книги из ГПНТБ / Основы автоматизации для металлургов

Д ля нижнего привода обжимной клети блюминга, на котором проводились измерения, в уравнение входят соответствующие константы:

с этим трудности считывания отдельных результатов, а также неточность счи­ тывания, обусловленная шириной светового пятна. Считывание скорости измене­ ния числа оборотов dnjdt является настолько неточным, что ценность результатов значительно снижается. Количество точек, которые нужно считать и оценить, по­

зультат на график. Такую работу должны были бы проводить несколько работ­ ников в течение длительного времени.

Если бы для регистрации измеряемых величин мы хотели использовать авто­ матические устройства, то могли бы регистрировать пять величин с интервалом времени примерно 0,005 сек. На современном уровне развития техники таким устройством должна была бы быть ЦВМ с большим объемом памяти и с не­ сколькими входами. Требуемая длительность преобразования 0,005 сек для ана­ логового цифрового преобразователя является предельной. Оборудование, необ­ ходимое для этой цели, было бы слишком дорогим.

Наиболее рациональным способом определения момента прокатки является расчет на аналоговой ЭВМ. Успех измерения зависит от достигаемой точности. Чтобы судить о пригодности использования аналоговой ЭВМ, был проведен пре­ дварительный анализ точности результатов. Требуемая точность решения состав­ ляла ± 5 % . Чтобы определить пригодность метода, проведем предварительный анализ на основании следующих предпосылок: а) все отдельные возмущающие факторы на данном уровне вызывают одинаковую ошибку; б) ошибки, вызванные отдельными факторами, имеют характер гауссова распределения.

2.Неудачный выбор датчиков для измерения входных величин и выбора способа регистрации (табл. 1).

3.Неточность расчета конечного результата.

Тогда для требуемой общей точности справедливо:

5 » / о = 1 / Ч + 822г + С

где ô l r = ô2 r = ô 3 r = ô r ,

отсюда 8 г =2,9о/о.

Этим определяется требуемая относительная точность расчета по заданному

31

Рассмотренные условия "будут выполнены тогда, когда каждый отдельный член уравнения (16) будет иметь одинаковую абсолютную ошибку. Дл я анализа

ной ошибке. Дл я этого используем соотношение абсолютных ошибок:

= 2360 кГ • м и рассчитываем относительные ошибки каждого из них.

Из приведенного анализа вытекает, что данное уравнение можно решить на аналоговой ЭВМ, так как при этом получаем требуемую максимальную относи­ тельную точность 1,18% (см. табл. 1).

Этот анализ был проведен при упрощенных условиях и может служить лишь для ориентировки в данном вопросе. Исходное уравнение, кроме ошибки Гаусса, имеет еще и систематическую ошибку, так как при составлении уравнения не были учтены некоторые технологические факторы, оказывающие влияние на ре­ зультат. Случайные ошибки имеют распределение, близкое к равномерному, и ошибка расчета на аналоговой ЭВМ не подчиняется точно распределению Гаусса.

Возникает вопрос, насколько можно исключить систематическую ошибку юстировкой. Систематическую ошибку, возникшую под влиянием факторов, ука­ занных в п. 1 и 3, можно частично исключить, если она не зависит от значений, входных величин. Остальные систематические ошибки (п. 2) исключить нельзя, так как по результатам мы не можем восстановить значения входных величин. Поэтому необходимо свести к минумуму самое возможность возникновения этих систематических ошибок.

При использовании описанного метода результирующую ошибку можно определить только методом сравнения результатов с действительным значением в нескольких дискретных точках. Поэтому целесообразно произвести контрольное измерение крутящего момента на выходном валу двигателя при помощи тензометрических датчиков. Дл я определения точности обработки выходных величин на аналоговой ЭВМ необходимо по той же причине все эти величины регистри­ ровать. Контроль следует проводить минимум в 20 точках. Но и этот контроль нельзя считать совершенным, так как и здесь при отсчете возникают ошибки, ко­ торые снижают ценность контроля.

