книги из ГПНТБ / Основы автоматизации для металлургов

ботка результатов контроля, которая необходима для дальней­ шего совершенствования технологии.

Хотя это и кажется абсурдным, часто при организации конт­ роля отсутствует четкое понимание цели контроля. Часто считают само собой разумеющимся, что простое ведение контроля повы­ сит качество или экономичность производства. Однако не прово­ дится никаких мероприятий, которые могли бы этому способство­ вать, поэтому в некоторых случаях' контроль становится само­ целью, а тем самым и бесполезным. Часто результаты контроля не обрабатываются, хотя они являются материалом, на основании которого можно получить ценную информацию о причинах аварий или ошибок. Поэтому при рассмотрении предлагаемых методов контроля необходимо четко определить цель контроля и быть по­ следовательным при ее достижении. Контроль должен служить средством решения определенной задачи, и прежде всего необхо­ димо обрабатывать получаемые результаты.

Наиболее частой задачей контроля является определение ка­ чества продукции. Под качеством можно понимать свойства • про­ дукции, определяющие ее пригодность для определенной области использования. Во многих случаях не имеется подходящих и про­ стых методов физических измерений, поэтому приходится исполь­ зовать для сравнения стандарт или шкалу образцов, при этом классификация продукции осуществляется по этой эксперимен­ тально установленной шкале.

Однако трудности возникают не только при контроле качества. Если проанализировать строго, то можно констатировать, что не­ решенными вопросами являются также контроль температуры и веса. Вопрос взвешивания является скорее технической проблемой, поскольку речь идет о конструкции соответствующих весов, кото­ рые при достаточной точности взвешивания должны быть при­ годны для эксплуатации в тяжелых условиях металлургических цехов. В противоположность этому вопрос измерения температуры

не можем надежно определить даже температуру слитка, посту­ пающего на обжимной стан. И только после снятия толстого слоя окалины (обычно после третьего прохода через валки обжимной клети) удается измерить температуру слитка, но это уже поздно. Однако в промежутке мы можем контролировать давление ме­

менном производстве и в сталеплавильных цехах вызывают еще большие трудности.

Можно констатировать, что контроль, особенно автоматический, отстает от современных требований и это отставание становится тормозом дальнейшего развития автоматизации. Мы сталкиваемся

21

не только с недостатком необходимых измерительных приборов; часто безотлагательного решения требуют и вопросы методики из­ мерений.

Чтобы контроль приобрел нужное значение и дал экономиче­ ский эффект, данные, полученные методом контроля, следует си­

лургических цехах осуществлялись параллельно с процессом уп­ равления работой металлургических агрегатов и практически неза­ висимо от него. Измерения помогали более детально определить состояние агрегатов, а также контролировать качество продукции.

Выход из строя какого-либо измерительного прибора в боль­

прибора вызывал получение дефектных изделий или, в худшем

вызывал опасность аварии в очень редких случаях, так как об­ служивающий персонал мог руководствоваться достаточным чис­ лом других, хотя обычно и субъективных факторов, благодаря че­ му достигалась дальнейшая безаварийная работа агрегата.

Измерительные приборы дают для автоматических систем не­

прибора означает обычно выход из строя определенной части си­ стемы автоматики, что может повлечь за собой аварию.

Основные трудности при проведении надежного контроля воз­ никают по следующим причинам:

1. Часто неизвестны параметры, которые дают соответствую­ щую информацию о состоянии наблюдаемого участка.

2.Неизвестны физические методы измерения соответствующих параметров.

3.Отсутствуют необходимые датчики.

Поэтому вопрос получения информации все еще остается от­ крытым. На решение этого вопроса было затрачено много усилий, и поиски новых решений продолжаются. Поэтому вопросам конт­ роля и измерения следует уделять большое внимание и постоянно пополнять отечественный и зарубежный опыт.

22

с которыми ошибки можно разделить на три группы: 1) система­ тические; 2) случайные; 3) грубые.

Ошибки первой группы вызываются несовершенством исполь­

Вторую группу составляют случайные ошибки. Чтобы резуль­

2)каждый из этих факторов способствует возникновению элементарной ошибки величиной а, причем эта величина может быть как положительной, так и отрицательной;

3)как положительные, так и отрицательные ошибки а могут возникать одинаково часто.

