устройство для регулирования расходов воды на машине непрерывной разливки металла

Формула изобретения

Устройство для регулирования расходов воды на машине непрерывной разливки металла, содержащее регулирующий клапан, программное устройство, задающее расход, измеритель расхода, измеритель рассогласования, таймер и сумматор, при этом выход программного устройства соединен с первым входом измерителя рассогласования, второй вход которого соединен с выходом измерителя расхода, а регулирующий клапан и измеритель расхода установлены последовательно на магистрали подвода воды, отличающееся тем, что дополнительно введены второй, третий и четвертый измерители рассогласования, первый, второй, третий и четвертый RS-триггеры, кнопка сброса, первый и второй задатчики времени, первая и вторая схемы сравнения, первый и второй индикаторы сбоев, блок управления клапаном, первая, вторая и третья схемы ИЛИ, первая, вторая и третья схемы И, схема ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ с инверсией выхода, второй регулирующий клапан, второй сумматор и второй таймер, компаратор, датчик и задатчик давления, при этом выход программного устройства соединен с входом первого задатчика времени и первыми входами второго и третьего измерителей рассогласования, вторые входы которых соединены с выходом измерителя расходов, выход первого измерителя рассогласования соединен с первым входом схемы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, третьим входом второй схемы ИЛИ и S входом первого RS-триггера, выход которого соединен с первыми входами первой схемы ИЛИ, блока управления клапаном, первой схемы И и второго сумматора, выход которого соединен с первым входом третьей схемы И и вычитающим входом задатчика давления, выход которого соединен с первым входом четвертого измерителя рассогласования, второй вход которого соединен с выходом датчика давления, а выход - с управляющим входом второго клапана и входом компаратора, выход которого соединен с входом второго таймера, выход которого соединен с первым входом второй схемы сравнения, второй вход которой соединен со вторым задатчиком времени, а выход - с S входом четвертого RS-триггера, выход которого соединен со вторым индикатором сбоев, a R вход - с выходом кнопки сброса и R входом второго RS-триггера, выход которого соединен с первым индикатором сбоев, а S вход - с выходом первой схемы сравнения, первый вход которой соединен с выходом первого задатчика времени, а второй вход - с выходом первого таймера, разрешающий вход которого соединен с выходом первой схемы ИЛИ, второй вход которой соединен со вторым входом блока управления клапаном, первым входом первого сумматора, вторым входом первой схемы И и выходом третьего RS-триггера, S вход которого соединен с выходом третьего измерителя рассогласования, первым входом второй схемы ИЛИ и третьим входом схемы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, R вход третьего RS-триггера соединен с выходом второго измерителя рассогласования, вторыми входами второй схемы ИЛИ и схемы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, R входом первого RS-триггера и блокирующим входом первого таймера, выход блока управления клапаном соединен с управляющим входом первого клапана, а выход первого сумматора - с добавляющим входом задатчика давления и первым входом третьей схемы И, выход второй схемы ИЛИ и выход схемы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединены с соответствующими входами второй схемы И, выходы каждой из трех схем И соединены с соответствующими входами третьей схемы ИЛИ, а вход кнопки сброса соединен с шиной напряжения логической единицы.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области автоматического управления технологическими процессами, а более конкретно к устройствам, регулирующим расход охлаждающей воды на машинах непрерывной разливки металла.

Известно устройство для регулирования охлаждения слитка на установке непрерывной разливки металла (Патент России №2243062, МКИ 7 В22D 11/22, фиг.1), позволяющее при изменении скорости разливки определять изменение охладителя (очищенная техническая вода, распыленная в форсунке воздухом), в зависимости от перегрева металла в промковше и других технологических параметров, содержащее измеритель расхода воды на кристаллизаторе, регулирующие клапаны (их количество равно числу контуров охлаждения), выходы которых соединены с форсунками, а управляющие входы соединены с соответствующими регуляторами, которые получают задание от компьютера. Компьютер рассчитывает задание с учетом величины технологических параметров разливки и определенных математических зависимостей. Регулятор расхода реализован по классической схеме пропорционального управления. (Теория автоматического управления под редакцией А.В.Нетушила, Москва «Высшая школа», 1976 г., стр.267, Е.П.Попов, Автоматическое регулирование и управление, Москва 1962 г., стр.21, рис.10). Сигнал рассчитанной уставки сравнивается с сигналом обратной связи, поступающим с измерителя расхода, установленного в одной линии с регулирующим клапаном. В зависимости от знака и величины рассогласования вырабатывается сигнал на управление клапаном. «Призакрыть клапан» - если измеренный расход больше заданного уставкой. «Приоткрыть клапан» - если измеренный расход меньше заданного уставкой.

