СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ДЛИНЫ ПРОКАТА Российский патент 2006 года по МПК G01B7/04 G01B11/04 

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники, а более конкретно к способам измерения длины движущегося проката.

Известен способ измерения движущегося проката, включающий определение положения конца проката относительно, например, линии реза или одновременное определение положения переднего и заднего конца с помощью необходимого количества фотоприемников, установленных вдоль измеряемого участка на определенных интервалах, выходной сигнал которых имеет два значения (темно-светло, ноль-единица). Обрабатывая эти выходные сигналы, можно определить искомую длину. (Авторское свидетельство СССР №1097895 МКИ G 01 B 11/00 от 15.06.84, Авторское свидетельство СССР №1415039 МКИ G 01 B 7/04 от 07.08.88, Авторское свидетельство СССР №1479818 МКИ G 01 B 7/04 от 15.05.89, Авторское свидетельство №1663422 МКИ G 01 B 21/00 от 15.07.91, Авторское свидетельство СССР №1188525 МКИ G 01 B 11/00 от 30.10.85).

Такой способ измерения длины движущегося проката реализуется в устройствах, которые обладают высокой помехоустойчивостью, позволяют организовать самодиагностику работы измерителя, обеспечивают хорошие показатели точности, однако имеют сложную, громоздкую и дорогую конструкцию.

Например, для измерения длины заготовок в интервале от 2 до 5 м при погрешности измерения, не превышающей 15 мм, необходимо установить 200 фотоприемников, а в случае холодного проката необходимо установить с противоположной стороны также 200 излучателей . Кроме этого, к каждому фотоприемнику необходимо подвести кабель, содержащий, по крайней мере, три жилы. Суммарное количество проводников, идущих от фотодатчиков на приемные блоки, в этом случае будет составлять 600 единиц (200×3=600). Дополнительно к каждому излучателю также необходимо подвести два провода. Размещение такого количества аппаратуры в ограниченном пространстве весьма затруднительно, а в случае горячего проката потребуется еще и защита большого количества фотоприемников от нагрева их корпусов.

Известен способ измерения движущегося проката, при котором измеряемую длину разделяют на ряд базовых участков и определяют положение конца проката с помощью фотоприемников и оппозитно размещенных им излучателей, устанавливаемых по границам базовых участков, а измерение внутри базовых участков производят посредством датчика импульсов с измерительного контактного ролика, при этом путь, пройденный прокатом и количество импульсов на выходе датчика за время прохождения этого пути, связаны между собой. (И.А.Аронов, М.А.Сонькин "Приборы для измерения длины проката и труб в СССР и за рубежом" НИИИНФОРМТЯЖМАШ, Металлургическое оборудование, 1-68-13, М., 1968 г., стр.17, 40; "Приборы для автоматического измерения труб и трубных изделий" ЦНИИ информации и технико-экономических исследований черной металлургии, Обзорная информация, серия 15, выпуск №2, Москва, 1974 г., стр.24; Челюсткин А.Б. "Автоматизация процессов прокатного производства" Москва, Металлургия, 1971 г., стр.121-122, рис.44-45).

Такой способ измерения движущегося проката реализуется в конструктивно более простых устройствах, поскольку фотоприемники устанавливаются достаточно редко по длине измеряемого проката, то есть их количество по сравнению с предыдущим аналогом существенно уменьшается, уменьшается также и количество сопутствующей им аппаратуры. Однако измерение внутри базовых участков посредством датчиков импульсов с контактного ролика приводит к значительным погрешностям измерения и снижению надежности процесса измерения, особенно в случае работы с горячим прокатом, так как в этом случае контактный ролик работает в тяжелом тепловом режиме (циклические нагрев и охлаждение), а с изменением температуры изменяются его размеры, что и обуславливает погрешности измерения. Дополнительно погрешность измерения увеличивается вследствие проскальзывания контактного ролика на прокате. Кроме этого, в случае если сортамент проката изменяется, реализация способа конструктивно значительно усложняется, так как необходима специальная конструкция прижима ролика, позволяющая оперативно переходить с одного сортамента на другой, а для того чтобы ролик не разбивался движущимися заготовками, его прижим-отжим должен быть синхронизирован с движением измеряемых заготовок.

Известен способ измерения длины проката, принятый в качестве прототипа, при котором измеряемую длину разбивают на ряд базовых участков и определяют положение конца проката с помощью фотоприемников и оппозитно размещенных им излучателей, устанавливаемых по границам базовых участков, а измерение внутри базовых участков производят посредством датчика импульсов с привода перемещения проката. (И.А.Аронов, М.А.Сонькин "Приборы для измерения длины проката и труб в СССР и за рубежом" НИИИНФОРМТЯЖМАШ, Металлургическое оборудование, 1-68-13, М., 1968 г., стр.39, фиг.12).

