Рис.1. Структурная схема управления скоростными режимами привода 
-той клети
Система предусматривает прямое цифровое, управление, цифровую индикацию основных параметров, сигнализацию о превышении заданными значениями установок допустимых пределов и т.п. Так как величина напряжения на общей шине ускорения зависит от заправочной скорости последней активной клети, системой предусматривается выбор клети, из схемы которой поступает код заданного значения заправочной скорости. В системе предусмотрен учет диаметра рабочих, валков с целью получения заданного значения напряжения на входе регулятора скорости привода клети, соответствующего требуемой линейной скорости рабочих валков. Изменения общей скорости стана без нарушения межклетевых соотношений скоростей обеспечивается специальным узлами, входящими в каждой клети. При одновременной подаче на все входы всех узлов команды «Ускорить» («Замедлить») аналоговые задания скорости преобразуются в пропорциональную им частоту. Полученные последовательности импульсов поступают на входы соответствующих накапливающих регистров. При этом мгновенные значения коэффициентов отношения заданных скоростей клетей не изменяются.
На рис. 2 представлена эквивалентная структурная схема узла задания скорости -той клети для рассматриваемого случая.
Рис. 2.Эквивалентная структурная схема узла задания скорости -той клети
Пусть 
- начальная заправочная скорость; 
- текущая заданная скорость при подаче команды «Ускорить».
Тогда
.
Решая уравнение, получим
.
Аналогично для любой другой клети
Отношение мгновенных значений постоянно и равно отношению начальных заданных значений:
.
Системы автоматического управления скоростными режимами предназначаются для дистанционного ручного и автоматического управления от УВМ.
§ 6. АВТОМАТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ НАТЯЖЕНИЕМ И ТОЛЩИНОЙ ПОЛОСЫ В ПРОЦЕССЕ ПРОКАТКИ
Системы автоматического управления и контроля размеров прокатываемой полосы используются практически на всех современных прокатных станах. Классическая схема саморегулирующей системы автоматического контроля размера полос представлена на рис. 3.
Рис. 3. Блок-схема системы автоматического контроля размера полосы:
1 – эталонные сигналы программирующего устройства; 2 – командный сигнал; 3 – нагрузка; 4 – скорость; 5 – величина зазора между валками; 6 – натяжения; 7 – исполнительный сигнал; 8 – отношение толщины полосы к диаметру валка; 9 – управляющие устройства; 10 – измерительные датчики; 11 – прокатная клеть
Система включает автоматический контроль, толщины полосы на входе и выходе из валков, натяжения полосы и скорости прокатки. Осуществляется непрерывный контроль этих величин, причем результаты замера передаются на управляющие устройства, настроенные таким образом, чтобы сохранять постоянную толщину полосы на выходе. Эталонные сигналы устанавливаются на основе практики прокатного производства.
Автоматическое регулирование натяжения полосы
Известно, что для обеспечения режима одновременной прокатки металла всеми клетями чистовой группы без утяжек и образования чрезмерных петель в межклетевых промежутках должно выполняться не только условие равенства секундных объемов металла, проходящих через клети, но и дополнительное условие, состоящее в том, что процесс непрерывной прокатки должен вестись с определенными значениями межклетевых натяжений.
Контроль величины этих натяжений осуществляется петледержателями, расположенными в межклетевых промежутках.
После захвата переднего конца полосы валками последующей клети из-за снижения их скорости в течение некоторого времени на участке между клетями может образоваться петля. После подъема петледержателя петле удается придать правильную форму и стабилизировать начальную стадию непрерывной прокатки. Затем, когда в полосе на участке между клетями возникает натяжение с помощью петледержателя, в зависимости от характеристики его привода осуществляется либо контроль величины натяжения в полосе, либо контроль размеров петли при заданном натяжении.
В процессе непрерывной прокатки межклетевые натяжения по различным причинам могут отклоняться от заданных значений. Одним из факторов, действующих на межклетевое натяжение при фиксированной траектории движения точек полосы, является изменение зазора между валками последующей клети или толщины полосы на входе в ее валки. Поэтому автоматическое регулирование толщины полосы при фиксированной траектории ее точек оказывает сильные, возмущения на межклетевые натяжения. В связи с этим система автоматического регулирования межклетевых натяжений, как правило, служит необходимым дополнением к системе автоматического регулирования толщины полос.
Автоматическое регулирование петли и межклетевого натяжения обеспечивает устойчивую прокатку при различных возмущениях, обусловленных как изменением технологических параметров, так и изменением режимов чистовой группы.
