улучшить ведение процесса плавки и создаст предпо­ сылки для перехода от автоматизации теплового режима печи

кавтоматизации технологического режима.

5.НЕПРЕРЫВНЫЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА В СИСТЕМЕ

РЕГУЛИРОВАНИЯ МОЩНОСТИ ДУГОВЫХ СТАЛЕПЛАВИЛЬНЫХ ПЕЧЕЙ

Процесс плавки в дуговой печи осуществляется за счет теп­ ла, выделяемого электрическими дугами в рабочем пространст­ ве печи.Количество этого тепла определяется таками и напряже­ ниями дуг. При данных параметрах печной установки в различ­ ные периоды плавки имеются вполне определенные оптимальные режимы, при которых тепловая мощность, выделяемая дугой,

приобретает максимальное значение. Поэтому для нормального ведения плавки необходимо поддерживать мощность каждой

дуги на определенном уровне, зависящем от периода плавки. Хотя по технологии требуется регулирование мощности дуг,

современные регуляторы положения электродов дуговой печи реагируют не непосредственно на мощность дуг, а на токи фаз

или соотношения токов и напряжений фаз. При регулировании по соотношению тока и напряжения мощность дуги имеет тре­ буемую величину лишь при условии, что это соотношение точно соответствует заданному. Практически такое соответствие не­ прерывно нарушается из-за возмущений в печи, поэтому мощ­ ность дуги подвержена значительным колебаниям, что стрица-

84

тельно оказывается на технико-экономических показателях работы печи. Использование для регулирования мощности токов фаз или соотношений токов и напряжений фаз объясняется сложностью получения электрического сигнала, пропорциональ­ ного мощности. Лишь развитие вычислительной техники позво-

Рис. 59. Принципиальная схема электромашинного регуля­ тора мощности одной фазы дуговой печи с применением вычислительного устройства:

Д4У _ магнитный усилитель; Bl, В2 — выпрямители; ЭМУ—элек- тромашинный усилитель; Д — двигатель механизма перемещения

электрода

лило создать регуляторы, в которых мощность находится путем ■перемножения токов на напряжения фаз.

На рис. 59 приведена принципиальная схема регулятора мощности с электронным вычислительным устройством, разра­ ботанная Центральной лабораторией автоматики (ЦЛА) сов­ местно с НИИСчетмашем. Значение мощности в фазе опреде­ ляется при помощи множительного звена (схема звена анало­

гична схеме, приведенной на рис. 8). Выходное напряжение на

85

выходе множительного звена прямо пропорционально активной мощности, выделяемой дугой. Это напряжение может быть не­ посредственно подано в схему электромашинкою управления положением электрода печи.

В рассматриваемой схеме это воздействие осуществляется не непосредственно, а через интегрирующее звено, к выходу кото­ рого подключена обмотка магнитного усилителя МУ. Усилитель

МУ получает питание от трансформатора тока ТТ; при изменении тока в управляющей обмотке усилителя МУ изменяется степень шунтирования выпрямителя В, питающего обмотку управления ЭМУ регулятора.

В том случае, когда выделяемая дугой мощность равна задан­ ной, напряжения на входе и выходе интегрирующего звена равны нулю, и мощность поддерживается путем сравнения тока и нап­ ряжения фазы, как и в обычном регуляторе. Если же мощность подвержена колебаниям (что практически имеет место), то на входе интегрирующего эвена появляется знакопеременное на­

пряжение. Интегрирующее звено выявляет общую величину от­ клонения .энергии, выделенной дугой, и изменяет уставку регу­ лятора в сторону компенсации этого отклонения.

Таким образом, система регулирования обеспечивает выпол­

нение условия

потреблению стабилизирует процесс плавки, обеспечивая сокращение периода расплавления, и повышает технико-эконо­ мические показатели печи.

Одна и та же величина мощности, выделяемой дугой, может

быть получена при различных величинах тока и напряжения

дуги. Оптимальное соотношение между этими величинами опре­ деляется режимами плавки и характеристиками печной установ­ ки. Вследствие того, что печь имеет несимметричные параметры „по фазам и вольтамперная характеристика дуги является нели­ нейной, установить оптимальный электрический режим печи весьма сложно. Однако его легко можно определить на модели печи, на которой имитируются все нелинейности и нессиметричности параметров.

На рис. 60 приведены вольтамперная характеристика дуги (а) и схема замещения (б), моделирующая эту характеристику. Как следует из схемы, ток начинает проходить через выпрями­ тели В1 и В2 лишь тогда, когда напряжение питающей сети

86

превысит напряжение управления Е. На рис. 60, в приведен график напряжений и токов в схеме замещения. В положитель­ ный полупериод напряжения ток i возникает в цепи тогда, ког­ да напряжение сети U с достигает величины Uа, равной вели­ чине управляющего напряжения Е. Так как внутреннее сопро­ тивление выпрямителей и внешнее сопротивление R1 малы, напряжение U д остается практически неизменным, а ток опре­ деляется значением сопротивления R1. В отрицательный полу­ период ток в цепи пропускается выпрямителем В2, и схема ра­ ботает симметрично.

Рис. 60. Вольтамперная характеристика дуги и схема замещения:

На рис. 61 приведена полная схема моделирующей установки для трехфазной дуговой печи. В цепи замещения каждой фазы

дов, которые находятся в печи.

