Устройство для контроля температурыфуРМЕННОй зОНы дОМЕННОй пЕчи Советский патент 1981 года по МПК G01D1/12 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ФУРМЕННОЙ ЗОНЫ ДОМЕННОЙ ПЕЧИ

Изобретение относится к автоматике, а именно к контрольно регистрирующим устройствам и может применяться для контроля температуры фур менной зоны доменной печи. Известно устройство для контроля фурменной зоны доменной печи с использованием цветовых пирометров 1 Недостатками такого устройства являются его высокая стоимость, бол шие габаритные размеры и низкая точ ность контроля температуры. Известно устройство для контроля температуры фурменной зоны, содержащее свизи1рЬванный на фурменную полость оптический пирометр, регистратор, преобразователь, первый входкоторого соединен с выходом пирометра, коммутатор, первый вход которого.соединен с выходом преобразователя, выход - со входом регистратора, а управляющий вход - с выходом блока управления коммутатором 2 Однако в случае обвала сводов фурменного очага,, пирометр контроли рует температуру обрушившихся кусков шихтовых материалов, попавших в поле зрения пирометра, что.искажает измеренные значения температу- ры стенки фурменной полости. Цель изобретения - увеличение точности контроля. Эта цель достигается тем, что, в устройство для контроля температуры фурменной зриы доменной печи, содери ащее свизированный на фурменную полость оптический пирометр, регистратор,преобразователь, первый вход которого соединен с выходом пирометра, коммутатор, первый вход которого соединен с выходом преобразователя, выход - со входом регистратора, а управляющий вход - с выходом блока управления коммутатором, оно дополнительно содержит сглаживающий фильтр, первый вход которого соединен с выходом преобразователя, а выход со вторым входом коммутатора, регистр памяти, гюрвый вход которого соединен с выходом коммутатора, а выход соединен со вторым взводом сглаживающего фильтра, генератор тактовых импульсов , выход которого соединен со вторым входом преобразователя, с третьим BxohoM сглаживающего фильтра и со вторымвходом регистра памяти, а блок управления коммутаторо включает в себя первый блок вычитания, первый вход которого является первым входом блока управления,коммутатором, а второй вход - вторьм входом блока управления коммутатором, блок выпрямления, вход которого соединен с выходом первого блока вычитания, блок сравнения, первый вход которого соединен с выходом блока выпрямления, и блок задания уровня, выход которого соединен со вторым входом бло.ка сравнения, выход которого является выходом блока управления коммутатором, при этом первый вход блока управления коммутатором соединен с выходом преобразователя, а второй вход - о выходом регистра памяти.

Сглаживающий фильтр выполнен в виде второго блока вычитания, первый вход KOTopojro является первым входом сглаживающего фильтра, а второй вход - вторым входом сглаживающего фильтра, блока умножения, первый вход которого соединен с выходом второго блока вычитания, блока задания коэффициента сглаживания, выход которого соединен со вторым входом блока умножения, блока алгебраического сложения, перйый вход которого соединен с выходом блока умножения, второй вход - со вторым входом второго блока выч.итания, а выход является выходом сглаживающе.г фильтра, блока управления фильтром, первый выход которого соединен с третьим входом блока умножения, второй выход - с третьим входом блока алгебраического сложения, а выход является третьим входом сглаживающего фильтра.

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства; на фиг. 2 - блок-схема сглаживающего фильтра 4.

Устройство содержит оптический пирометр 1, свизированный на фурменную полость, преобразователь 2, соединенный с выходом оптического пирометра 1, коммутатор 3, соединенный С выходом преобразователйг 2, сглаживающий фильтр 4, подключенный к выходу преобразователя 2, блок 5 управления коммутатором, соединенный с выходЬм преобразователя 2 и со входом сглаживающего фильтра 4, регистратор б,подключенный к выходу коммутатора 3, регистр 7 памяти,соединенный с выходом коммутатора 3 и со входами сглаживающего фильтра 4 : и блока 5 управления коммутатором. Блок 5 управления коммутатором состоит из блока 8 вычитания, подключенного к выходам преобразователя 2 и регистра 7 памяти, блока 9 выпрямления, соединенного с блоком 8 вычитания, блока 10 сравнения, соединенного с блоком 9 выпрямления и с управляющим входом коммутатора 3, Ч блока 11 задания уровня, подклюЦенного к блоку 10 сравнения, а так

же генератор 12 тактовых импульсов, соединенный со входами преобразователя 2, сглаживающего фильтра 4 и регистра 7 памяти.