Система автоматического регулирования натяжения полосы (САРН) позволяет уменьшить допуски по ширине полосы, создает условия для нормальной работы системы автоматического регулирования толщины полосы (САРТ) и существенно облегчает управление чистовой группой клетей.
Основные требования к петледержателям — малые потери на трение и высокая динамичность. На современных станах регулирование межклетевых натяжений обеспечивается в основном «безразличными» или астатическими петледержателями.
Применение астатических петледержателей позволяет свести задачу стабилизации межклетевого натяжения в чистовой группе клетей к задаче удержания петледержателя в той зоне углов подъема, в которой натяжение не зависит от угла.
Однако сложность систем приводов астатических петледержателей и необходимость перестраивать их параметры при переходе на прокатку нового сортамента привели к разработке более простых способов стабилизации межклетевых натяжений в чистовой группе клетей. Одним из них является автоматическое регулирование межклетевых натяжений при измерении этих натяжений с помощью ролика, поднятого над уровнем прокатки, и силоизмерительного датчика.
Проблемой регулирования натяжения успешно занимаются Институт автоматики, ВНИИэлектропривод, Тяжпромэлектропроект и другие организации. Разработана система автоматического регулирования натяжения полосы в межклетевых промежутках, допускающая автоматическую настройку от УВМ и оптимизацию процесса. В работе системы участвуют петледержатели и главные привода клетей. Система предусматривает ввод установок вручную от оператора и автоматически от УВМ. УВМ выдает установки по полному натяжению и массе полосы в каждом межклетевом промежутке. В системе предусмотрена корректировка коэффициента усиления системы по каналу регулирования петли от УВМ.
Автоматическое регулирование толщины полосы.
Одним из основных показателей качества горячекатаной полосы является продольная толщина.
Применение систем автоматического регулирования толщины (САРТ) на непрерывных станах горячей прокатки значительно увеличивает точность размеров готового проката, что обеспечивает экономное использованье его у потребителей. Высокая точность необходима и для подката, поступающего со стана горячей прокатки в цех холодной прокатки. В этом случае значительней упрощается структура САРТ для станов холодной прокатки, улучшаются условия стыковой сварки в непрерывном травильном агрегате и уменьшается возможность разрывов при прокатке. При прокатке полос в непрерывной чистовой группе действует много возмущающих факторов, влияющих на изменение толщины готовой полосы. В силу наличия возмущений давление металла на валки в процессе прокатки колеблется и действие этих колебаний на изменение толщины существенно.
Современные системы регулирования толщины полосы разрабатываются с таким расчетом, чтобы в максимальной степени устранить изменения толщины полосы вызываемые возмущениями. Регулирование толщины осуществляется перемещением нажимных винтов чистовых клетей.
Переход на прокатку нового профиля осуществляется специальной системой дистанционной перестройки, управляемой от УВМ, которая производит установку положения нажимных винтов и скорости вращения валков, а в ряде случаев задает установки регуляторам толщины по клетям и величины межклетевых натяжений. Первые метры полосы прокатываются при этой настройке, а затем вступает в работу САРТ, которая во взаимодействии с регуляторами скорости главных приводов и САРН исправляет возможные ошибки предварительной настройки и устраняет образующиеся в процессе дальнейшей прокатки отклонения толщины от заданного размера. Предварительная настройка является важным начальным этапом работы стана и системы автоматического регулирования толщины полосы.
При автоматическом регулировании толщины полос важное значение имеет метод измерения регулируемого параметра, т.е. толщины полосы. Для измерения толщины прокатываемых полос применяются косвенный метод и прямодействующие регуляторы, работающие в функции непосредственного измерения толщины полосы рентгеновским микрометром.
Косвенный, метод (Симса — Головина) основан на том, что зазор между рабочими валками и толщина полосы, вышедшей из зазора, с высокой степенью точности совпадают до величине. В свою очередь зазор между валками определяется положением нажимных винтов и упругими деформациями конструктивных элементов клети под действием давления металла на валки.
Толщина прокатываемой полосы согласно формуле Симса — Головина определяется уравнением
,
где
- толщина полосы на выходе m клети;
- зазор между ненагруженным валками;
- усилие прокатки;
- модуль клети.
Усилие прокатки (давление металла на валки при прокатке) определяется с помощью датчиков давления (месдоз). Величина сигнала, пропорциональная положению нажимных винтов, выдается в систему регулирования от датчиков положения нажимных винтов.
Блок-схема косвенного регулятора приведена рис. 4. При отклонении толщины от заданной величины с датчика давления поступает сигнал на нажимные винты для устранения ошибки. Изменение усилия прокатки не является мерой изменения абсолютной величины толщины полосы, но дает представление об отклонении толщины от заданной величины.