Применительно к регулированию расходов воды на машинах непрерывной разливки такая классическая схема показала следующие недостатки. Если применить простой и надежный механический привод управления клапаном, то получается следующая ситуация. Поскольку при разливке какого-то конкретного сортамента и при постоянной скорости разливки (это основной режим работы) расходы не должны изменяться, то клапан отрабатывает только небольшие возмущения и «трется» в какой-то одной своей точке. Через некоторое время из-за механического истирания в данном месте появляется люфт (это зона нечувствительности) опасный для системы регулирования из-за возможности возникновения самовозбуждения в контуре (т.е. контур охлаждения перестает выполнять свою функцию). Для машины непрерывной (т.е. процесс не должен останавливаться) разливки это означает аварийную ситуацию.

Другим недостатком известного устройства для регулирования расхода воды на машине непрерывного литья является то, что при диагностике работы оборудования регулятора обнаруживаются и локализуются (т.е. определяется место или устройство) уже свершившиеся отказы (короткие замыкания, обрывы линий связи, заклинивание механики и т.п.), при этом возникновению отказов предшествует ситуация, когда в работе оборудования появляются сбои, которые существующей системой не обнаруживаются. Однако обнаружение этих сбоев позволило бы принять превентивные меры (например, внимательный осмотр сбоящего участка и в подходящий момент замена наиболее подозрительного оборудования) и не доводить ситуацию до возникновения отказа.

Заявителю также известны устройства автоматического управления, в которых организован контроль работы оборудования (а.с. №765781, G05В 11/01, а.с. №781760, G05В 11/14, а.с. №796786, G05В 11/01), однако они не могут быть применены для регулирования расходов воды на машине непрерывной разливки.

Известна система автоматического регулирования (Авторское свидетельство СССР №723510, G05В 17/00), содержащая измеритель рассогласования, объект регулирования, датчик обратной связи, связанный с объектом регулирования, программное устройство, сумматор, два двухпозиционных переключателя, два блока записи-воспроизведения, таймер, при этом вход объекта регулирования соединен с выходом исполнительного устройства, входы измерителя рассогласования подключены к выходам программного устройства и датчика обратной связи, входы сумматора подключены к выходам первого двухпозиционного переключателя, а выход - к входам исполнительного устройства и второго двухпозиционного переключателя, выходы которого подсоединены к входам блоков записи-воспроизведения информации, выходы которых связаны с входами первого двухпозиционного переключателя, а выходы таймера подключены к управляющим входам переключателей и блоков записи-воспроизведения. Данное устройство принято в качестве прототипа.

(Применительно к заявляемому устройству объект регулирования - это расход воды, которая подводится соответствующей магистралью; исполнительное устройство - регулирующий клапан; датчик обратной связи - измеритель расхода воды. Связь между объектом регулирования и исполнительным устройством, а также связь между объектом регулирования и датчиком обратной связи обеспечивается тем, что регулирующий клапан и датчик расхода установлены последовательно на одной и той же магистрали, подводящей воду.

Устройство записи-воспроизведения, указанные в изобретении №723510, представляют собой запоминающее устройство. Простейшим запоминающим устройством является триггер. Однако функционально это различные устройства, т.к. устройство записи-воспроизведения предназначено для запоминания и последующего воспроизведения записанной информации, a RS-триггер всего лишь помнит по какому из его двух входов был последний устанавливающий сигнал).

