АППАРАТНО-ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС ВИБРОАКУСТИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ВНЕПЕЧНОЙ ОБРАБОТКИ СТАЛИ НА УСТАНОВКЕ "КОВШ-ПЕЧЬ"



Ю.В. Костецкий /к.т.н./, И.В. Дегтяренко /к.т.н./, А.А. Омельченко /к.т.н./

Донецкий национальный технический университет (Донецк, Украина)

В.С. Ходячих

НПО "Доникс" (Донецк, Украина)

Б.М. Деглин /к.т.н./, А.А. Мелконян

ООО "Звукоулавливающая апаратура" (Донецк, Украина)

Статья опубликована в Сборнике суденческих научных работ факультета "Компьютерных информационных технологий и автоматики". Выпуск 5 - Донецк: ДонНТУ, 2007 (с. 93-97)

      Разработаны аппаратные и программные средства системы виброакустического мониторинга работы продувочных устройств на установке ковш-печь

      Одним из ключевых элементов технологии обработки стали на установках ковш-печь (УКП) является продувка металла инертным газом. Вдувание газа в объём металла, как правило, осуществляется через продувочные пробки, установленные в днище талеразливочного ковша. От эффективности этого процесса в значительной степени зависят многие показатели технологии [1].

      Оператор УКП управляет режимом продувки металла на основе показаний датчика расхода газа и визуального наблюдения за размером так называемого "продувочного пятна" на поверхности металла. Недостатком такого метода является то, что при одном и том же видимом размере пятна на поверхности ковша интенсивность перемешивания в объёме может быть различной. Влияние на этот показатель оказывают количество и состояние шлака, температура, окисленность и др. Часто операторы устанавливают больший, чем необходимо в конкретных условиях, расход продувочного газа. При этом следует учитывать, что срок службы огнеупорных продувочных устройств, прямо зависит от суммарного времени продувки и интенсивности газового потока через них. Кроме того, слишком интенсивная продувка приводит к дополнительному загрязнению металла неметаллическими включениями, повышенному расходу алюминия и др. Таким образом, задача объективного контроля качества продувки является актуальной.

      Поскольку прямые замеры состояния металла в ковше практически невозможны, для решения данной задачи целесообразно использовать косвенные характеристики. Как показали результаты теоретических и экспериментальных исследований, в качестве таких характеристик могут быть использованы данные о виброакустической активности сталеразливочного ковша [2].

      Сотрудниками НПО "Доникс" и Донецкого национального технического университета совместно с ООО "Звукоулавливающая аппаратура" был разработан экспериментальный образец системы виброакустического мониторинга технологического процесса внепечной обработки стали на УКП. Целью данной системы является повышение эффективности управления технологическим процессом внепечной обработки стали на УКП за счет предоставления оператору установки дополнительных данных об интенсивности перемешивания металла в ковше и работе продувочных устройств. Учет этих данных позволит снизить затраты на электроэнергию, уменьшить расход огнеупорного материала, повысить качество выплавляемой стали, повысить срок службы продувочных устройств, проводить обслуживание продувочных устройств сталеразливочного ковша в соответствии с реальным техническим состоянием и исключить внештатные ситкации на установке, связанные с выходом из строя продувочных устройств.

      Система виброакустического мониторинга представляет собой аппаратно-программный комплекс, включающий в себя:

           - устройства крепления датчиков вибрации;

           - два измерительных канала вибрации (ИК1-ИК2)

           - ЭВМ с оцифровывающей картой;

           - программное обеспечение, производящее анализ сигналов вибрации и визуализацию контролируемых параметров.

      Структурная схема аппаратной части системы представлена на рисунке 1.

     

      Рисунок 1 - Структурная схема аппаратной части системы виброакустического мониторинга.

      Обобщенный алгоритм функционирования системы заключается в следующем:

           1. С помощью датчиков вибрации, входящих в состав измерительных каналов, регистрируют информацию о виброактивности кожуха сталеразливочного ковша в ходе внепечной обработки стали. Датчики вибрации устанавливают с помощью специальных креплений на кожухе сталеразливочного ковша.

           2. С помощью измерительных каналов сигналы вибрации передают от датчиков к ЭВМ.

           3. Далее через оцифрованную карту сигналы вибрации поступают в ЭВМ для хранения и анализа с помощью специализированного програмного обеспечения

           4. Программное обеспечение выполняет следующие функции:

               - обработку и анализ сигналов вибрации с целью получения информации о парамерах работы продувочных устройств;

               - визуализацию информации о работе электрических дуг и продувочных устройств;

               - ведение архива сигналов вибрации.

           5. Руководствуясь полученными сообщениями, а также показаниями других приборов и технологическим заданием, оператор УКП осуществляет управление процессом внепечной обработки стали.