Рис. 4. Блок-схема косвенного регулятора толщины:
1 – задание толщины; 2 – датчик положения нажимных винтов; 3 – управление нажимными винтами; 4 – схема логики; 5 – датчик давления металла на валки
При изменении программы прокатки требуется изменение задания для системы, так как в действительности формула Симса - Головина является нелинейной и может быть линеаризована в достаточно узком диапазоне изменения толщины и давления.
Для более точной работы системы регулирования меняется перестройка регулятора толщины при изменении прокатываемого, сортамента.
Основным преимуществом косвенного измерения толщины полосы являются отсутствие транспортного запаздывания при измерении. Недостатком этого метода является не всегда высокая точность и стабильность измерений. Поэтому, кроме косвенных регуляторов толщины, применяется еще прямое регулирование, обеспечивающее компенсацию погрешностей, имеющих местом от работы косвенных регуляторов толщины. Прямое регулирование производится в функции сигнала с рентгёновского толщиномера, устанавливаемого за последней клетью непрерывной группы. Недостаток прямого регулирования заключается в наличии транспортного запаздывания сигнала от толщиномера. Это запаздывание времени пропорционально расстоянию установки микрометра от последней клети и обратно пропорционально скорости прокатки полосы. Вследствие этого основное регулирование толщины полосы производится системами косвенного регулирования.
Для более равномерного распределения нагрузок на стане регулирование толщины производится одновременно в четырех - шести клетях.
Одна из применяемых структурных схем регулятора толщины представлена на рис. 5. Все клети чистовой группы снабжены косвенными регуляторами толщины. Исполнительными органами, изменяющими обжатия по клетям в процессе регулирования, являются нажимные устройства. Прямое регулирование в функции изменения толщины на выходе из последней клети имеет два канала - быстродействующий пропорционально-интегральный, воздействующий на нажимное устройство последней клети, и относительно медленно действующий интегральный канал, производящий перестройку обжатий по всем клетям чистовой группы, кроме последней.
Рис. 5. Структурная схема регулятора толщины:
1 – система управления положением нажимных винтов; 2 – система управления нажимными винтами; 3 – регулятор скорости; 4 – импульсный преобразователь положения; 5 – месдоза; 6 – усилитель толщиномера; 7 – установка нуля; 8 – рентгеновский микрометр
Качество работы САРТ в значительной мере зависит от постоянства межклетевых натяжений, регулируемых САРН.
В качестве примера рассмотрим систему автоматического регулирования толщины полосы, разработанную Институтом автоматики.
Система предназначена для регулирования абсолютной (заданной) толщины полосы на выходе чистовой группы клетей. В качестве исполнительных элементов в системе используются электромеханические нажимные устройства. Конструктивно система выполнена на унифицированных блоках УБСР, что упрощает обслуживание и повышает работоспособность.
САРТ состоит из локальных регуляторов с косвенным измерением толщины, число которых равно числу клетей чистовой группы, устройств автоматической коррекции абсолютной толщины по показаниям рентгеновского измерителя толщины (РИТ), компенсации эффекта всплывания валков, вызванного переменной скоростью прокатки, коррекции толщины по температуре полосы на входе в чистовую группу, пультов управления и датчиков.
САРТ действует совместно с САРН, системой автоматического управления скоростным режимом прокатки и системами электрической синхронизации нажимных винтов. Функциональная схема САРТ приведена рис. 6. CAPT выполняет следующие функции:
а) автоматическое запоминание установок, задаваемое оператором или УВМ;
б) автоматическую настройку на первой полосе каждой программы на заданную (номинальную) толщину;
в) автоматическое поддержание заданной первоначальной толщины в каждой клети;
г) автоматическую коррекцию установок регуляторов по толщине полос каждой клети;
д) автоматическую коррекцию уставок регуляторов по толщине в клетях в функции переменной скорости полосы на выходе из чистовой группы клетей для учета изменения масляной пленки;
е) автоматическую дискретную коррекцию выход толщины по показаниям РИТ на выходе и ФЭП на входе в чистовую группу клетей;
ж) фильтрацию влияния эксцентриситета на всех рабочих уровнях давления с изменяемой зоной нечувствительности;
з) автоматическое ограничение работы отдельных регуляторов и системы в целом в заданных пределах;
и) автоматическую коррекцию толщины конца полосы по жесткой программе.