Недостатком этого устройства является его низкая надежность при работе в системах охлаждения слитка на машине непрерывной разливки металла.

Задача, решаемая изобретением, заключается в повышении надежности работы устройства за счет уменьшения количества циклов срабатывания механического оборудования и за счет обнаружения сбоев в работе механического и электронного оборудования.

Эта задача решается следующим образом.

В известном устройстве для регулирования расходов воды на машине непрерывной разливки металла, содержащем регулирующий клапан, программное устройство, задающее расход, измеритель расхода, измеритель рассогласования, таймер и сумматор, при этом выход программного устройства соединен с первым входом измерителя рассогласования, второй вход которого соединен с выходом измерителя расхода, а регулирующий клапан и измеритель расхода установлены последовательно на магистрали подвода воды, СОГЛАСНО ИЗОБРЕТЕНИЮ дополнительно введены второй, третий и четвертый измеритель рассогласования, первый, второй, третий и четвертый RS-триггеры, кнопка сброса, первый и второй задатчик времени, первая и вторая схемы сравнения, первый и второй индикаторы сбоев, блок управления клапаном, первая, вторая и третья схема ИЛИ, первая, вторая и третья схема И, схема ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ с инверсией выхода, второй регулирующий клапан, второй сумматор и второй таймер, компаратор, датчик и задатчик давления, при этом выход программного устройства соединен с входом первого задатчика времени и первыми входами второго и третьего измерителей рассогласования, вторые входы которых соединены с выходом измерителя расходов, выход первого измерителя рассогласования соединен с первым входом схемы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, третьим входом второй схемы ИЛИ и S-входом первого RS-триггера, выход которого соединен с первыми входами первой схемы ИЛИ, блока управления клапаном, первой схемы И и второго сумматора, выход которого соединен с первым входом третьей схемы И и вычитающим входом задатчика давления, выход которого соединен с первым входом четвертого измерителя рассогласования, второй вход которого соединен с выходом датчика давления, а выход - с управляющим входом второго клапана и входом компаратора, выход которого соединен с входом второго таймера, выход которого соединен с первым входом второй схемы сравнения, второй вход которой соединен со вторым задатчиком времени, а выход - с S-входом четвертого RS-триггера, выход которого соединен со вторым индикатором сбоев, a R-вход - с выходом кнопки сброса и R-входом второго RS-триггера, выход которого соединен с первым индикатором сбоев, a S-вход - с выходом первой схемы сравнения, первый вход которой соединен с выходом первого задатчика времени, а второй вход - с выходом первого таймера, разрешающий вход которого соединен с выходом первой схемы ИЛИ, второй вход которой соединен со вторым входом блока управления клапаном, первым входом первого сумматора, вторым входом первой схемы И и выходом третьего RS-триггера, S-вход которого соединен с выходом третьего измерителя рассогласования, первым входом второй схемы ИЛИ и третьим входом схемы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, R-вход третьего RS-триггера соединен с выходом второго измерителя рассогласования, вторыми входами второй схемы ИЛИ и схемы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, R-входом первого RS-триггера и блокирующим входом первого таймера, выход блока управления клапаном соединен с управляющим входом первого клапана, а выход первого сумматора - с добавляющим входом задатчика давления и первым входом третьей схемы И, выход второй схемы ИЛИ и выход схемы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединены с соответствующими входами второй схемы И, выходы каждой из трех схем И соединены с соответствующими входами третьей схемы ИЛИ, а вход кнопки сброса соединен с шиной напряжения логической единицы.

На чертеже приведена структурная схема заявляемого устройства.

Устройство состоит из N-го количества отдельных контуров регулирования расходов, обозначенных римскими цифрами I, II...N. (Количество контуров на машине непрерывного литья определяется количеством зон охлаждения и количеством ручьев и обычно лежит в пределах нескольких десятков). На общем подводе воды к отдельным контурам организован общий контур регулирования/стабилизации давления воды. Стрелками показано направление передачи сигналов; две стрелки (под изображением подводящей магистрали) показывают направление движения воды.