32

Блок-схема решения уравнения на аналоговой ЭВМ приведена на рис. 4. В схеме лишь намечен порядок расчета без учета значений коэффициентов и

ѴО \signn

ѣ

ÉL dt

11

X

Рис. 4. Блок - схема решения:

Η4 — входные контуры; 5—7'— функциональные блоки; 8—11 — множитель ­

ные блоки; 12 — делительный блок; 13 и 14 — сумматоры

Чтобы устранить наведенное напряжение, которое искажает измеряемый си­ гнал, на входе была применена мостовая схема (так называемый динамический

Регулирввка верхнего валка

мост). Принцип устранения наведенного напряжения основывается на том, что в скрученных проводах, проведенных по одинаковой трассе, вследствие электро­ магнитной индукции возникают одинаковые по величине и полярности напряже­ ния, которые направлены навстречу друг другу и взаимно компенсируются.

Кривые рассчитанного момента прокатки и входных величин ЭВМ записыва­ лись шлейфовым осциллографом. Часть осциллограммы приведена на рис. 5.

На кривой момента прокатки видны дефекты на тех участках, где момент прокатки равен нулю (прокатка не происходит). Регулярные колебания, которые появляются на этих участках, вызваны малой стабильностью сервомеханизма делителя (потенциометра) при нулевом входном напряжении. Пики, появляю­ щиеся в местах изменения полярности выхода, вызваны тем, что входное на­ пряжение датчика в этот момент не является точно нулевым. Однако помехи на этих участках измерения не являются существенными, так как для решения за­

При измерении количества газа, проходящего через трубопровод, при помощи диафрагмы предполагают, что текущее количество протекающего газа пропор­ ционально корню квадратному дифференциального напора

лютную температуру Т, абсолютный напор газа р и барометрическое давление 6;

которая в окрестности рабочей точки является достаточно точной.

ЭВМ подключена непосредственно к выходам датчиков, расположенных в це­ хе и предназначенных для измерения Ѵ\ь, р, Т и 6, и работает с токовыми си­ гналами (0—25 ма). Преимуществом токовых сигналов, особенно в металлурги­ ческих цехах, является то, что они гораздо менее чувствительны к помехам, чем сигналы напряжения.

Схема соединения ЭВМ с измерительным контуром показана на рис. 6. Для измерения общего количества протекающего воздуха выход N (текущее количе­ ство протекающего воздуха) соединен со входом схемы, которая преобразует количество протекшего воздуха в число импульсов п. Подсчет импульсов осуще­ ствляется механическим счетчиком импульсов.

Изготовителем всего оборудования является фирма «Гартман энд Браун»

34

Измерение длины проката

Д ля измерения длины горячего и холодного проката существует целый ряд методов. Применявшиеся прежде контактные методы, при помощи которых опре­ деляли длину раската по числу оборотов валков в последней клети или по числу оборотов вспомогательных роликов, приводили к получению больших ошибок. В первом случае ошибки были обусловлены различием между скоростью вра­ щения валков и скоростью материала, выходящего из валков. Во втором случае возникали трудности, связанные с постепенным разгоном роликов до скорости вращения, равной скорости измеряемого раската, так как в начале измерений, когда измерительный ролик неподвижен, обязательно происходит проскальзы-

вание между материалом и роликом. В связи с этим более пригодны бескон­ тактные методы. Рассмотрим наиболее распространенные бесконтактные методы.

При использовании этих методов с датчиков снимаются импульсы, число которых пропорционально измеряемой длине раската и не зависит от скорости его движения. Импульсы получаются благодаря изменению светового потока, падаю­ щего на датчики.

Измерительные устройства расположены вдоль рольганга, по которому дви­

электрические элементы. Датчики для грубого измерения расположены на рас­

оптикой, поэтому импульс можно получить только при изменении светового по­

оптическую ось датчика. При проведении измерений на холодном прокате изме­ рительное оборудование должно быть оснащено источниками света. При этом каждый датчик для грубого измерения имеет свой источник света, расположенный на оптической оси датчика. Датчики для тонкого измерения имеют общий источ­ ник света, который посылает 100 параллельных пучков лучей, удаленных один от другого на 1 см. Эти пучки совпадают с оптическими осями датчиков.