Рис. 6. Функциональная схема бесконтактной системы автоматического регулирования толщины полосы:
ДВ – двигатели нажимных винтов; СУД – система управления двигателями нажимных винтов; ДП – датчик положения нажимных винтов; РИТ – рентгеновский измеритель толщины; ФЭП – фотоэлектрический пирометр; РТ – регулятор толщины; ДУП – датчик усиления прокатки; УИУ – устройство измерения усиления прокатки; ФР - фотореле
Уставками системы являются положения нажимных винтов (раствор ненагруженных валков), задаваемые системой дистанционной перестройки (СДП), и усилия прокатки (упругая деформация клетей), запоминаемые в моменты входа полосы в клети. Поскольку программирование установок сопряжено со значительными вычислениями, применен принцип самонастройки САРТ на первой полосе по показаниям РИТ.
САРТ действует по следующему принципу: нажимные устройства с помощью СДП устанавливаются в данное положение с учетом упругой деформации клетей. Фактические положения нажимных винтов всех клетей запоминаются. Для первой полосы эти величины являются уставками.
В момент прохождения первой полосы программы под ФЭП с помощью фотореле включается устройство коррекции по температуре и запоминает температуру переднего конца полосы, которая является установкой устройства коррекции.
В момент прохождения переднего конца первой полосы в клетях запоминается начальное значение прокатки как уставки для регуляторов толщины, автоматически поддерживающих толщину полосы в клетях равную сумме заданного раствора валков и упругой деформации клети.
При прохождении переднего конца полосы под РИТ включается устройство коррекции по толщине. Измеряется разнотолщинность полосы на заданном отрезке. На следующем участке толщина корректируется прижимными винтами клетей в функции сигналов системы автоматической коррекции по толщине (САКТ).
Если ошибка по толщине из-за неправильной настройки чистовой группы достаточно велика, регуляторы автоматически включаются в режим настройки в паузе прокатки. При этом сигнал коррекции (ошибки по толщине) перестраивает регуляторы на работу с новой уставкой по положению нажимных винтов, после чего сигнал ошибки по толщине из памяти САКТ стирается. При незначительной ошибке по толщине САКТ выдает сигналы в регуляторы без их перестройки.
Температурная коррекция вводится в регуляторы при отличии температуры передних концов полос от температуры переднего конца первой полосы той же программы, принимаемой за эталон.
Коррекция по температуре и обжатие заднего конца полосы по жесткой программе уменьшают динамическую погрешность регулятора на участках полосы, где скорость естественного изменения толщины велика.
Обжатие заднего конца полосы предусматривается для всех клетей, кроме первой. В заданной клети оно включается в момент выхода полосы из предшествующей 
-той клети либо при выходе- полосы из 
-й клети.
Предусмотрена возможность изменять степень обжатия концов полосы, степень компенсации разнотолщинности, величину ограничения изменения усилия прокатки при автоматическом регулировании и т. д.
Задание толщины полосы в регулятор выполняется в виде двух уставок:
,
где
— уставка раствора ненагруженных валков;
— уставка упругой деформации клети (модуль упругой деформации 
задается).
В регуляторе толщины сравниваются приращения раствора ненагруженных валков и приращение упругой реформации клети:
,
где
— действующее значение толщины полосы;
— действующее значение положения нажимных винтов;
— действительное значение упругой деформации клети;
— изменение положения нажимных винтов при работе регулятора;
— изменение упругой деформации при работе регулятора.
Регулятор толщины компенсирует все возмущения, поступающие со стороны полосы.
Сигнал отклонения толщины полосы 
через регулятор действует на электропривод нажимных винтов, который изменяет раствор валков для уменьшения .
Метод косвенного измерения толщины не позволяет правильно учитывать возмущения, связанные с эксцентриситетом, износом и нагревом валков, а также с изменением модуля упругости клети, поэтому регулятор отрабатывает их неверно. Проявление этих возмущений может быть скомпенсировано (за исключением возмущений от эксцентриситета валков) введением в регулятор толщины соответствующих корректирующих сигналов. Влияние эксцентриситета ограничивается специальным фильтром.
В общем случае с учетом корректирующих сигналов
,
где
— корректирующие сигналы.
Регулятор толщины полосы одной клети представлен на рис. 7. Система автоматической коррекции толщины (САКТ) полосы по показаниям РИТ (рис. 8) и скорости прокатки предназначена для устранения отклонения средней толщины полосы от номинального значения. Она корректирует настройку регуляторов при изменении параметров стана (нагрев и износ валков, неточность настройки) и компенсирует скоростную ошибку в толщине полосы, связанную с изменением толщины смазочной пленки в подшипниках опорных валков при работе стана с переменной скоростью.