Этот способ реализуется в устройствах, которые не имеют описанных выше недостатков, однако в случае его использования для измерения длины проката, перемещаемого по рольгангу, то есть при установке датчика импульсов на приводе рольганга значительно возрастают погрешности измерения, обусловленные проскальзыванием проката, которое представляет собой несовпадение скорости движения проката и окружной скорости поверхности ролика рольганга. Если рольганг разгоняется, то скорость ролика может быть выше скорости движения проката, так как заготовка в силу ее массивности (инерции) продолжает лежать, а ролики под ней уже крутятся. Скорости могут совпасть только в случае медленного и плавного разгона немассивной и широкой заготовки, хорошо сцепленной с поверхностью роликов. Таким образом, при разгоне датчик импульсов может насчитать или правильную величину длины или длину, большую правильной (но не меньшую). При торможении происходит противоположное явление: ролики останавливаются, а прокат по инерции продолжает двигаться. В этом случае датчик импульсов может насчитать или правильную величину длины или длину, меньшую правильной (но не большую).

Кроме этого, упомянутый способ измерения длины проката не производит диагностику работы основных элементов измерителя длины.

Задача, решаемая изобретением, заключается в повышении точности измерения путем учета возможного проскальзывания проката на рольганге, а также в повышении надежности путем обеспечения диагностирования работы основных элементов измерителя длины.

Эта задача решается следующим образом.

В известном способе измерения длины движущегося проката, при котором измеряемую длину разбивают на ряд базовых участков и определяют положение конца проката с помощью фотоприемников и оппозитно размещенных им излучателей, устанавливаемых по границам базовых участков, а измерение внутри базовых участков производят посредством датчика импульсов с привода перемещения проката, СОГЛАСНО ИЗОБРЕТЕНИЮ на каждом базовом участке с помощью датчика импульсов определяют скорость, задаваемую приводом, а также величину и знак ускорения, кроме этого учитывают сечение заготовки и ее массу, рассчитывают путь, который должен быть пройден заготовкой в случае отсутствия проскальзывания, и сравнивают его с путем, насчитанным датчиком импульсов, по разнице этих величин определяют величину проскальзывания и в дальнейшем учитывают эту величину в виде поправки к длине, насчитанной датчиком импульсов, при этом поправку определяют как:

+Δ=f(a,s,m) - в случае движения с замедлением, или как

-Δ=f(a,s,m) - в случае движения с ускорением,

где f - символ функциональной зависимости;

а - ускорение движения привода;

s - сечение заготовки;

m - масса заготовки.

Кроме этого, организуют процедуру проверки работоспособности измерителя, выключая/включая осветители при отсутствии заготовки в соответствии с заданной диагностической процедурой и анализируя состояния выходов фотоприемников, фиксируют при несоответствии неисправность соответствующих измерительных трактов, кроме этого, постоянно сравнивают базовое расстояние и соответствующую ему длину заготовки, насчитанную датчиком импульсов с учетом погрешности на проскальзывание и в случае несовпадения формируют сигнал либо о неисправности определенного фотоэлектрического тракта, либо о неисправности датчика импульсов.

Способ измерения длины движущегося проката реализуется следующим образом.

Измеряемую длину разбивают на ряд базовых участков и определяют положение конца проката с помощью фотоприемников и оппозитно размещенных им излучателей, устанавливаемых по границам базовых участков, а измерение внутри базовых участков производят посредством датчика импульсов с привода перемещения проката, при этом на каждом базовом участке с помощью датчика импульсов определяют величину проскальзывания и в дальнейшем учитывают эту величину в виде поправки к длине, насчитанной датчиком импульсов.

Величина проскальзывания определяется следующим образом.

Определяют скорость проката делением пути (50-60 мм) на время его прохождения и ускорение, вычисляя разность скоростей на двух соседних участках (время измерения - одинаковое) и деля эту разность на время измерения. (Постоянная частота импульсов на выходе импульсного датчика - постоянная скорость. Частота растет - ускорение (разгон). Частота падает - замедление (торможение)).

На основании сделанных расчетов определяют характер движения заготовки:

- без ускорения с постоянной (измеренной) скоростью;

- с ускорением, величина которого вычислена и известна;

- с замедлением, величина которого вычислена и известна.

Далее считают пройденный путь:

- ΔL=V×t - при движении без ускорения с постоянной скоростью;

- ΔL=V×t+at²/2 - при движении с ускорением;

- ΔL=V×t-at²/2 - при движении с замедлением.

Эти же длины определяем и с помощью импульсного датчика. При движении с постоянной скоростью считаем, что проскальзывания нет и ΔL=V×t (полученное расчетом) должен совпадать с величиной, насчитанной импульсным датчиком. Общую длину заготовки определяем сложением двух величин:

L_заг=L_баз.+ΔL,

где L_заг - длина заготовки;

L_баз - расстояние между двумя фотореле;

ΔL - расстояние, рассчитанное по формуле или определенное импульсным датчиком.

