РАДАРНА СИСТЕМА ВИМІРЮВАННЯ ПРОФІЛЮ ЗАСИПУ

Алгоритм математичного забезпечення радарної системи призначений для визначення в режимі реального часу статичних і динамічних характеристик поверхні засипу шихтових матеріалів в доменній печі, товщини їх шарів, швидкості сходу шихти, величини розузгодження фактичного і заданого профілів по двох діаметрах печі.

Алгоритм забезпечує виконання наступних завдань:

- визначення профілю засипу шихтових матеріалів по діаметру колошника;

- визначення швидкості сходу порцій шихти;

- визначення розузгодження фактичного і заданого початкових профілів після завантаження порцій шихти;

- визначення товщини шарів завантажених порцій шихтових матеріалів;

- формування і представлення персоналу необхідних відеокадрів і звітних документів.

Профіль засипу по кожному діаметру визначається по координатам точок поверхні засипу, від яких відбивається радіопромінь. Початковими даними для розрахунку є координати точок прив'язки осей радіопроменів РДУ по внутрішній поверхні кожуха колошника (по вертикалі Н_n і радіусу печі R_n), кути φ_n установки РДУ і довжини Ln застав від фланця кріплення РДУ до внутрішньої поверхні кожуха печі, а також виміряні РДУ відстані D_n до зондованих точок поверхні засипу (рис. 71).

Відстань D_n до зондованої точки поверхні засипу визначається по градуювальній залежності відповідного РДУ

D_n = a_n – b_n* J_p.

Рис. 71. Схема розрахунку координат виміряних точок профілю засипу

Коефіцієнти a_n і b_n лінійної функції вихідного струмового сигналу J_p для кожного РДУ вводяться в контроллер цифрової обробки.

Розрахунок положення зондованих точок робиться в декартовій системі координат Х0У. Початок координат знаходиться в точці перетину осі печі з лінією рівня «технологічного нуля» засипу (Н_о = 42100 мм). Відлік позитивних значень рівня засипу U ведеться вертикально вниз. Позитивний напрямок горизонтальної осі - вправо від початку координат. Значення рівнів профілю розподілені по діаметру колошника печі від негативного значення радіуса R до позитивного в напрямку, наприклад, від РДУ ​​1 до РДУ 8. Крок визначається вибраним оператором числом перетинів розбивки профілю NR.

Координати лежачих на одному діаметрі точок поверхні засипу визначаються за виразами

Для побудови профілю по одному діаметральном перетину печі використовується кусочно-лінійна інтерполяція координат точок, отриманих в результаті радіолокаційного зондування поверхні засипу відповідними РДУ (рис. 71). Профіль формується точками перетину інтерполюючої відрізків із заданими перетинами по діаметру колошника. Для покращеного візуального сприйняття інформації про профіль засипу ці точки з'єднані відрізками прямих.

Перевірка достовірності результатів інтерполяції профілю полягає у визначенні величини ΔYn, як різниці між ординатою кожної з зондуємих точок поверхні і ординатою інтерполюємої кривої у відповідному перетині печі. При ΔYn>ΔYмін (величина ΔYмін уточнюється при наладці) використовується формула математичного очікування для фільтрації випадкових відхилень.

Тривалість одного циклу визначення усіма РДУ відстаней до восьми зондуємих точок засипу в одному диаметральном перетині печі не перевищує 2 с. Тому час побудови профілю визначається технологічними вимогами та забезпечується швидкодією контролера і прийнятого програмного забезпечення.

Для побудови профілограм використовуються значення рівня, які визначаються відстанями до поверхні шихти, отриманими РДУ 1...8 в диаметральном перетині колошника печі, що проходить через точки прив'язки РДУ. Для зручності розрахунку похідних характеристик профілю (швидкості сходу, неузгодженості початкових профілів і товщини шарів порцій шихти) на основі кусково-лінійної інтерполяції координат виміряних точок отримують значення ординат профілю в перетинах, рівномірно розташованих по діаметру. При цьому, додатково до виміряних восьми точках, на кожному діаметрі розраховується точка поверхні засипу на осі печі як середня ордината перетину двох інтерполяційних прямих, проведених через пари точок, що лежать по одну сторону від осі печі. Число перетинів задається оператором в діапазоні від 9 до 25.

З метою контролю завантаження шихтових матеріалів, оператор може задавати в зазначених перетинах ординат еталонних профілів, які характеризують технологічно раціональну форму поверхні засипу в різних фазах сходу порції шихти.