      Измерительнве каналы вибрации разработаны в ООО "Звукоулавливающая аппаратура". Каждый измерительный канал состоит из трёх составных частей:

           - передатчика, который устанавливаютнепосредственнона объект контроля;

           - приёмника, который устанавливают в помещении оператора УКП;

           - линии связи между передатчиком и приёмником.

      Передатчик представляет собой совокупность датчика вибрации (акселерометра), усилителя и устройства согласования с линией связи. Передатчик имеет надёжный механический контакт с днищем сталеразливочного ковша, который обеспечивается специальным креплением. Акселерометр передатчика регистрирует сигнал виброускорения, далее он усиливается и передаётся в линию связи.

      Линия связи представляет собой двухпроводную витую пару. По линии связи передаётся сигнал вибрации от передатчика к приёмнику, а также осуществляется питание усилительных каскадов передатчика.

      Приёмник представляет собой совокупность усилительных и согласующих каскадов. Приёмник принимает сигнал вибрации из линии связи и преобразовывает его к виду, пригодному для записи в ЭВМ через вход оцифровывающей карты.

      Основные технические параметры измерительных каналов приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Основные параметры измерительных каналов вибрации

Динамический диапвзон регистрируемых виброускорений, м/с^2	0,01...10
Частотный диапазон регистрируемых сигналов вибрации, Гц	10...1000
Динамический диапазон сигналов, не менее, Дб	87
Ток, потребляемый передающим блоком, мА	20
Напряжение питания линии связи, В	24...48
Коээфициент гармоник в линейной части диапазона, не более, %	0,01
Нелинейность АЧХ в указанном частотном диапазоне, не более, %	5
Потребляемая мощность, не более, Вт	10

      Рисунок 2 - Общий вид интерфейса программного обеспечения (режим индикатора).

      Программное обеспечение реализует четыре режима работы:

           1. Режим индикатора (см. рисунок 2) - основной режим эксплуатации системы в промышленных условиях. В данном режиме на дисплей оператора УКП выводятся конечные результаты контроля параметров работы продувочных устройств в режиме реального времени.

           2. Расширенный режим индикатора - используется для определения значений параметров на этапе настройки системы, а также в ходе эксплуатации при необходимости детального анализа результатов. Параметры процесса продувки выводят в виде графиков на дисплей оператора УКП в режиме реального времени.

           3. Режим постобработки - используется для определения значений настраиваемых параметров. В данном режиме на дисплей оператора УКП выводят конечные и промежуточные результаты контроля параметров работы продувочных устройств из записанного ранее архива.

           4. Режим настрйки - позволяет задать пороговые значения принятия решений: длительность регистрируемых сигналов вибрации; анализируемые частотные диапазоны; частоту обновления информации на дисплее; параметры ОРС-клиента; список тегов для событий, отслеживаемых системой и т.д.

      Реализованный в программном обеспечении комплекса ОРС-клиент позволяет интегрировать его в существующие на производстве АСУТП и обеспечить работу системы в автоматическом режиме. Кроме того, ОРС-клиент позволяет системе получить доступ к технологическим параметрам, имеющимся в распоряжении АСУТП, и использовать их при выработке рекомендаций по управлению технологическим процессом внепечной обработки стали.

      Экспериментальный образец системы виброакустического мониторинга был установлен на УКП №1 конверторного цеха ОАО "Енакиевский металлургический завод". Промышленные испытания системы показали её работоспособность в условиях реального металлургического производства и подтвердили состоятельность метода виброакустического контроля параметров продувки металла.

      Рисунок 3 - Диаграмма работы продувочных устройств: а - изменение среднеквадратичного значения вибрации; б - изменение расхода аргона

      На рисунке 3а представлена диаграмма работы одного из продувочных устройств в ходе внепечной обработки стали на УКП. Контроль работоспособности ведётся по среднеквадратичному значению сигнала вибрации в определённом частотном диапазоне. На рисунке 3б представлен график изменения расхода аргона. Эти графики иллюстрируют четкую связь между показаниями системы и расходом аргона во времени.

Выводы

      Дано описание структуры и обобщенного алгоритма функционирования аппаратно-программного комплекса виброакустического мониторинга технологического процесса внепечной обработки стали на УКП.

      Разработаны аппаратные и программные средства, реализующие виброакустический мониторинг технологического процесса внепечной обработки стали на УКП. Приведены основные характеристики разработанных средств.

      Аппаратно-программный комплекс предоставляет оператору УКП объективную информацию о работе продувочных устройств и позволяет оптимизировать режимы продувки металла инертным газом в ходе внепечной обработки стали.

Список источников

      1. Производство металла на агрегате ковш-печь / Д.А. Дюдкин, С.Ю. Бать, С.Е. Гринберг, С.Н. Маринцев. - Донецк. - 2003. - 300с.

      2. Improved Ladle Stirring Using Vibration Technology at Stelco Hilton Works / R.I. Minion, C.F. Leckie, K.J. Legeard, B.D. Richardson // Iron and Steelmaker. - Vol. 25. - No. 7. - 1998. - P. 25-31.