При движении с ускорением считаем, что ускорение постоянно и в случае отсутствия проскальзывания: ΔL=V×t+at²/2 (полученное расчетом) должно совпадать с величиной, насчитанной импульсным датчиком. Если совпадения нет и при этом импульсный датчик насчитал большую величину, то считаем, что было проскальзывание и запоминаем (в особом протоколе для последующего анализа) ускорение и данные заготовки (массу и сечение). Если совпадения нет и при этом импульсный датчик насчитал меньшую величину, то считаем, что или "сбито" соответствующее фотореле или неисправен датчик импульсов, или проблемы в соответствующих кабельных соединениях. В этом случае выдаем оператору предупреждающее сообщение.

При движении с замедлением считаем, что замедление постоянно и в случае отсутствия проскальзывания ΔL=V×t-at²/2 (полученное расчетом) должно совпадать с величиной, насчитанной импульсным датчиком. Если совпадения нет и при этом импульсный датчик насчитал меньшую величину, то считаем, что было проскальзывание и запоминаем (в особом протоколе для последующего анализа) ускорение и данные заготовки. Если совпадения нет и при этом импульсный датчик насчитал большую величину, то считаем, что или "сбито" соответствующее фотореле или неисправен датчик импульсов, или проблемы в соответствующих кабельных соединениях. В этом случае выдаем оператору предупреждающее сообщение.

Следует особо заметить следующее. Все (по крайней мере в металлургии) современные АСУ ТП (автоматизированные системы управления технологическими процессами) (а измеритель длины проката - часть такой системы) строятся на базе программируемых логических контроллеров (ПЛК) и с применением персональных компьютеров (ПК). Т.е. прием, обработка, хранение информации, выработка управляющих воздействий производятся не специализированными вычислительными и логическими устройствами, а универсальными ПЛК и ПК.

Логической обработкой сигналов, поступающих с измерителя длины, находим зависимость проскальзывания от ускорения и данных заготовки (ее приблизительной массы и сечения /площади ее нижней поверхности/). Данные о массе и сечении в системе АСУ ТП всегда имеются. Величины ускорений также не лежат в широком диапазоне, а выбираются исходя из обеспечения необходимого темпа транспортировки на данном участке технологической линии. Сортамент заготовок также не бесконечен. Для конкретного объекта, в котором предполагается использование заявляемого решения, задано всего два вида сечения и двадцать возможных величин длины. Реальная производственная ситуация благоприятна еще и тем, что сортамент не изменяется хаотически, а постоянно в течение какого-то времени (сутками, неделями) идет какой-то один тип заготовки, затем осуществляется плановый переход на другой тип и т.д.

Найдя (с помощью средств современной вычислительной техники) зависимости проскальзывания от ускорения и данных заготовки (для этого может потребоваться всего несколько замеров), используют эти зависимости для корректировки результатов измерения, определяя поправку как:

+Δ=f(a,s,m) в случае движения с замедлением, или как

-Δ=f(a,s,m) в случае движения с ускорением,

где - f - символ функциональной зависимости;

а - ускорение движения привода;

s - сечение заготовки;

m - масса заготовки.

Проскальзывание можно определить и "полуручным" способом, т.е. сравнивая величины, найденные измерителем длины и проверенные затем, например, с помощью рулетки. Данные о параметрах заготовки, ускорениях и величине длины в системе сохраняются. Далее вручную введя в систему определенные таким способом поправки, их можно автоматически учитывать при измерении длины. Но более современно все-таки проделать эту процедуру с помощью имеющейся вычислительной техники, т.е. так как в предлагаемом изобретении.

В результате учета описанной выше поправки достигается повышение точности измерения, причем достигается без применения каких-то специальных приборов, а за счет более полного использования возможностей, предоставляемых имеющейся необходимой аппаратурой.

Дополнительно организуют процедуру проверки работоспособности измерителя, выключая/включая осветители при отсутствии заготовки в соответствии с заданной диагностической процедурой и анализируя состояния выходов фотоприемников, фиксируя при несоответствии неисправность соответствующих измерительных трактов, кроме этого, постоянно сравнивают базовое расстояние и соответствующую ему длину заготовки, насчитанную датчиком импульсов с учетом погрешности на проскальзывание, и в случае несовпадения формируют сигнал либо о неисправности определенного фотоэлектрического тракта либо о неисправности датчика импульсов.