Охлаждающая вода, расход которой является объектом регулирования, подводится по магистрали 1, на которой последовательно установлены регулирующий клапан 2 и измеритель расхода 3. Предлагаемый регулятор также содержит программное устройство 4, первый 5, второй 6, третий 7 и четвертый 8 измерители рассогласования; первый 9 и второй 10 задатчики времени; первый 11, второй 12, третий 13 и четвертый 14 RS-триггеры; кнопку 15 сброса; датчик 16 и задатчик 17 давления; первую 18 и вторую 19 схемы сравнения; первый 20 и второй 21 индикаторы сбоев; блок 22 управления клапаном; первую 23, вторую 24 и третью 25 схемы ИЛИ; первую 26, вторую 27 и третью 28 схемы И; схему ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 29 с инверсией выхода; второй регулирующий клапан 30; первый 31 и второй 32 сумматоры; компаратор 33, первый 34 и второй 35 таймеры, при этом выход программного устройства 4 соединен с входом первого задатчика 9 времени и первыми входами первого 5, второго 6 и третьего 7 измерителей рассогласования, вторые входы которых соединены с выходом измерителя 3 расхода, выход первого измерителя 5 рассогласования соединен с первым входом схемы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 29, третьим входом второй 24 схемы ИЛИ и S-входом первого 11 RS-триггера, выход которого соединен с первыми входами первой 23 схемы ИЛИ, блока 22 управления клапаном, первой 26 схемы И и второго сумматора 31, выход которого соединен с первым входом третьей 28 схемы И и вычитающим входом задатчика 17 давления, выход которого соединен с первым входом четвертого измерителя 8 рассогласования, второй вход которого соединен с выходом датчика 16 давления, а выход - с управляющим входом второго клапана 30 и входом компаратора 33, выход которого соединен с входом второго таймера 35, выход которого соединен с первым входом второй схемы 19 сравнения, второй вход которой соединен со вторым задатчиком 10 времени, а выход - с S-входом четвертого 14 RS-триггера, выход которого соединен со вторым индикатором 21 сбоев, a R-вход - с выходом кнопки 15 сброса и R-входом второго RS-триггера 12, выход которого соединен с первым индикатором 20 сбоев, а S-вход - с выходом первой схемы 18 сравнения, первый вход которой соединен с выходом первого задатчика 9 времени, а второй вход - с выходом первого таймера 34, разрешающий вход которого соединен с выходом первой 23 схемы ИЛИ, второй вход которой соединен со вторым входом блока 22 управления клапаном, первым входом первого сумматора 31, вторым входом первой 26 схемы И и выходом третьего 13 RS-триггера, S-вход которого соединен с выходом третьего измерителя 7 рассогласования, первым входом второй 24 схемы ИЛИ и третьим входом схемы 29 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, R-вход третьего 13 RS-триггера соединен с выходом второго 6 измерителя рассогласования, вторыми входами второй 24 схемы ИЛИ и схемы 29 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, R-входом первого 11 RS-триггера и блокирующим входом первого 34 таймера, выход блока 22 управления клапаном соединен с управляющим входом первого клапана 2, а выход первого 31 сумматора - с добавляющим входом задатчика 17 давления и первым входом третьей 28 схемы И, выход второй 24 схемы ИЛИ и выход схемы 29 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединены с соответствующими входами второй 27 схемы И, выходы каждой из трех 26, 27, 28 схем И соединены с соответствующими входами третьей 25 схемы ИЛИ, а вход кнопки 15 сброса соединен с шиной напряжения логической единицы.

Устройство работает следующим образом.