Практический опыт показывает, что на основании указанных предпосылок можно сконструировать такую математическую модель для обработки ошибок измерений, которая будет достаточно хорошо соответствовать действительности. Тогда распределение отклонений

23

обусловленные, например, невнимательностью, усталостью персо­ нала и др. или кажущиеся беспричинными. Результаты измерений при наличии таких ошибок резко отличаются от остальных резуль­ татов. Данные измерений, искаженные в результате таких ошибок, необходимо исключить из комплекса рассматриваемых результа­ тов. Однако их никогда не следует исправлять на основании ожи­ даемых результатов.

лив при наличии трех указанных предпосылок, причем при доста­ точно большом числе измерений. Часто число измерений бывает небольшим и поэтому возникает вопрос, как на основании отдель­ ных результатов найти правильное значение измеряемой величины. Точнее говоря, этот вопрос неразрешимый. При условии нормаль­ ного распределения ошибок можно, однако, при конечном числе измерений определить наиболее вероятное значение измеряемой величины.

При нормальном распределении ошибок наиболее вероятно, что значение измеряемой величины равно среднеарифметическому зна­ чению, полученному по результатам измерений

Точность измерений можно охарактеризовать различными вели­ чинами [19].

Широко распространены такие оценки точности, как средне­ квадратичная ошибка и средняя ошибка. Величина среднеквадра­ тичной ошибки определяется следующим образом:

24

Квадрат этого значения равен среднеарифметическому значе­ нию квадратов отдельных измерений. Однако для их определения необходимо знать действительное значение величины х, которое неизвестно (если бы оно было известно, не было бы необходимости в проведении измерений). Однако приближенно его можно рассчи­ тать как наиболее вероятное значение, определяемое среднеариф­ метическим значением всех результатов измерений.

Значение средней ошибки, рассчитываемое по отклонению от наиболее вероятного значения, т. е. от среднеарифметического, оп­ ределяется выражением

Г—

измерений можно при помощи формулы Бесселя определить сред­ нюю ошибку б среднеарифметического числа N результатов оди­

Из сравнения уравнений (4) и (5) вытекает следующее: наибо­ лее вероятная средняя ошибка среднеарифметического N резуль­ татов одинаково точных измерений в ]/JV раз меньше средней ошиб­ ки одного измерения, тем самым точность вУ^Л/ раз больше.

Точность результатов измерения

Чтобы было ясно, с какой точностью определен результат из­ мерения, к значению, полученному измерением, добавляют зна­ чение (обычно с обоими знаками) среднеквадратичной ошибки или чаще вероятной ошибки:

1. Произведение константы а (или другой точно определенной величины) на измеренную величину х имеет ошибку, умноженную

25

Умножением на константу ошибка измеренной величины воз­

Здесь более удобно ввести относительную ошибку, которая оп­ ределяется отношением ошибки к измеряемой величине. Она опре­ деляет, таким образом, какую часть всего значения измеряемой величины представляет возникшая ошибка. Часто она выражается в процентах,

Для относительной ошибки k-топ степени измеряемой величины получим следующее простое выражение:

Относительная ошибка Ä-той степени измеряемой величины является произведением степени k на относительную ошибку этой величины.

3. Натуральный логарифм измеряемой величины имеет ошибку

Ошибка натурального логарифма измеряемой величины равня­ ется ее относительной ошибке. Это влечет за собой следующий практический результат: при расчетах на логарифмической линей­ ке значения логарифма являются одинаково точными во всех точ­ ках шкалы. Это означает, что относительная ошибка результатов, полученных при помощи логарифмической линейки, является оди­ наковой независимо от их цифрового значения.

Ошибка суммы и разности равна корню из суммы квадратов

ным образом значением большей ошибки. Поэтому для суммы или разности абсолютная точность только одной величины еще не мо­ жет обеспечить такую же точность результата. При умножении или делении малая относительная ошибка только одной из вели­ чин также не определяет точность результата.

Если речь идет об определении произведения степеней с раз­ личными показателями, то необходимо, наоборот, стремиться

26

к тому, чтобы относительные ошибки находились приблизительно в обратном отношении к показателям степеней. Если мы опреде­

27

Относительная ошибка результативной величины составит: і

лючением, например измерение давления манометрами или тем­ пературы оптическими пирометрами) при помощи электрических или электронных приборов. Неэлектрические способы измерений стремятся перевести на электрические, так как это позволяет соз­ дать единую систему автоматического сбора информации.

