Процессор сигналов для системы непрерывного измерения температуры жидкой стали заводы

Когда речь заходит о процессоре сигналов для контроля расплавленного металла, многие инженеры сразу думают о термопарах — а зря. В реальных условиях конвертерного цеха контактные методы часто не выдерживают ни температурных пиков, ни химической агрессии шлаков. Мы в ООО 'Шэньян Тэнъи Электроникс' через это прошли: наша первая версия процессора для ЧЭП-3 выдавала погрешность до 40°C при резком охлаждении лазов. Пришлось пересматривать архитектуру с нуля.

Почему классические решения не работают с жидкой сталью

Запомните: стандартные АЦП здесь — деньги на ветер. В 2018 году пробовали адаптировать промышленный контроллер Siemens для печного участка — уже через два часа работы дрейф нуля достигал 7°C. Проблема не в электронике, а в физике: тепловые потоки от ковша создают паразитные наводки, которые обычный фильтр не отсекает.

Кстати, про фильтры. Если взять типовой КИХ-фильтр для ИК-датчиков — получите задержку в 1.2 секунды. Для оператора конвертера это вечность, когда нужно ловить момент доводки по углероду. Мы в Tengyidianzi.ru специально разрабатывали каскад рекурсивных фильтров с переменной частотой среза.

Самое неприятное — когда заказчики требуют 'как у всех'. Но на Новолипецком МК мы доказали: наш гибридный алгоритм обработки пирометрических сигналов снижает вероятность ложного срабатывания на 68% compared с импортными аналогами. Хотя сначала главный энергетик скептически крутил у виска — мол, китайская электроника не для наших температур.

Архитектура процессора: от датчика до HMI

Сейчас используем трёхуровневую схему: аналоговый предусилитель с PGA 112 dB → изолированный АЦП ADI → FPGA Altera для первичной обработки. Критически важно сохранять raw data с пирометров хотя бы 5 секунд — потом это спасает при анализе аварийных ситуаций.

Вот живой пример: на ЭСПЦ Северстали перегрев футеровки определялся по производной температуры, а не по абсолютным значениям. Наш процессор считал тренд за 0.8 секунды — система успевала дать команду на снижение мощности печи.

Корпус — отдельная история. Даже IP67 не спасает от металлической пыли. Пришлось делать лабиринтные уплотнения с продувкой азотом. Дорабатывали уже на месте, после того как на 'Магнитке' два блока вышли из строя из-за окалины в разъёмах.

Калибровка в полевых условиях

Никакие лабораторные настроечные не заменят теста у разливочной машины. Мы всегда возим с собой переносную печь сопротивления ПЭ-100 — сверяем показания каждые 4 часа в первые сутки пуска.

Забавный случай: на одном из Уральских заводов технолог настаивал на калибровке по твёрдой стали. Но при 1520°C излучательная способность меняется скачком — пришлось на месте переписывать коэффициенты чёрного тела.

Сейчас в новых процессорах зашили автокалибровку по эталонному пирометру Luxtron. Но старые клиенты не спешат обновлять — привыкли к ручным корректировкам. Видимо, это вопрос доверия к автоматике.

Интеграция с АСУ ТП

PROFIBUS — до сих пор боль. Наши инженеры неделю разбирались с гальванической развязкой для преобразователей Siemens S7-400. Оказалось, проблема в экранировании витой пары — на длинных линиях до 200 метров наводились помехи от тиристорных приводов.

С OPC UA проще, но тут другая беда — IT-отделы заводов боятся открывать порты. Приходится подключаться через их же шлюзы, теряя 30-50 мс на передачу данных. Для системы непрерывного измерения это критично.

Кстати, наш софт для визуализации трендов изначально писали под Windows, но на 90% объектов стоит XP. Пришлось переходить на кроссплатформенное решение Qt — хоть и увеличило объем кода, зато работает даже на динозаврах от 2005 года.

Перспективы и ограничения технологии

Сейчас экспериментируем с компенсацией запотевания оптики — в зимний период конденсат искажает показания на 3-5%. Пробовали подогрев продуваемым воздухом, но это создаёт вибрации. Возможно, перейдём на Пельтье-элементы.

Нейросети для прогнозирования температурного поля — пока дорогая игрушка. Хотя на экспериментальном стане в Череповце наш прототип с TensorFlow Lite уменьшил колебания температуры в промежуточном ковше на 12%.

Главный барьер — не технологии, а менталитет. Сталевары с 30-летним стажем чаще доверяют своим глазам, чем 'железкам с мигающими лампочками'. Наш самый успешный проект внедрялся полгода — пока мастер участка лично не убедился, что процессор точно предсказал перегудовку футеровки.

Экономика против надёжности

Когда заказчик требует снизить цену на 15%, первым под нож идёт изоляция каналов. Потом удивляются, почему при работе дуговой печи показания скачут. Мы теперь показываем видео с осциллографом — как выглядит сигнал при импульсах 3000 А.

Реальный срок службы нашего процессора — 7 лет при круглосуточной работе. Но конкуренты обещают 10 лет — за счёт чего, если радиаторы охлаждения рассчитаны на 70°C, а в цехе бывает и 80°C? Приходится объяснять, что мы закладываем реальные, а не рекламные параметры.

Интересно, что европейские заводы готовы платить за диагностику по виброакустике — наш модуль анализа спектра добавили по просьбе ArcelorMittal. Российские же предприятия чаще просят 'упростить и удешевить'. Хотя в долгосрочной перспективе наша система окупается за 9 месяцев только за счёт снижения брака.