Измерение длины раската осуществляется следующим образом. Как только передний конец раската пересечет оптическую ось первого датчика для тонкого измерения, включается все измерительное оборудование. Сначала осуществляется тонкое измерение датчиками, расположенными с интервалом 1 см. Когда перед­ ний конец раската постепенно пересекает оптические оси этих датчиков, изменяя тем самым поток света, падающий на датчики, с них снимаются импульсы, ко­ торые передаются на счетчик импульсов. Тонкое измерение закончится в тот момент, когда задний конец раската пересечет оптическую ось ближайшего дат­ чика для грубого измерения, в результате мы измерили часть раската х, которая короче 1 м и которую, следовательно, нельзя измерить датчиком для грубых из­ мерений. В этот момент начнет отсчет счетчик грубого измерения, к которому по­

ось первого датчика для тонких измерений. Измеренная длина регистрируется и

учно-исследовательским институтом металлургии железа было разработано изме­ рительное оборудование. Указанное оборудование используют для измерения длины проката и заграничные фирмы. Фирма «Инглиш электрик» использует это оборудование для измерения горячего раската длиной около 80 м. Однако точ­ ность измерительного прибора составляет лишь 1 дм (имеется всего 10 датчиков для тонких измерений). Это измерительное оборудование применяется, например, для управления производством на заводе «Парк гэйт».

3. ПЕРЕДАЧА ИНФОРМАЦИИ

Чтобы можно было описать схему системы передачи информа­ ции, необходимо сначала объяснить основные понятия.

При передаче информации осуществляется кодирование. Это процесс, который служит для преобразования информации в сиг­ налы, представленные в определенной физической системе.

Сигнал —это физический процесс, несущий информацию. Если сравнить понятия информация и сигнал, то выяснится, что основ­ ное различие между ними заключается в следующем: информа­ ция — это абстрактное понятие, а сигнал — конкретное. Физическая среда, в которой сигнал распространяется, может быть различной. У системы для передачи данных сигнал распространяется в основ­ ном в электрической среде. Однако при образовании, обработке и приеме сигналов могут быть использованы и другие среды: меха­

электронного оборудования, которое позволяет превращать эти сигналы в форму, воспринимаемую органами чувств. В зависимости от изменения сигналов во времени сигналы делятся на непрерыв­ ные и дискретные.

36

Кодирование предполагает определенную связь между элемен­

в соответствие различные комбинации элементарных сигналов. Наиболее известным кодом является азбука Морзе. Кодирование можно разделить на собственно кодирование сообщений (информа­ ции) и на кодирование сигналов. При первом сообщение преобра­ зуется в сигнал. Кодирование сигнала направлено на то, чтобы сделать сигнал удовлетворяющим свойствам канала связи, по ко­ торому осуществляется передача сигнала.

Далее кодирование делится на непрерывное и дискретное. При дискретном кодировании информация выражается в последова­ тельности комбинаций элементарных сигналов (например, при по­ мощи двух элементарных сигналов, которые соответствуют пред­

системе), а непрерывное кодирование можно приравнять к анало­ говому представлению информации. Непрерывное кодирование чаще всего применяется при кодировании сигнала, тогда как дис­ кретное кодирование используют в основном для кодирования со­ общений. К непрерывному кодированию относится большинство спо­ собов модуляции (например, амплитудная или частотная), тогда как импульсная модуляция относится к дискретному кодированию.

Объем информации в каком-либо сообщении является одним из основных понятий теории информации. Математический анализ определения понятия информации приведен в работе [9]. Наиболее пригодной для определения объема информации является двоичная цифровая система, которая применяется в большинстве устройств для передачи информации. Эту систему мы используем в качестве примера, на который будем ссылаться при определении общих по­ нятий. Для определения объема информации сообщение делят на элементарные единицы информации, выраженные для этой системы

Если имеется задача с независимыми выборами, каждый из ко­ торых может иметь два исхода (0 и 1), то общее число возмож­ ных сообщений Р = 2п. Если мы осуществляем, например, передачу цифровых данных, в результате которой одинаково вероятно появ­ ление любых цифр, a G означает количество разрядов в системе счисления с основанием N, то общее количество возможных сооб­ щений составит P = NG. Количество информации будет

Если N = 2, то информация равна непосредственно числу двоич­ ных разрядов (бит.) Если требуется рассчитать количество инфор-

37

мации, содержащейся в десятичном числе Gm, получим / = G1 0 log2 10 = 3,32C?io бит.

Из этого вытекает, что на двоичную запись десятичного числа требуется в 3,32 раза больше разрядов, чем на десятичную запись.