Задание расхода рассчитывается по математическим зависимостям, и компьютер может обеспечить любую наперед заданную точность расчета. Но реально рассчитывать на то, что можно регулировать с точностью, допустим, 5-значащих цифр не имеет смысла, т.к. измерители расхода (например, фирмы Endress + Hauser) имеют точность не выше 0,2%, 0,5%. Более того, практика показывает, что если измеряемый реальный расход на несколько процентов отклоняется в ту или иную сторону от расчетного, то это не приводит к сколько-нибудь заметным ухудшениям качества выходного слитка. Рассчитанная компьютером 4 величина расхода поступает параллельно на три 5,6,7 измерителя рассогласования. В первом измерителе 5 к рассчитанной величине добавляется допустимая величина увеличения (в процентах к рассчитанной), во второй измеритель 6 поступает рассчитанная величина, в третьем измерителе 7 рассогласования от рассчитанной величины вычитается допустимая величина уменьшения (в процентах от рассчитанной). Измеритель 3 расхода подает сигнал о текущей величине расхода на все три измерителя 5,6,7 рассогласования. Если расход превысил допустимый верхний предел, то на выходе первого измерителя 5 появляется сигнал, устанавливающий первый 11 RS-триггер. (Во всех случаях, касающихся логических устройств, слово сигнал обозначает в дальнейшем сигнал логического уровня «единицы»). Сигнал с выхода этого триггера поступает на вход блока 22 управления клапаном, на выходе которого вырабатывается сигнал на закрытие регулирующего клапана 2. Как только расход станет равным расчетному, то на выходе второго измерителя 6 рассогласования появится сигнал, сбрасывающий первый триггер 11, клапан 2 выключается и остается в этом положении. Если расход стал меньше допустимого нижнего предела, то на выходе третьего измерителя 7 рассогласования появляется сигнал, устанавливающий третий RS-триггер 13. Сигнал с выхода этого триггера поступает на вход блока 22 управления клапаном, на выходе которого вырабатывается сигнал на открытие регулирующего клапана 2. Как только расход станет равным расчетному, то на выходе второго измерителя 6 рассогласования появится сигнал, сбрасывающий третий триггер 13, клапан 2 выключается и остается в этом положении, т.е. регулятор не дает выйти расходу за допустимые пределы и при этом «подтягивает» величину текущего расхода к рассчитанной величине. Такой регулятор значительно (в несколько раз) уменьшает количество срабатываний клапана, что, во-первых, приводит к увеличению срока службы клапана, а, во-вторых, к уменьшению энергопотребления системой регулирования, т.к. «недвигающийся» клапан энергии не потребляет.

При работе клапана (т.е. при включении первого 11 или третьего 13 RS-триггера) на одном из входов первой 23 схемы ИЛИ появляется сигнал, и, следовательно, на ее выходе также появляется сигнал, который разрешает первому таймеру 34 (по входу Е: enable - разрешение) подсчет времени включенного состояния клапана 2; при появлении сигнала на входе S (stop) этого таймера подсчет времени прекращается и полученная величина сравнивается первой схемой 18 сравнения с величиной, поступающей из первого задатчика 9 времени. Если подсчитанное время окажется больше заданного, то на выходе первой схемы сравнения 18 появляется сигнал, устанавливающий второй 12 RS-триггер, фиксирующий сбой оборудования и информирующий (через первый индикатор 20 сбоя) об этой ситуации обслуживающий персонал. Задатчик 9 времени определяет допустимое время работы клапана 2 исходя из заданной величины расхода, графической характеристики клапана (в нашем случае в отдельных контурах применены клапаны с равнопроцентной характеристикой) и номинального времени хода (оно известно). Напомним, что «проценты регулирования» т.е. допуски (в процентах) на уход в плюс и минус от расчета, известны.

Такой контроль работы клапана позволяет обнаружить сбои в работе не только самого регулятора, но и всей системы охлаждения. Поясним это. Кроме показанных на чертеже регулирующих клапанов и измерителей расхода на подводах воды, стоят ручные и электрические задвижки, отсечные клапаны, обратные клапаны, датчики давления. Их количество исчисляется сотнями штук. Неисправности этой техники существующей системой автоматики обнаруживаются плохо или не обнаруживаются совсем. В то же время заклинивание (засор) или большие утечки отдельных устройств приведут к тому, что клапан будет пытаться обеспечить необходимый расход (т.е. открываться), а подводимый напор ему такой возможности не дает. Эта ситуация будет обнаружена предлагаемой схемой контроля. Более того, поскольку нам известна гидравлическая схема машины, то имеется возможность подсказать обслуживающему персоналу вероятные причины возникновения сбоев. Допустим, если, например, периодически возникают сбои в первом, третьем, и пятом контурах регулирования, то скорее всего виноват какой-то из клапанов (или задвижек), установленных на общем подводе к этим контурам. Можно показать эти общие места и дать их технические координаты. (В проектируемых нами АСУ ТП такая возможность имеется).