Предлагаемые действия направлены на организацию постоянной (во время работы) проверки работоспособности измерителя. Такая проверка позволяет практически сразу обнаружить отказ (или заметный сбой) в работе основных элементов измерителя длины. Действительно, если при отсутствии заготовки все осветители включены, то на выходе всех фотоприемников должен быть сигнал "светло", если все осветители выключить, то на выходе всех фотоприемников должен быть сигнал "темно". Нарушение такой зависимости говорит о неисправности тракта, в котором такое нарушение обнаружено. Об этой ситуации можно сразу сообщить обслуживающему персоналу с указанием конкретного тракта и причины, например: "Внимание! На выходе 5-го ФД постоянный сигнал "темно". Далее на месте уже не сложно определить, что случилось: если не включается осветитель, то он и неисправен, если осветитель включается и его оптическая ось не сбита, то неисправен фотоприемник.

При необходимости можно организовать и более сложные диагностические процедуры, например поочередное включение четных/нечетных каналов; бегущая "единица"; или бегущий "ноль". Быстродействие современных фотодатчиков позволяет организовать такую процедуру без дополнительных затрат времени в технологическом промежутке между двумя соседними измерениями.

Кроме вышеописанной процедуры проверки работоспособности измерителя организована еще одна процедура, основанная на том очевидном факте, что при перемещении заготовки на величину базового расстояния (измеренного по сигналам с двух соседних фотодатчиков), эта же величина (за время прохождения этого базового расстояния) должна быть насчитана и импульсным датчиком. Величину проскальзывания можно учесть так, как было описано выше. Если эти величины (определенная по фотореле и насчитанная датчиком импульсов) не совпадают (допустим, разность больше, например, 4 мм), то фиксируется сбой измерителя на этом участке. Если и на следующем базовом участке будет зафиксирован сбой, то скорее всего неисправен тракт измерения импульсного датчика и об этой ситуации можно сразу сообщить обслуживающему персоналу с указанием причины: "Внимание! Импульсный датчик на участке 5-6 /45 см/ насчитал величину 27 см; на участке 6-7 /35 см/ насчитал величину 23 см". Если сбой произошел только на каком-то одном участке, то эта ситуация тоже фиксируется и сообщается оператору. Если и при измерении последующей заготовки обнаружится сбой на этом же участке, то скорее всего сбиты механически или появляется неисправность у какой-то из пары фотодатчиков, образующих этот базовый участок. Об этой ситуации также можно сообщить оператору.

Предлагаемая диагностика позволяет практически сразу обнаружить неисправность или частые сбои основных элементов измерителя и даже помогает определить отказавший (сбоящий) элемент. Для производственного персонала такая диагностика имеет непреходящее значение, так как позволяет существенным образом упростить поиск и локализацию неисправностей, что приводит к значительному уменьшению простоев, и как следствие к повышению производительности на данном участке производства.

Для организации диагностических процедур не применяется какая-либо дополнительная техника, а используются элементы самого измерителя. Реализация диагностики может быть осуществлена либо с помощью программируемого логического контроллера либо персонального компьютера, которые в обязательном порядке используются при построении современных систем автоматизации.

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники. Способ измерения длины проката, при котором измеряемую длину разбивают на ряд базовых участков и определяют положение конца проката с помощью фотоприемников и оппозитно размещенных им излучателей, устанавливаемых по границам базовых участков, а измерение внутри базовых участков производят посредством датчика импульсов с привода перемещения проката, причем на каждом базовом участке с помощью датчика импульсов определяют скорость, задаваемую приводом, а также величину и знак ускорения, учитывают сечение заготовки и ее массу, рассчитывают путь, который должен быть пройден заготовкой в случае отсутствия проскальзывания, и сравнивают его с путем, насчитанным датчиком импульсов, по разнице этих величин определяют величину проскальзывания и в дальнейшем учитывают эту величину в виде поправки к длине, насчитанной датчиком импульсов. Технический результат - повышение точности измерения путем учета возможного проскальзывания проката на рольганге. 1 з.п. ф-лы.

1. Способ измерения длины проката, при котором измеряемую длину разбивают на ряд базовых участков и определяют положение конца проката с помощью фотоприемников и оппозитно размещенных им излучателей, устанавливаемых по границам базовых участков, а измерение внутри базовых участков производят посредством датчика импульсов с привода перемещения проката, отличающийся тем, что на каждом базовом участке с помощью датчика импульсов определяют скорость, задаваемую приводом, а также величину и знак ускорения, кроме этого, учитывают сечение заготовки и ее массу, рассчитывают путь, который должен быть пройден заготовкой в случае отсутствия проскальзывания, и сравнивают его с путем, насчитанным датчиком импульсов, по разнице этих величин определяют величину проскальзывания и в дальнейшем учитывают эту величину в виде поправки к длине, насчитанной датчиком импульсов, при этом поправку определяют как

+Δ=f(a,s,m) в случае движения с замедлением, или как

-Δ=f(a,s,m) в случае движения с ускорением,

где f - символ функциональной зависимости;

а - ускорение движения привода;

s - сечение заготовки;

m - масса заготовки.