РСК-МЕТАЛЛ

С конца 70х годов прошлого столетия в цементной промышленности для контроля за температурой стенок вращающихся печей стали применять сначала сканирующие радиационные пирометры, затем тепловизионные насосные системы. В основу такого метода положен принцип сканирования сектора зоны обзора вдоль линии (рис. 1) с целью регистрации инфракрасного излучения, испускаемого стенкой корпуса печи по линии, параллельной оси вращения печи. При обеспечении скорости сканирования значительно большей, чем линейная скорость движения контролируемой на корпусе линии при вращении печи, можно считать, что линии контроля температуры на стенки корпуса вращающейся печи остаются параллельными оси печи. Это позволяет формировать построчное изображение темпера туры контролируемого участка в кадре синхронно с вращением печи. При этом размер кадра определяется длиной окружности развертки цилиндра печи.

На Омском НПП Эталон — государственном предприятии Госстандарта Рос сии, специализирующемся на производстве технических и образцовых средствах измерения температуры, с 2000 года выпускается система тепловизионного контроля корпуса вращающейся печи типа СТК1. Система представляет собой программно-аппаратный комплекс, состоящий из одного или двух первичных приборов, IBM совместимого компьютера, программы обработки и визуализации поля температур цилиндра развертки корпуса печи и адаптера канала связи. С помощью первичного прибора осуществляется сканирование сектора зоны обзора около 100° (рис. 1) таким образом, что он регистрирует инфракрасное излучение, испускаемое стенкой корпуса печи вдоль линии, за 250 мс.

Функциональная схема первичного при бора приведена на рисунке 2. Прибор состоит из блока электромеханического сканера (ЭМС), включающего в себя элементы 1, 2, 3, 4, 5; печатной платы приемника излучения (ПИ), состоящей из устройств 7, 6, 8; платы блока цифровой об работки (БЦО), представленного схемами 9, 10, 11, 12, 13, 14; двухпроводной линии связи (ЛС); адаптера канала связи (АКС) и блока источника питания (ИП). Лучистый поток ФИ от стенки корпуса печи в соответствии с законом Стефана-Больцмана, пропорциональный ее температуре попадает на зеркало 1 блока ЭМС, вращаемого со скоростью, равной 4 об./с двигателем постоянного тока 5.

Вращающееся зеркало обеспечивает сканирование лучистого потока вдоль корпуса печи. Поток, отражаясь от зеркала, попадает через диафрагмирующие отверстия на фотоприемник блока ПИ, включенный в электрическую схему 6. Блок ЭМС содержит также оптико-электронный датчик 2 скорости вращения зеркала с электронной схемой 4 стабилизации этой скорости. Оптико-электронный датчик 3 служит для снятия сигнала о положении зеркала относительно зоны обзора и через электронную схему 8 блока ПИ обеспечивает синхронизацию работы ключей блока ПИ и тактирования приемопередачи данных в блоке БЦО. Схема 7 блока ПИ обеспечивает термостабилизацию нуля и чувствительности приемника излучения.

Аналоговый сигнал с выхода приемника излучения поступает на аналого-цифровой 10разрядный преобразователь (АЦП) 9, с выхода которого параллельный код поступает на схему хранения 12 блока цифровой обработки. Запоминание сигналов необходимо для согласования скорости приема и передачи данных в виде 12 разрядных слов на одну строку. Со схемы хранения сигналы передаются в регистр сдвига 13, обеспечивающий пре образование параллельного кода в последовательный асинхронный. Далее при помощи парафазного усилителя-преобразователя 14 сигналы в виде токовых посылок («токовая петля») попадают в линию связи ЛС. На вход последовательного порта ЭВМ сигналы поступают через оптико-электронный преобразователь адаптера канала связи АКС. Электронная схема 10 обеспечивает тактирование процессов выборки хранения сигналов. Кварцевый генератор 11 обеспечивает синхронизацию работы всех электронных блоков и узлов. Питание всех электронных блоков осуществляется от источника питания ИП, обеспечивающего стабильные напряжения +15 В и 5 В от сети переменного тока ~220 или 36 В. Система обеспечивает как дистанционную визуализацию тепловых полей стенки корпуса вращающейся печи в реальном времени, их регистрацию и хранение в виде изображений, так и измерение температур в заданных точках и по сечениям с последующей их математической обработкой, выводами и архивацией в виде трендов. Система имеет, приведенные на странице 25 технические характеристики.

Связь первичных приборов с компьютером обеспечивается по двухпроводной токовой петле с оптикоэлектронной развязкой на входе компьютера. В системе предусмотрены задания на подачу звуковой сигнализации при превышении температур выше заданной установки и при несанкционированном ее отключении.

Технические решения, заложенные в конструкцию первичных приборов, интерфейс пользователя и программное обеспечение, максимально адаптированы к условиям эксплуатации на цементных заводах. Первые аппаратные реализации были доведены до практического использования еще в 1989 году на Навоийском цементном заводе. Опытные образцы системы отлаживались и эксплуатируются до настоящего времени на Красноярском цементном заводе, в Сухоложскцементе, Коркинском цемент ном заводе, Ачинском глиноземном комбинате. В декабре 2001 года — январе 2002 года система испытывалась в Топкинском цементе и рекомендована к применению.

На рисунке 3 приведена иллюстрация вывода информации с тепловизионной системы на экран монитора. Применение системы тепловизионного контроля в производстве цемента позволяет технологу и машинисту печи осуществлять динамический контроль за изменениями температур как по величине, так и за передвижением по длине (по зонам), что дает возможность обоснованно корректировать процесс обжига. Система позволяет выявлять места нарушения футеровки, контролировать ее качество после ремонтов, увеличивать стойкость, предотвращать прогары. Архивирование информации, предусмотренное в системе, позволяет анализировать качество ведения обжига машинистами, предысторию различных ситуаций, возникающих в процессе.

В.Захаренко, к.т.н., Омский государственный технический университет
В. Никоненко, директор ОАО НПП «Эталон», засл. метролог России