Кроме N-го количества одинаковых контуров регулирования расходов (отличие только в том, что на каждый контур задается своя величина уставки), имеется общий контур регулирования давления. Этот контур образован вторым регулирующим клапаном 30, датчиком 16 давления, задатчиком 17 давления и четвертым измерителем 8 рассогласования. Этот контур предназначен для стабилизации давления воды, поступающей на отдельные контуры. Заданная (задатчиком 17) величина давления сравнивается (в измерителе рассогласования 8) с текущей величиной, поступающей от датчика 16 давления, и в зависимости от величины и знака рассогласования вырабатывается сигнал на приоткрытие или призакрытие клапана 30. Дополнительно организован контроль работы этого клапана. Это сделано также по максимальному времени его срабатывания. Но только время не рассчитывается с учетом задаваемого расхода, а взято постоянным исходя из максимально допустимых колебаний давления на входе. От величины расхода время срабатывания для этого клапана не зависит, т.к. здесь применен клапан с линейной графической характеристикой. (В отличие от отдельных контуров нет необходимости регулировать малые величины расхода, т.к. но общем подводе их нет). Если есть сигнал на включение/выключение клапана 30, то на выходе измерителя 8 рассогласования имеется сигнал, поступающий на вход компаратора 33, на выходе которого появляется сигнал, разрешающий работу второго таймера 35. Если на выходе измерителя 8 рассогласования сигнала нет, то на выходе компаратора 33 появляется сигнал логического нуля, блокирующий работу второго таймера 35 и разрешающий второй схеме сравнения 19 сравнить содержимое второго таймера 35 и величины, заданной вторым задатчиком 10 времени. Если насчитанное время больше заданного, то на выходе второй схемы сравнения 19 появляется сигнал, устанавливающий четвертый RS-триггер 14, фиксирующий сбой оборудования и информирующий (через второй индикатор 21 сбоя) об этой ситуации обслуживающий персонал. Такой контроль более грубый, чем в отдельных контурах, но в случае отказа какого-то устройства, установленного на общем подводе (в том числе и клапана 30, регулирующего давление), его можно просто отключить, пустив воду по байпасу. Это усложнит работу отдельных контуров, но к аварии не приведет. Но место возникновения неисправности будет определено и в дальнейшем сэкономит время на ремонт за счет уменьшения времени на поиск этого места.

Сумматоры 31, 32, предназначены для выполнения следующих функций. Сигналы со всех триггеров 13, управляющих открытием клапанов, собираются со всех контуров первым сумматором 31. Сигналы со всех триггеров 11, управляющих закрытием клапанов, собираются со всех контуров вторым сумматором 32 (открытие и закрытие производится на определенное число процентов. Известна также рассчитанная величина расхода в каждом контуре, т.е. каждому из входов можно присвоить определенный весовой коэффициент). Если первый сумматор 31 определил, что в большем (большем, чем в половине) числе контуров требуется открыть клапаны 2, то на выходе первого сумматора 31 появляется сигнал, увеличивающий уставку по давлению. Аналогичным образом, если второй сумматор 32 определил, что в большем (большем чем в половине) числе контуров требуется закрыть клапаны 2, то на выходе этого сумматора появляется сигнал, уменьшающий уставку по давлению. Каждый из сигналов поступает на соответствующий вход задатчика 17 давления. Надо отметить, что зависимость между изменением давления и изменением расхода известна. (Расход пропорционален корню квадратному из величины изменения давления). Т.е., чтобы на 0,5% увеличить расход, надо на 1% увеличить давление (без изменения величины пропускного отверстия). Чтобы на 1% увеличить расход надо на 2% увеличить давление, 3-процентное увеличение расхода требует 6-процентного увеличения давления и т.д.