Сглаживающий фильтр 4 (фиг. 2) - содержит блок 13 вычитания, соединенный с выходом преобразователя 2 и с выходом регистра 7 памяти, блок 14 умножения, подключенный к выходу блока 13 вычитания, блок 15 задания коэффициентов сглаживания, соединен0

ный

с блоком 14 умножения, блок 16 алгебраического сложения, соединенный со входом блока 13 вычитания и с выходом блока 14 умножения, блок 17 управления фильтром, соединенный

5 с выходом генератора 12 тактовых и лпульсов и со входами блока 14 умножения и блока 16 алгебраического сложения.

Устройство работает следующим образом..

Тепловой уровень фурменной зоны Тр(t) представляется как температура видимой части поверхности полости Тд(t) в том случае, когда между

5 видимой частью поверхности и пирометром нет никаких экранирующих факторов, и вычисленная по функциональной зависимости между температурой куска спекшихся шихтовых материалов

0 ) , попавшего в полость, и температурой поверхности полости в том случае, когда экранирующий фактор (кусок спекшихся шихтовых материалов)

О находится в поле зрения пирометра,т.е.

TO (t) при в: t tj

(t):

Lf (Тц,„ t) при ,

где tr, - начальный момент времени . i-ого попадания обрушивше0гося куска спекщихся шихтовых материалов в поле зрения пирометра;

Q. момент времени исчезновения (выгорания, смещения в сторону и т.п.) с поля зрения пирометра i-ro куска спекшихся шихтовых материалов .

Функциональная зависимость между температурой куска спекшихся шихто-. Бых материалов, попавшего в полость, и температурой поверхности фурменной полости достаточно хорошо аппроксимируется дифференциальным уравнением первого порядка d-Tn (t)

+ T,(t) T.,(t) (1)

ot. dt

где 01: - постоянный коэффициент. Начальный момент времени i-oro

попадания обрушившегося куска спекшихся шихтовых материалов в поле зрения пирометра характеризуется скачкообразньм изменением выходного сигнала пирометра и определяется по

превышению модуля производной входного сигнала некоторого заданного уровня. Интервал времени t определяется по превышению абсолюг ного значения разности между входным и выходным сигналом устройства этого же заданного уровня. Применив метод конечных разност работу устройства можно описать следующим образом. Излучение из фурменной зоны воз действует на фотаприемник оптического пирометра 1, в результате чег на его выходе появляется сигнал в виде напряжения прямо пропорционального яркости излучателя. Этот сигнал поступает на первый вход преобразователя 2, в котором (по сигналу, поступающему на второй вход преобразователя 2 с выхода генератора 12 тактовых импульсов в j-ьIй момент времени) происходит нелинейное преобразование входного напряжения в двоичный код Nj прямо пропорциональный температуре излучателя (температура излучателя связана с его яркостью нелинейной зависимостью). Этот код поступает на первый вход блока 8 вычитания, на .второй вход которого поступает код с выхода регистра 7 памяти, хранящего результат предыдущего шага ра боты устройства ;, , записанного по команде с выхода генератора 12 тактовых импульсов, поступившей на второй вход регистра 7 памят Результат вычитания N - N-fj,,;,. с выхода блока 8 вычитания поступает на блок 9 выпрямления, на выходе которого появляется код (д-К,,. Этот код сравнивается в блоке 10 сравнения с кодом, поступившим из блока 11 задания уровня - сР. В результате сравнения, при условии (N-Ыр,,, ;,. )Л с выхода блока 10 сравнения на управляющий вход коммутатора 3 поступает сигнал, открывающий первый вход коммутатора 3, а при условии (N - Ng,t,iv.i- ) с выхода блока 10 сравнения поступает сигналJоткрывающий второй вход коммутатора 3. В том случае,когда открыт первый вход коммутатора 3, что соответству ет контролю температуры видимой части стенки полости Т Т , код с выхъда преобразователя 2 поступает на регистратор 6 и регистр 7 памяти в результате чего код, соответствую щий .температуре стенки фурменной полрсти проходит на вход устройства без изменений. В другом случае, когда открыт второй коммутатор 3, что соответствует попаданию в поле зрения пирометра холодного куска спекшихся шихтовых материалов код с выхода преобразователя 2, соответствующий температуре куска спекшихся шихтовых материалов TU,V поступает на вход регистратора 6 и первый вход регистра 7 памяти через сглаживающий фильтр 4. Сглаживающий фильтр 4 реализует функциональную- зависимость (1) между температурой стенки фурменной полости и температурой куска спекшихся шихтовых материалов, попавшего в поле зрения пирометра 1. N... (N,,,--N.; )+Nr,-. , (2 где ч 4R 4-ut коэффициент пропорциональности между температурой излучателя и выходным кодом преобраэова теля 2; интервал дискретизации. На выходе блока 13 вычитания в j-ый момент времени присутствует код Ng , соответствующий разности кода на выходе преобразователя 2№ и кода на выходе регистра 7 шм j памяти, хранящего значение кода на выходе устройства, полученного в предыдущий момент времени, т.е. бл шм. - Np., . После перемножения кода N. кода на выходе блока 15 задания коэффициента сглаживания - ц, , на выходе блока 14 умножения присутствует код i ьа (шм.4 i- ЬНа выходе блока 16 алгебраического сложения присутствует код , соответствующий алгебраической сумме кодов на выходе блока 14 умножения N-J и регистра 7 памяти Nj.- , и равный коду Nf,: (2) . Таким образом, в периоды времени на входы регистратора б и регистра 7 памяти пос тупает код N,, ,. соответствующий температуре стенки фурменной полости Т. Блок 17 управления фильтром осуществляет координацию работы блока 14 умножения и блока 1б алгебраическог э сложения и синхронизирует их работу с работой всего устройства. При измерении температуры видимой части стенки фурменной полости оптическими методами, в частности пирометром частичного излучения, неизбежно присутствие в выходном сигнале датчика информации о температуре циркулирующих перед фурмой холодных кусков кокса,, попавших в поле зрения пирометра кусков спекшихся материалов при обрушениях или оползнях. Это приводит, как показывают расчёты, к средней квадратической ошибке измереция температуры стенкифурменной полости G 50 k, Такая ошибка является недопустимой при использований выходного сигнала датчика в целях управления тепловым состоянием горца или газодинамическим режимой доменной печи. .Применение предлагаемого устройства для контроля температуры фурменной зоны доменной печи позволяет практически устранить паразитную составляющую в выходном сигнале пирометра и повысить качество управления доменным процессом.

