Величина корректирующего изменения заправочной скорости определяется по выражению
. (13)
Величины заправочных скоростей и ускорений чистовой группы клетей определяются не только температурой подката, но и толщиной готовой полосы.
Заправочные скорости и ускорения для полос различного сортамента меняются в достаточно широких пределах и находятся в сложной функциональной зависимости от толщины готовой полосы. Поэтому при перестройке стана на новый сортамент целесообразно централизованно от УВМ задавать наряду с заданиями на настройку других параметров заправочные скорости и температуры конца прокатки.
Ускоренное охлаждение применяется в случаях, когда необходимо воздействовать на структуру и свойства металла, управлять образованием окалины и облегчать обработку поверхности полосы перед нанесением различных покрытий. Ускоренное охлаждение способствует изменению зерна феррита и увеличивает количество перлита, что обусловливает повышение прочностных характеристик и ударной вязкости.
Скорость охлаждения полосы на отводящем рольганге и температура ее смотки в рулон задаются для каждой марки стали отдельно с учетом назначения проката и достигаются с помощью специальных устройств ускоренного охлаждения.
В условиях изменяющейся скорости для регулирования температуры смотки полосы в рулон скорость охлаждения должна изменяться на том участке отводящею рольганга, где происходит охлаждение полосы за счет передачи тепла между полосой и охлаждающей жидкостью, подаваемой душирующей установкой. Схема отводящего рольганга с душирующей установкой показана на рис. 9.
Рис. 9. Схема отводящего рольганга с душирующими установками:
РИТ – рентгеновский измеритель толщины; ФЭП – фотоэлектрический пирометр
Скорость охлаждения зависит от количества, температуры, степени очистки и скорости подачи воды, типа форсунок и сопел, мощности и состояния струи, расстояния между соплами и полосой, времени контакта полосы с водой и др.
При регулировании охлаждения полосы используется большое число коллекторов, сгруппированных по секциям, включаемым или выключаемым с целью изменения количества подаваемой воды. Существенным фактором является теплопередача от полосы к охлаждающей воде.
Воздушное охлаждение каждого элементарного участка полосы происходит на участке между последней чистовой клетью и душирующей установкой, а также на участке после душирующей установки до моталки. Падение температуры полосы в результате воздушного охлаждения практически линейно зависит от продолжительности охлаждения.
Процесс охлаждения каждого элементарного участка полосы на отводящем рольганге может быть описан следующей системой уравнений:
(14) (14)
где
— падение температуры полосы в результате прокатки;
— регрессионные коэффициенты;
— падение температуры полосы в результате воздушного охлаждения;
— падение температуры полосы в результате водяного охлаждения;
— коэффициент, характеризующий скорость охлаждения полосы на воздухе;
— время воздушного охлаждения на участке между последней чистовой клетью и душирующей установкой;
— время воздушного охлаждения на участке между душирующей установкой и моталкой;
— количество тепла, отводимое метром охлаждающей воды;
— количество воды на единицу площади полосы;
— удельный вес стали;
— средняя удельная теплоемкость стали при 550—950° С;
— толщина полосы;
— средний удельный расход охлаждающей воды на единицу поверхности, перекрываемой душирующей установкой;
— время движения элементарного участка полосы через душирующую установку.
Время находят из уравнения
, (15)
где
— скорость элементарного участка полосы во время движения через душирующее устройство;
— длина душирующей установки.
Система уравнений (14) позволяет определить алгоритм автоматического регулирования температуры смотки полосы.
Разбивка душирующей установки на ряд секций с независимым регулированием расхода воды каждой секцией дает возможность практически обеспечить заданный расход воды на каждый участок полосы по мере его продвижения через душирующую установку. В связи с указанным, последнее уравнение в системе (14) можно записать в следующем виде:
, (16)
где
— заданный удельный расход воды для данного участка полосы.
При указанных условиях задача обеспечения заданной температуры смотки полосы в рулон сводится к нахождению заданного удельного расхода воды на каждый участок полосы, исходя из его температуры и времени движения по отводящему рольгангу.
Решая систему (14) относительно удельного расхода воды, после замены последнего уравнения выражением (16), получим
. (17)
Величины 
и относятся к переменным и подлежат определению до подхода данного участка полосы к душирующей установке. Остальные величины являются постоянными для данного сортамента прокатываемых полос.