Наличие сумматоров 31, 32 позволяет избежать ситуации, когда большинству клапанов 2 требуется одновременное открытие или одновременное закрытие и каждый из них работает самостоятельно. Когда большинству требуется изменение расхода, то оно производится соответствующим изменением давления на общей магистрали. (Такое решение позволяет, во-первых, повысить надежность (вместо того, чтобы «двигать» около 10 клапанов, включается всего лишь один), а, во-вторых, снизить энергопотребление системы регулирования (т.к. мощность привода клапана, используемого в нашей системе, не зависит от его пропускной способности: SAMSON с электрогидравлическим приводом).

Все три схемы И 26, 27, 28, схема ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 29 с инверсией выхода, вторая 24 и третья 25 схемы ИЛИ предназначены для диагностики работы электронного оборудования регулятора. Первая 26 схема И имеет на своем выходе (а) сигнал, тогда, когда на выходе и первого 11 и третьего 13 триггеров имеются сигналы. При исправной электронике такого быть не должно. Сигнал на выходе второй 27 схемы И(b) будет тогда, когда на выходах первого 5, второго 6, и третьего 7 измерителя рассогласований имеется одновременно более одного сигнала. Допустимая комбинация: или все «нули», или только одна «единица». Схема ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 29 с инверсией выхода, вторая 24 схема ИЛИ и вторая 27 схема И, обнаруживают недопустимые комбинации и в этом случае на выходе второй 27 схемы И появляется сигнал (b) неисправности данного участка электронной схемы. Сигнал на выходе третьей 28 схемы И (с) будет тогда, когда на выходе и первого 31 и второго 32 сумматоров одновременно присутствует сигнал. При исправной электронике такой ситуации быть не должно. Сигналы со всех трех 26, 27. 28 схем И поступают на входы третьей 25 схемы ИЛИ, сигнал на выходе которой сигнализирует о неисправности электронной техники предлагаемого устройства. (Дополнительно могут быть организованы контроль «не нуля» в обоих таймерах, после того, как клапан сработал. Наличие нуля (или какой-то заведомо малой величины) также может служить признаком неисправности данных участков электронной схемы).

Такой контроль электроники может быть использован следующим образом. При проектировании систем АСУ ТП (а предлагаемый регулятор является частью такой системы) в особо ответственных случаях (а система охлаждения на машинах непрерывного литья именно тот случай) применяется особо надежная электроника, например программируемые логические контроллеры (ПЛК) фирмы Siemens типа Simatic S7-416 (414) Н. Эта техника позволяет организовать «горячее» резервирование электронного оборудования. Часть электронных устройств дублируется, в Simatic S7-416 (414) Н используется два процессора, один из которых реально работает в системе, а второй работает параллельно (имеется внутренняя синхронизация с первым), только его выходы отключены (или внутренним электронным коммутатором, или внешними вспомогательными блоками: релейными или транзисторными). В случае обнаружения отказа электроники один процессор отключается, а второй подключается на его место. Такое решение обеспечивает высокую надежность по электронике, но громоздко и дорого.

Предлагаемая в данной заявке диагностика может быть использована в тех случаях, когда желательно обеспечить высокую надежность по электронике, но не требуется большой мощности процессора, и в случае дублирования нет необходимости в жесткой синхронизации работы основного и резервного контроллера. Такие системы могут получиться, если разбить (логически) зону охлаждения на отдельные участки и на каждом таком участке использовать свой контроллер. (Сейчас вся система охлаждения реализована на одном мощном контроллере). На особо ответственных участках (кристаллизатор и первые зоны охлаждения) организовано дублирование (таким же образом, как и при «горячем» резервировании), но поскольку «размеры» участка стали существенно меньше, то нет необходимости в синхронизации работы процессоров и в большом количестве входов/выходов. В этом случае может быть применен менее мощный (а следовательно, более дешевый и надежный) ПЛК. (Для справки: только один «редандансный» процессор Simatic S7-416 Н стоит около 11000 Евро /в Германии/).