Рис. 7. Регулятор толщины полосы одной клети
Рис. 8. Функциональная схема коррекции по показаниям рентгеновского измерителя толщины
Сигнал среднего отклонения толщины от номинального значения на определенном участке полосы запоминается, усиливается и распределяется между регуляторами клетей путем умножения на соответствующие для каждого регулятора масштабные коэффициенты. При этом изменяются уставки, заданные регулятором, и происходит корректировка толщины полосы.
Для предотвращения отклонений толщины полосы на начальном участке при изменении температуры ее переднего конца от заданного значения предназначено устройство коррекции по температуре. Принцип его работы заключается в запоминании температуры переднего конца первой полосы программы, принимаемой за эталон, сравнении с ней температуры переднего конца каждой последующей полосы и распределении во время пауз по регуляторам сигнала отклонения температуры от эталонного для корректировки начального положения нажимных винтов.
Для повышения эффективности работы САРТ должны иметь хорошую стыковку с УВМ.
§ 7. АВТОМАТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРОЙ ПОЛОСЫ
Качественные показатели полосы в значительной степени определяются скоростью ее охлаждения на отводящем рольганге после прокатки перед смоткой в рулон и температурой полосы при смотке. Требуемые механические свойства полосы без дополнительной термообработки можно получить поддержанием заданной температуры конца прокатки и необходимого режима охлаждения полосы. Температура конца прокатки является важным фактором и для данного сорта металла должна поддерживаться на определенном уровне с минимальными отклонениями.
Не менее важными являются необходимость охлаждения полосы перед ее смоткой на моталку и поддержание температуры смотки на заданном уровне. Сматывание полосы в рулон при более высокой температуре может привести к самоотжигу металла и росту ферритных зерен.
Внешние витки рулона охлаждаются быстрее внутренних и поэтому задний конец полосы должен охлаждаться меньше с тем, чтобы он поступал на моталку с более высокой температурой, чем передний.
Таким образом, физические свойства готовой полосы зависят как от температуры конца прокатки, так и он температуры, при которой она сматывается в рулон.
Скоростные режимы прокатки имеют прямую связь с обеспечением заданных температур полосы.
Необходимость поддержания определенного температурного режима полосы является основным фактором, сдерживающим увеличение средней скорости прокатки и производительности на непрерывных широкополосных станах. Скорость прокатки выбирается с таким расчетом, чтобы температура полосы, выходящая из чистовой группы клетей, была в пределах желаемого диапазона температур. Температура конца прокатки при постоянной скорости выхода металла из последней клети чистовой группы является практически линейной функцией времени. Близка к линейной функции и зависимость от времени скорости прокатки, обеспечивающей постоянство температуры конца прокатки.
Управление температурой конца прокатки решает две основные задачи:
1) выбирает величину заправочной скорости чистовой группы клетей таким образом, чтобы передний конец полосы вышел из последней клети при заданной температуре;
2) поддерживает заданную температуру в процессе прокатки всей полосы постепенным повышением скорости клетей чистовой группы.
Система управления температурой конца прокатки работает в функции только одного параметра — температуры полосы на выходе из последней клети стана.
Заданную температуру конца прокатки определяют по уравнению
, (10)
где
— температура полосы на входе в чистовую группу клетей;
— скорость выхода металла из последней клети чистовой группы.
Здесь коэффициенты 
и 
определены как частные производные температуры конца прокатки по температуре подката перед чистовой группой клетей и по заправочной скорости.
Коэффициенты и определяются сортаментом прокатываемых полос, а коэффициент 
корректируется в зависимости от конкретных условий прокатки по сигналам обратных связей.
Уравнение (10) при записи в операторной форме имеет вид:
, (11)
где
—время транспортного запаздывания (время движения точки полосы через стан).
Время транспортного запаздывания определяется формулой
, (12)
где
— расстояние между осями клетей чистовой группы;
—число клетей чистовой группы;
—толщина прокатанной полосы;
— толщина полосы, выходящей из -той клети;
— скорость прокатки.
Уравнение (10) позволяет определить при известной температуре подката на входе в чистовую группу клетей необходимую заправочную скорость для получения заданной температуры переднего конца полосы на выходе из последней клети чистовой группы.
Значение заправочной скорости предварительно может быть найдено из расчетного значения температуры подката при поступлении в чистовую группу клетей. Найденная таким образом заправочная скорость может автоматически корректироваться в зависимости от отклонения входной температуры подката от расчетного значения.
Дата добавления: 2015-08-28; просмотров: 309 | Нарушение авторских прав
| <== предыдущая лекция | | | следующая лекция ==> |