Формула изобретения

1, Устройство для контроля температуры фурменной зоны доменной печи, содержащее свизированный на фурменную полость оптический пирометр, регистратор, преобразователь, первый вход которого соединен с выходом пирометра, коммутатор, первый вход которого соединен с выходом преобразователя, выход - со входом регистратора, а управляющий вход - с выходом блока управления коммутатором, отличающееся тем, что, с целью увеличения точности контроля, оно дополнительно содержит сглаживающий фильтр, первый вход которого соединен с выходом преобразователя , а выход - со вторым входом коммутатора, регистр памяти, первый вход которого соединен с выводом коммутатора, а выход соединен со вто рым входом сглаживающего фильтра, генератор тактовых импульсов, выход которого соединен со вторым входом преобразователя, с третьим-входом сглаживающего фильтра и со вторым входом регистра памяти, а блок управления коммутатсэром включает в себя первый блок вычитания, первый вход 1 оторого является, первым входом блока управления коммутатором, а второй вход - вторым входом блока управления коммутатором, блок выпрямления, вход которого соединен с выходом первого блока вычитания, блок сравнения, первый вход которого соеднен с выходом блока выпрямления, и

блок задания уровня, выход которого соединен со вторым входом блока сравнения, выход которого является выходом блока управления коммутатором, при этом первый вход блока управления коммутатором соединен с выходом 5 преобразователя, а второй вход с выходом регистра Памяти.

2, Устройство по п. 1, отличающееся тем, что сглаживающий фильтр выполнен в виде второго

блока вычитания, первый вход которого является первым входом сглаживающего фильтра, а второй вход вторым входом сглаживающего фильтра, блока умножения, первый вход которого соединен с выходом второго блока вычитания, блока задания коэффициента сглаживания, выход которого соединен со вторым входом блока умножения, блока алгебраического слоQ жения, первый вход которого соединен с выходом блока умножения второй вход - со вторым входом второго блока вычитания, а,выход является выходом сглаживающего фильтра, бло- ка управления фильтром, первый выход которого соединен с третьим входом блока умножения,, второй выход - с третьим входом блока алгебраического сложения,.а вход является третьим входом сглаживающего

D фильтра.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1, Рудная А.И,JГайворонский Я.С.

Измерение цветовой и яркостной температуры фурменной зоны доменной печи. G6. Приборы йромышленного контроля и средств автоматики. Киев, Гостёхиздат УССР, 1963.

Фиг.2.