Предлагаемая диагностика позволяет ужесточить контроль работы электроники: тот контроллер, у которого появился сигнал «d» на выходе третьей 25 схемы ИЛИ, не исправен, он отключается, а процессом управляет оставшийся.

Логически понятно, что если имеются сигналы на выходе у второго 12 или у четвертого 14 RS-триггера и одновременно имеется сигнал «d», то, скорее всего, виновата электроника. Если же последнего сигнала нет, то проблемы, скорее всего в соответствующем механическом оборудовании. (Такие подсказки обслуживающему персоналу с указанием конкретных адресов подозрительного оборудования могут быть сформированы в рамках существующих систем АСУ ТП машин непрерывного литья).

Предлагаемое устройство может быть использовано не только для регулирования расходов воды на машинах непрерывного литья, но и в некоторых других технологических процессах, например на обжиговых машинах, где нагрев сырых окатышей производится мощными (2МгВт) газовыми горелками, установленными вдоль машины. Горелок может быть порядка 12 штук. Температурный режим, который должен быть обеспечен вдоль этой линии, задается технологией обжига. (Требуется плавно, по мере движения окатышей вдоль линии горелок, нагреть, не перегреть, но и «не допечь» продукцию). Необходимые температуры обеспечиваются регулированием расхода природного газа, поступающего на каждую горелку. Обратная связь осуществляется не по расходу, а по температуре в соответствующем месте горна. На общем подводе ко всем горелкам установлен общий измеритель расхода (он считает не только текущий мгновенный расход, но и суммирует расходы с целью подсчета общего объема: за газ надо платить, и знать удельные расходы газа на тонну окатышей). Общий измеритель содержит в своем составе датчик давления.

Предлагаемое устройство будет реализовываться на программируемых логических контроллерах и является частью АСУ ТП машины непрерывного литья (или другого агрегата). Поэтому индикаторы, например, будут организованы «виртуально» - на экране дисплея компьютера в виде соответствующих мигающих транспарантов с текстом, поясняющим причину появления сигнала. Кнопка, сбрасывающая триггеры сбоев (второй и четвертый RS-триггеры) также будет реализована в виде функциональной кнопки на экране. При этом возникновение сбоев и сброс соответствующих триггеров будут автоматически зафиксированы в протоколе работы машины. (С целью повышения ответственности персонала за свои производственные действия).

Некоторое замечание по поводу снижения энергопотребления. Изначально такая задача не ставилась, т.к. самое главное было повысить надежность системы, снизив количество циклов включения/выключения клапанов и организовав диагностику работы. Экономия электроэнергии - дополнительный положительный эффект. Привод, например, упомянутого клапана SAMSON имеет мощность всего около 100 Вт. Для такого энергоемкого производства как металлургия (а непрерывная разливка является его частью) это «смешная» величина. Но, учитывая большое количество клапанов на машине и непрерывный характер производства, величина экономии может получиться ощутимой. (Проведем приблизительную оценку величины электроэнергии, потребленной клапанами, установленными на одной машине непрерывной разливки стали.

Для справки: на Магнитогорском комбинате 4 4-ручьевых машины, на «Северстали» - 5 2-ручьевых. Для упрощения расчетов примем количество клапанов на одной машине, равное 100 штукам, мощность одного клапана 100 Вт. Общая мощность: (100×100)=10 КВт. Годовой фонд работы машины - до 340 суток. Количество рабочих часов: 24×340=8160. За год (при постоянном включении/выключении): 10 КВт × 8160 80 тыс.КВт×час. Допустим, что клапаны работают не непрерывно, а с некоторыми остановками, и реальная цифра потребления ближе к 50 тыс.КВт×час. Предлагаемое нами устройство снизит эту величину в 3-5 раз (примерно в такое количество раз должно упасть число включений и выключений по сравнению с тем, что имеется сейчас), т.е. примерно до 15-10 тыс.КВт×час. Экономия только на одной машине будет около 35-40 тыс.КВт×час).