Управляющее напряжение снимается при помощи спаренных ползунков с главного потенциометра ГП, получающего пита­ ние от источника напряжения постоянного тока Е. Таким обра­ зом, напряжения, снимаемые между нулевой точкой потенцио­ метра ГП и соответствующей парой ползунков, эквивалентны напряжению горения дуги данной фазы. Напряжение, измеряе­ мое трансформатором напряжения TH между нулевой точкой и соответствующим участком сопротивления цепи, определяет реальное напряжение на электроде данной фазы. Мощность каждой фазы Рф измеряется электронным ваттметром, представ­ ляющим собой множительное звено М3 (выполненное по схеме рис. 8), на вход которого подаются напряжение и ток фазы (на схеме показаны цепи лишь для одной фазы). Вследствие нелинейности вольтамперной характеристики дуг и влияния

87

электрического режима фаз друг на друга установить требуе­ мую мощность путем выбора соответствующей величины управ­ ляющего напряжения затруднительно, поэтому в схеме преду­

смотрено автоматическое установление требуемых значений управляющего напряжения. Это достигается при помощи следя­ щей системы, состоящей из электронного усилителя ЗУ и балан­ сировочного двигателя БД, перемещающего движки данной фа­ зы главного потенциометра.

Рис. 61. Схема моделирующей установки дуговой печи

На вход усилителя ЭУ подается напряжение от суммирую­ щего усилителя, в котором напряжение, пропорциональное из­ меренному значению Рф, сравнивается с напряжением U3, про­

порциональным требуемой мощности. Следящая система, пере­ мещая движки главного петенциометра, уравновешивает Рф с U3, т. е. устанавливает то значение напряжения дуги, которое

соответствует заданной величине мощности.

Моделирующая установка позволяет исследовать различные

электрические режимы дуговой печи и находить оптимальные соотношения тока и напряжения с учетом реальных нелинейно­ стей и несимметричностей печной установки.

При некотором усложнении моделирующей установки и со­ членении ее с реальной дуговой печью можно находить

оптимальные электрические режимы в ходе процесса плавки, которые задаются печной установке, как уставки для рассмотрен­

ного выше регулятора мощности.

88

6. ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА В СИСТЕМЕ УПРАВЛЕНИЯ НАЖИМНЫМИ ВИНТАМИ РЕВЕРСИВНОГО СТАНА ГОРЯЧЕЙ ПРОКАТКИ

Одним из самых сложных узлов системы автоматического управления реверсивным станом горячей прокатки является схема управления нажимными винтами.

В систему автоматического управления нажимными винта­

ми входят программное устройство, задающее величины пере­ мещений верхнего' валка по пропускам, и следящая система, отрабатывающая эти перемещения.

Чтобы максимально сократить время отработки перемещения,

следящую систему строят как оптимальную. Для этого электро­ привод выполняют по схеме, обеспечивающей автоматическое

ограничение скорости и момента двигателей. Кроме того, усили­ тели следящей системы выполнены с амплитудным ограничени­ ем, которое достигается при достаточно малых рассогласованиях. Переключение привода в тормозной режим осуществляется скачком в момент, когда оставшийся путь рассогласования ра­ вен пути торможения, что определяется при помощи вычисли­

тельного устройства. Так как система электропривода обеспе­ чивает постоянство тормозного момента, то путь торможения пропорционален запасенной кинетической энергии, т. е. квадра­ ту скорости в момент начала торможения. Возведение скорости привода в квадрат возможно либо при помощи нелинейного преобразователя, вольтамперная характеристика которого име­ ет вид параболы, либо при помощи двух каскадно-возбуждае- мых тахогенераторов (рис. 62, а и б). В обоих случаях напряже­ ние, пропорциональное квадрату скорости привода, сравнивает­ ся с напряжением, пропорциональным оставшемуся пути рас­ согласования, которое получается, например, при помощи мостовой потенциометрической схемы. При равенстве этих двух

напряжений срабатывает нулевое электронное реле, осущест­ вляющее необходимые переключения в следящей системе. Оче­ видно, что точность расчета величины пути торможения зави­ сит от постоянства величины тормозного момента, который мо­ жет изменяться в некоторых пределах (например, из-за непостоян'Ства момента статического сопротивления). Поэтому описанная система является разомкнутой и эквивалентна схеме,

приведенной на рис. 44, когда второе вычислительное устрой­ ство отсутствует.

Для определения требуемого коэффициента пропорциональ­

ности между величиной квадрата скорости и напряжением мо1-

жет быть применено второе вычислительное устройство (ВУ2

на рис. 44). На основании анализа величины и знака ошибки, получаемой в процессе отработки перемещений, оно установит) в первом вычислительном устройстве такое значение коэффи­ циента пропорциональности, при котором ошибка будет мини­ мальной.

89

На рис. 62, в приведена схема, в которой определение мо­

мента перевода привода в тормозной режим осуществляется

без квадратичного преобразователя и без учета скорости при­ вода, а только за счет подбора соответствующих напряжений питания задающего и следящего потенциометров.

Рис. 62. Схема включения вычислительного

не достигает предельной скорости и, следовательно, график ско­ рости имеет вид треугольника. Если момент статического сопро­ тивления равен нулю, то при условии неизменности пускового и тормозного токов двигателей путь, проходимый системой за время разгона, равен пути, проходимому за время торможения. Таким образом, торможение должно начаться в момент, когда система пройдет половину заданного пути перемещения. Как сле­

дует из схемы рис. 62, в, величина перемещения фиксируется на

программном потенциометре ПП как разностное напряжение

между положением Пп_\ в предыдущем пропуске и заданным положением в текущем пропуске. Пп (необходимые подключе­

ния цепей задающего потенциометра осуществляются контак­

тами счетной схемы).

Между отпайками программного потенциометра, соответ­ ствующими этим пропускам, включен делитель напряжения

90