Устойчивость системы измерения температуры жидкой стали к электромагнитным помехам заводы

Когда говорят про устойчивость системы измерения температуры в условиях сталелитейного цеха, многие сразу думают про экранирование кабелей или фильтры. Но на практике всё сложнее — тут и дуговые печи, и мощные двигатели прокатных станов, и даже сварочные аппараты в ремонтных зонах создают такой фон, что стандартные решения просто не работают. Мы в ООО 'Шэньян Тэнъи Электроникс' с этим столкнулись ещё в 2018-м, когда на одном из уральских заводов термопара выдавала погрешность до 40°C при запуске кранового оборудования.

Почему классические датчики подводят

Большинство инфракрасных пирометров изначально проектировались для 'чистых' производств. В металлургии же их устанавливают рядом с трансформаторами или силовыми щитами — отсюда и наводки в диапазоне 50-1000 Гц. Помню, как на Челябинском меткомбинате мы неделю ловили помехи от частотных преобразователей: стрелка прибора плавала даже при стабильной температуре металла.

Инженеры тогда предлагали увеличить мощность излучателя, но это приводило к перегреву оптики. В итоге пришлось пересматривать всю схему заземления — и это только первый шаг. Кстати, медный экран здесь не всегда панацея: при высокочастотных помехах он сам становится антенной.

Сейчас мы в Тэнъи Электроникс для таких случаев разрабатываем двухканальные системы с цифровой фильтрацией. Не идеал, но уже даёт погрешность в пределах 2-3°C против прежних 15-20.

Особенности калибровки в 'шумной' среде

Калибровать оборудование прямо в цеху — отдельная история. Стандартные методики тут не работают, потому что ЭМ-фон постоянно меняется. Мы обычно делаем замеры в трёх режимах: при простое оборудования, во время плавки и при работе кранов — и выводим усреднённые поправочные коэффициенты.

Однажды на заводе 'Северсталь' пришлось отказаться от беспроводной передачи данных — слишком много сбоев. Вернулись к оптоволокну, хотя изначально это казалось избыточным решением. Зато теперь при монтаже всегда закладываем резервные каналы.

Интересно, что хуже всего ведут себя системы с аналоговым выходом 4-20 мА. Цифровые протоколы типа HART хоть как-то справляются, но требуют дополнительной изоляции. Мы в последних проектах используем только цифру с гальванической развязкой.

Кейс с КМК

На Кузнецком комбинате в 2021-м была характерная история: электромагнитные помехи от нового оборудования для внепечной обработки стали полностью 'глушили' показания. Пришлось разрабатывать индивидуальные фильтры нижних частот и менять расположение датчиков. Выяснилось, что расстояние в 1.5 метра от силовых кабелей снижает помехи на 60%.

Аппаратные решения и их ограничения

С ферритовыми кольцами на кабелях многие перестарались — они эффективны только до 200 МГц, а выше начинают резонировать. Мы тестировали десяток конфигураций и пришли к гибридной схеме: экранирование плюс активная компенсация.

Наш отдел разработки в ООО 'Шэньян Тэнъи Электроникс' сейчас экспериментирует с адаптивными фильтрами на ПЛИС. Пока сыровато, но уже видны преимущества перед аналоговой фильтрацией — особенно при импульсных помехах от тиристорных регуляторов.

Важный нюанс: при температурах выше 1600°C обычные материалы экранов деградируют слишком быстро. Приходится использовать спецсплавы, что удорожает систему на 15-20%, но даёт гарантию хотя бы на год стабильной работы.

Программные методы компенсации

Цифровая фильтрация — это не только КИХ-фильтры. Мы внедрили алгоритм на основе вейвлет-преобразования, который неплохо справляется с нестационарными помехами. Правда, требует мощного процессора — пришлось переходить на embedded-системы с ARM-архитектурой.

Самое сложное — отличить реальное изменение температуры от артефактов. Например, при скачке напряжения датчик может кратковременно показать рост на 50-70°C. Раньше мы просто усредняли показания, но это приводило к запаздыванию. Сейчас используем предиктивные алгоритмы — если соседние датчики не подтверждают скачок, данные маркируются как сомнительные.

На сайте tengyidianzi.ru мы как-раз выложили технические заметки про эту методику — правда, без конкретных формул, коммерческая тайна всё-таки.

Монтажные тонкости

Размещение датчиков — это 70% успеха. Раньше руководствовались только технологическими требованиями, теперь обязательно делаем ЭМ-карту цеха. Обнаружили, что в углах помещений часто образуются стоячие волны — там датчики работают хуже всего.

Кабельные трассы теперь прокладываем только в отдельных лотках, в идеале — под землёй. На Магнитогорском комбинате после перекладки кабелей в бетонные каналы помехи снизились на 80%. Дорого, но дешевле, чем постоянно перекалибровывать систему.

Ещё важный момент: соединения. Болтовые контакты со временем окисляются, создавая нелинейные искажения. Перешли на сварные и паяные соединения с защитой силиконовыми герметиками.

Перспективы и тупиковые направления

Пытались внедрить систему с WiFi — абсолютно бесперспективно в условиях цеха. Даже промышленные стандарты не выдерживают ЭМ-фон вблизи электропечей. Сейчас смотрим в сторону оптоволоконных систем, но там свои сложности с температурной стабильностью светодиодов.

Интересно, что иногда простейшие решения работают лучше высокотехнологичных. Например, на одном из заводов помогло банальное перемещение датчика на 30 см в сторону от силового кабеля — никакие дорогие фильтры не давали такого эффекта.

В ООО 'Шэньян Тэнъи Электроникс' сейчас основной упор делаем на комплексный подход: нельзя решить проблему только аппаратно или только программно. Нужно учитывать и особенности конкретного производства, и режимы работы оборудования, и даже сезонные изменения — зимой помехи часто усиливаются из-за отопления.

Если кому-то интересны детали — заходите на https://www.tengyidianzi.ru, там выкладываем практические кейсы. Только предупреждаю: готовых решений нет, каждый завод требует индивидуального подхода к обеспечению устойчивости системы измерения температуры жидкой стали.