Технологічним критерієм для визначення початкового профілю засипу порції є сигнал опускання зондів, що надходить з системи управління завантаженням після закінчення завантаження порції шихти в ДП. Після надходження цього сигналу, програмно оператором задається витримка часу та проводиться розрахунок профілю поверхні по двом діаметрам печі. Витримка часу (до 40 с) встановлюється для зниження запиленості після завантаження шихти в піч і визначається як бажаний, але не обов'язковий параметр. Визначення поточного профілю для однієї порції матеріалу по ходу опускання шихти реалізується в режимі реального часу з періодичністю не більше 2 с.

Технологічним критерієм для визначення заключного профілю засипу тієї ж порції шихти є сигнал попередження на завантаження наступної порції матеріалу, яке надходить із системи управління завантаженням.

Фіксація початкового профілю кожної порції шихти характеризує принципово нову можливість визначення керуючих впливів при завантаженні шихти, адекватних відхилень конфігурації поверхні завантаженої порції від необхідного профілю, який програмно встановлюється технологом.

Неузгодженість фактичного і заданого початкових профілів порції завантаження в доменну піч матеріалу визначається як різниця між виміряними значеннями відповідних ординат і заданими точками профілю

Зменшення відхилення початкового профілю від заданого в процесі завантаження в піч кількох порцій шихти характеризує правильність реалізації режимів завантаження. При цьому нормальний характер ходу печі визначає правильне рішення технолога з вибору необхідного профілю. В іншому випадку рішення технолога було б невірним. Стабілізація або збільшення неузгодженості початкового і заданого профілів характеризує неправильний вибір режимів завантаження. Похибка між початковим і заданим профілями не повинна перевищувати ± 0,2 м.

Для технологічного аналізу ходу печі і режимів завантаження важлива інформація про поточну швидкість сходу шихти. При наявності по кожному діаметру початкового і поточного профілів поверхні засипу для кожної порції шихти швидкість сходження визначається в перетинах по діаметру колошника як відношення відповідних ординат початкового і поточного профілю до інтервалу часу між їх вимірами.

Алгоритм розрахунку швидкості сходу шихти в заданих точках діаметра печі полягає в обчисленні різниці значень ординат початкового Uнач і поточного Uтек профілів поверхні, ділених на час Δτ між моментами здійснення відповідних розрахунків профілю поверхні засипу. Вираз для визначення швидкості сходу шихти Vm в m-й точці профілю має вигляд

Таким чином, швидкість сходу характеризується полем (епюрою) швидкостей по кожному з зондуємих діаметрів печі.

Товщина шару шихти, сформованого на колошнику в момент появи чергового сигналу «МІРА Є», представляє собою різницю ординат точок початкового профілю наступної порції і відповідних точок заключного профілю попередньої порції матеріалу. При цьому враховується приріст ординат заключного профілю за час завантаження, яке визначається як добуток середньої швидкості попередньої порції шихти на час завантаження чергової порції.

В момент визначення заключного профілю технолог програмно присвоює йому кодове найменування «К» (кокс), «Р» (руда), «КР» (суміш). В оперативній пам'яті зберігаються значення товщин заданого технологічним персоналом числа послідовних шарів компонентів шихти.

Визначення профілю поверхні засипу і похідних параметрів в ході опускання шихти в доменній печі здійснюється на основі установчих даних (дані ручного вводу) і вихідних сигналів від радарів РДУ-Х2 по одному діаметру печі. Параметри визначення профілю поверхні засипу шихти на колошником ДП: число перетинів по радіусу печі для побудови профілю засипу, визначення швидкості сходу, товщини шарів шихти, ординати заданого профілю по діаметру колошника і величини неузгодженості заданого і фактичного початкових профілів засипу.

Максимально можлива величина рівня сягає до 3 м, мінімальна приймається рівною -0,5 м (для відображення можливого перевищення нульового рівня засипу).

Відомості про кількісний та якісний склад порції разом з її кодом надходять на засоби обчислювальної техніки з загальносистемної бази даних АСУТП. Вхідні дані з загальносистемної бази даних АСУ ДП-9 команди на відкривання і закривання шиберних затворів завантажувального пристрою, вид завантаження матеріалу, номер порції, заданий рівень шихти в доменній печі.

Для представлення персоналу інформації про профіль засипу використовуються такі форми: відеокадри і текстові звіти (документи).

Відеокадри розбиті на дві категорії за типом відображуваної інформації:

- поточні профілограми зміни поверхні засипу порції шихти в диаметральном перетині колошника доменної печі;

- поточні графіки зміни похідних параметрів поверхні засипу (швидкість сходу, неузгодженість ординат між заданим і фактичним початковим профілем, товщина шарів шихти в диаметральном перерізі);

Зверху вниз розташовуються: номер таблиці, рядок – назва, рядок – зона і час моніторингу, власне таблиця контрольованих параметрів, рядок повідомлень, власне зображення відеокадру.