Измерительные приборы для измерения неэлектрических вели­ чин состоят из датчика, который позволяет переводить неэлектри­ ческие величины в электрические, и собственно измерительного и индикаторного или регистрирующего устройства, которое изме- *

28

Наиболее широко применяемыми аналоговыми приборами явля­ ются измерительные приборы со стрелочным указателем, напри­ мер вольтметры или амперметры. Угол отклонения стрелки инди­ каторного прибора пропорционален напряжению или силе тока, а следовательно, и значениям измеряемой величины, в которых ча­ сто прямо тарируют шкалу. Аналогично работают и регистрирую­ щие приборы, у которых положение пера самописца соответствует значению измеряемой величины.

Этот способ измерения имеет множество недостатков. Прежде всего это несовершенный способ записи, для оценки которой при­ ходится тратить много времени, а точность отсчета зависит от квалификации работника, который переводит аналоговую запись в цифровую форму. Графическая запись может служить лишь для периодического выявления причин неполадок или аварий производ­ ственного оборудования; для систематического наблюдения она, однако, непригодна. Поэтому в практике известны случаи, когда записи регистрирующих приборов фактически не используются.

Аналоговые индикаторные приборы пригодны лишь для реги­ страции текущего значения измеряемой величины, однако и в этом случае из-за неточного считывания данных на разных стадиях часто возникают ошибки.

Методы измерения с помощью цифровой измерительной техники не имеют недостатков, свойственных системам измерений с анало­ говой индикацией и регистрацией. При использовании цифровой измерительной техники значение измеряемой величины определя­ ется или регистрируется в форме чисел в десятичной или другой форме представления, что исключает ошибки при отсчете резуль­ татов. Основное преимущество заключается, однако, в цифровой регистрации, которая осуществляется быстро и наглядно и может служить материалом для изучения наблюдаемого процесса в го­ раздо более удобной форме. Полученные результаты можно легко наносить на перфокарты или перфоленты для дальнейшей обра­ ботки. В конечном счете результаты цифрового измерения можно вводить непосредственно в автоматическую вычислительную ма­ шину, где их можно использовать для автоматического регулиро­ вания.

На выходе цифровых индикаторных и регистрирующих прибо­ ров обычно используется десятичная система исчисления, которая является наиболее удобной. Во внутренних схемах прибора обычно используется двоичная система, которая с точки зрения

с цифровой регистрацией, такой прибор обычно называют цифро­ вым измерительным прибором. Эти измерительные приборы должны быть снабжены аналого-цифровыми преобразователями, которые позволяют преобразовывать аналоговые величины, про­ порциональные измеряемой величине, в цифровые. Иногда эти преобразователи служат собственно датчиками неэлектрической величины и измерение производится прямо в цифровой форме, или

29

аналоговую величину (например, напряжение) подают с датчика на преобразователь, а затем проводят собственно цифровое изме­ рение с цифровой индикацией или регистрацией. Схема такого спо­ соба измерения показана на рис. 3, где аналоговая величина с тер-

мопары при помощи преобразователя преобразуется в цифровую величину, которая выдается на цифровое индикаторное устройство.

Для хотя бы краткого ознакомления с проблематикой прове­ дения измерений в металлургии приведем несколько примеров современных методов аналогового и цифрового измерения.

Измерение момента прокатки при помощи аналоговой ЭВМ

Момент прокатки является одним из наиболее важных параметров для оп­ тимизации процесса прокатки. Знание момента прокатки позволит интенсифи­ цировать производство, снизить затраты, повысить качество продукции и т. д. Ре­ зультирующий момент прокатки можно определить арифметической обработкой замеренных значений напряжения, силы тока, числа оборотов 'и усилия прокатки. Д л я проведения измерений были использованы две ЭВМ типа МЕДА серийного производства, которые были лишь незначительно модифицированы.

«Хюбнер», для воспроизведения напряжения — индуктивный датчик фирмы «Си­ менс». Электрический сигнал с шунтового сопротивления был преобразован в на­ пряжение при помощи вибрационного преобразователя ЗПА. Для измерения дав­ ления были применены тензометрические датчики, разработанные на Витковицком металлургическом комбинате им. К. Готвальда.

При оценке результатов измерений с помощью ЭВМ не только сокращается время, необходимое на обработку результатов измерений по сравнению с ручной обработкой, но и уменьшается число ошибок, возникающих при считывании с гра­ фической записи. Достигнутая результирующая точность составила ± 5 % , из них ошибка, допущенная при расчете, не превышает 2,5%.

Из уравнения равновесия моментов на валу двигателя получим, по данным работы [13], уравнение

30