Как видно из приведенного примера, объем информации может быть выражен в виде нецелого числа. В технических применениях упростили это теоретическое понятие и начали применять понятие «бит» для обозначения числа разрядов, которые необходимы в дво­ ичной системе для выражения данного объема информации. Это количество разрядов m должно быть выражено натуральным чис­ лом. Отсюда вытекает, что / т е к должно быть всегда больше или равно /. Поэтому в этом случае вместо понятия «бит» лучше поль­ зоваться понятием «двоичный разряд».

Количество информации, передаваемой в единицу времени, ха­

где am in—-минимальный интервал между двумя изменениями силы тока в линии при передаче.

Интервал между двумя изменениями силы тока соответствует передаче одного бита информации, так что скорость передачи и характеристика потока информации должны по величине совпа­ дать. Сейчас, однако, покажем, что это не так.

Различие объясняется тем, что к потоку информации мы отно­ сим только биты, несущие информацию. В то же время, кроме них, телетайп передает и другие сигналы, играющие вспомогательную роль.

Система передачи

Блок-схема системы передачи показана на рис. 8.

Источник информации формирует сообщения, которые нужно передать к приемнику. Сообщения могут быть различными: после-

38

довательность букв (телеграф, телетайп), некоторая временная функция (радио, телефон), комбинированная временная функция (черно-белое телевидение) или несколько функций различных пе­ ременных (цветное телевидение).

Передатчик осуществляет превращение сообщения в сигнал. Канал связи позволяет передавать сигнал от передатчика к прием­ нику. Каналом может служить пара проводов (линия), коаксиаль­ ный кабель или беспроволочная связь при помощи электромагнит­ ных волн. Приемник осуществляет обратную функцию по сравне­ нию с передатчиком.

на рис. 9. Например, простой измерительный прибор для измерения

39

температуры состоит из датчика, измерительного и индикаторного приборов. Датчиком здесь служит термопара, которая превращает неэлектрическую величину в электрический сигнал, поэтому он может быть также назван преобразователем. Каналом передачи служит линия от термопары к индикаторному прибору — прием­ нику. Приемник представляет собой вольтметр, который измеряет напряжение на термопаре. Шкала вольтметра отградуирована в градусах Цельсия, поэтому вольтметр является в то же время преобразователем электрического сигнала в неэлектрический, ко­ торый может принять человек.

В качестве другого примера приведем радиотелеграфную си­ стему. Оператор превращает полученное сообщение в сигнал и одновременно осуществляет кодирование сообщения, т. е. каждую букву превращает в комбинацию длинных и коротких прерывистых сигналов (импульсов). Эти импульсы поступают затем в модуля­ тор, где ими модулируется высокочастотный сигнал. Модулирован­ ный таким образом сигнал можно передавать по беспроволочному каналу связи. В приемнике этот сигнал детектируется, в результате чего образуется поток импульсов. Эти импульсы оператор записы­ вает в такой форме, которую адресат может воспринять. Такая система передачи получится еще более сложной, если работу опе­ ратора будет выполнять автомат.

Коды для передачи данных

Наиболее широко распространенными кодами для передачи данных являются дискретные коды. Их можно классифицировать по нескольким признакам, например, в зависимости от количества элементарных сигналов, приходящихся на один знак. Тогда коды можно подразделить на: а) равномерные; б) неравномерные.

Равномерные коды — это такие, при которых для образования каждого знака требуется одинаковое количество элементарных сигналов. При неравномерных кодах для образования отдельных знаков требуется различное количество элементарных сигналов. Неравномерный код можно использовать для кодирования сообще­ ния, когда длина отдельных знаков примерно соответствует частоте появления букв в языке.

Неравномерные коды могут оказаться более экономичными, но они создают трудности при машинной обработке.

К равномерным кодам относится телетайпный код и другие, к неравномерным — коды Морзе, Фанна—Шеннона.

Коды можно разделять также на основании числа примененных элементарных сигналов. В этом случае коды делятся на двоичные (бинарные), троичные, восьмеричные и др. В этом имеется опре­ деленное сходство кодов с цифровыми системами.

Особую группу кодов составляют помехозащищенные коды и коды самокорректирующиеся, позволяющие выявить или даже исправить ошибки, возникшие при передаче сообщения.

40