Відеокадр 1 - «Профілі засипу шихти» - служить для оперативного відображення зміни профілю поверхні засипу кожної порції шихти в диаметральном перетині печі (рис. 72). Цей відеокадр постійно присутній на екрані монітора робочої станції і також архівується.

Радіус колошника R, м

Рис. 72. Відеокадр 1 - «Профілі засипу шихти»

На осі ординат графіка кривих профілю засипу відкладається рівень засипу щодо технологічного нуля Н_о. Причому вісь рівня, згідно технологічної інструкцції, спрямована вниз. Вісь абсцис представляє діаметр колошника з нульовим значенням на осі печі. Власне відображення трансформації поверхні є графічним представленням кривих профілю засипу в ході опускання в піч порції шихти в період між завантаженнями.

Для кожної завантаженої порції матеріалу суцільна крива визначає зміну в часі профілю поверхні засипу - «поточний профіль». Верхня крива визначає заданий (еталонний) початковий профіль засипу цієї порції шихти.

Відеокадр 2 - «Швидкість сходу» - служить для оперативної оцінки швидкості сходу порції шихти по діаметру печі. Швидкість сходу порції шихти відображається у вигляді її епюри по діаметральним перетинам колошника (рис. 73). По осі ординат відкладена швидкість сходження V_G, (мм/хв). Для відповідності фактичного напрямку сходу шихти вісь спрямована вниз. Вісь абсцис є діаметр колошника печі з плюсовими і мінусовими значеннями по радіусу від осі печі.

Рис. 73. Відеокадр 2 - «Швидкість сходу»

Відеокадр 3 - «Товщини шарів порцій по діаметру» - служить для оцінки розподілу за діаметром печі товщин шарів декількох завантажених порцій шихти (рис. 74) Графічне відображення шару формують дві криві: верхня – початковий профіль завантаженої порції, нижня – заключний (перед початком завантаження) профіль попередньої порції (з урахуванням його розрахункового переміщення за час завантаження). Над зображенням кожного профілю вказується код (поточний номер) порції та час її завантаження.

Відеокадр 4 - «Неузгодженість початкового профілю» служить для оцінки величини неузгодженості між заданим і фактичним початковими профілями засипу поверхні по діаметру печі після завантаження порції шихти. Відображення неузгодженості є графічним представленням величини похибки формування початкового профілю для вироблення керуючих впливів при завантаженні шихти (рис. 74).

Відеокадр 5 - «Лінії рівня і переріз профілю по діаметру» - служить для оперативного відображення профілю засипу після кожної подачі матеріалу. Представляє профіль засипу у вигляді ліній рівня і вертикальний перетин профілю засипу з будь-якого обраного оператором діаметру (рис. 75)

Рис. 73. Відеокадр 4 - «Товщини шарів порцій по діаметру»

Рис. 74. Відеокадр 4 - «Неузгодженість початкового профілю»

Рис. 75. Відеокадр 5 - «Лінії рівня і переріз профілю по діаметру пічі»

Лінії рівня – це криві, утворені при перетині поверхні засипу горизонтальними площинами. Відображення ліній рівня є графічним представленням профілю у вигляді овалообразних кривих з центром в мінімумі глибини засипу (по осі воронки).

Кожна лінія рівня відповідає однаковим значенням рівня засипу, наступним один за одним через рівні інтервали 0,25 м по висоті. Лінії рівня позначаються через 0,5 м. Лінії розфарбовуються кольорами оптичного спектру таким чином, що рівню U = 0 м відповідає фіолетовий колір, а лінії рівня U ≥ 3 м фарбуються червоним кольором. На відеокадрі розміщена узагальнена інформація про профіль засипу для оператора:

- «Рівень засипу верхній – 1,0 м»;

- «Глибина воронки – 2,1 м»;

- «Догляд воронки на 0,5 м по радіусу 2»;

- «Перекіс рівня – 0,5 м».

Додатково в таблиці наведені позначення, найменування одиниць вимірювання та значення конструктивних параметрів колошника ДП, діапазонів зміни рівня засипу, швидкості сходу шихти, величин неузгодженості початкових профілів і товщини шарів порцій, ступеня дискретизації профілограм і похідних параметрів трансформації поверхні засипу шихти (для прикладу взято дані ДП -9 МК «Криворіжсталь»).

В документі «Профіль засипу шихти – Технологічний звіт» наводяться основні дані про профіль засипу і його похідних характеристиках за час сходу в піч кожної порції шихти.

Значення рівня шихти U початкового і заключного профілів, швидкості сходу шихти V_G, неузгодженості заданого і фактичного початкових профілів ΔY, товщини шару порції Y у відповідних перерізах по діаметру печі розраховуються і заносяться в «Технологічний звіт» аналогічно інформації, представленої на відповідних відеокадрах. Технологічний звіт про профіль засипу архівується на глибину не менше одного місяця [6].