Падение температуры данного участка полосы за время движения по отводящему рольгангу находится как разность между температурой, измеренной фотопирометром за последней клетью чистовой группы, и заданной температурой смотки полосы в рулон. Поскольку последняя температура измеряется фотопирометром в конце отводящего рольганга, ее значение должно быть увеличено на величину падения температуры от этого фотопирометра до моталки.
В связи с указанным, время воздушного охлаждения данного участка полосы должно быть определено при его движении по участкам 
и 
(рис. 9).
Для прогнозирования времени движения данного участка полосы по отдельным участкам отводящего рольганга можно использовать скорость полосы в данный момент и ее ускорение.
Время движения данного участка полосы по первому участку воздушного охлаждения определяют по формуле
, (18)
где
— скорость прокатки в последней чистовой клети в момент начала вычислений по формуле (17);
— ускорение полосы в момент начала вычислений.
Время движения участка полосы через душирующую установку можно определить по формуле
. (19)
Время движения участка полосы по второму участку воздушного охлаждения определяют по формуле
. (20)
По найденным переменным величинам для данного участка полосы, находящегося под первым фотопирометром, вычислительное устройство определяет заданный удельный расход охлаждающей воды и передает его в систему сопровождения, которая, работая в функции длины прокатанной полосы, обеспечивает по мере продвижения данного участка полосы через душирующую установку требуемый для него расход охлаждающей воды.
После попадания данного участка полосы под второй фотопирометр, измеряющий температуру смотки полосы в рулон, в случае отклонения этой температуры от заданного значения сигнал отклонения используется для коррекции величины удельного тепла, отбираемого литром охлаждающей воды.
Вычисления необходимых расходов воды для участков полосы производятся на основе исходных данных (регрессионные коэффициенты, коэффициент, характеризующий скорость охлаждения полосы на воздушных участках, толщина полосы, количество тепла, отводимое литром воды), введенных в вычислительное устройство, а также скорости прокатки, ускорения чистовой группы клетей и показаний фотопирометров.
Исходные данные выдаются системой дистанционной перестройки стана при переходе на новый сортамент. Такие постоянные, как плотность материала полосы, теплоемкость, площадь, орошаемая каждой секцией, и некоторые другие заложены в память вычислительного устройства постоянно.
При изменении числа работающих секций должны изменяться исходные данные, введенные в вычислительное устройство.
Таким образом, система управления температурой полосы фактически состоит из двух автономных систем, которые могут работать независимо или взаимосвязанно.
При одновременной взаимосвязанной работе системы управления температурой конца прокатки и системы управления температурой полосы при смотке в рулон результаты управления улучшаются, так как представляется возможность уменьшить возмущения, создаваемые системами при раздельном их функционировании.
При автоматизации процесса ускоренного охлаждении полосы применяют программное управление душирующими установками и автоматическое управление с помощью аналоговых устройств или УВМ.
Применяются комбинированные системы управления процессом ускоренного охлаждения, являющиеся параллельной комбинацией аналоговой и цифровой вычислительных машин, а также системы управления душированием, в которых локальной системой управляет центральная УВМ прокатного стана.
Многие существующие системы управления процессом ускоренного охлаждения предусматривают регулирование лишь одного параметра — температуры смотки полосы.
Однако более эффективны системы, предназначенные для управления как температурой смотки полосы, так и скоростью ее охлаждения. При этом заданная температура смотки определяет длину участка ускоренного охлаждения, а требуемая скорость охлаждения в общем случае определяет расход охлаждающей воды секциями душирующей установки.
Хорошее управление температурой полосы может быть обеспечено с помощью УВМ, работающей в режиме прямого цифрового управления.
С точки зрения управления посредством УВМ регулирование температуры полосы вызывает необходимость использования математических моделей. Например, математическая модель, используемая при управлении режимом охлаждения полосы, базируется на уравнениях, описывающих течение действительных физических процессов охлаждения полосы за счет радиации, а также за счет теплопроводности.
Вопросами автоматизации управления температурой полосы непрерывных прокатных станов занимаются ВНИИчермет, ВНИИметмаш, Институт автоматики, Львовский политехнический институт и другие организации.
На рис. 10 представлена блок-схема адаптивной системы управления температурой полосы при сматывании в рулон, разработанная Львовским политехническим институтом и Институтом автоматики на основе математической модели процесса охлаждения, описываемого дифференциальным уравнением теплопроводности:
Рис. 10. Блок-схема системы автоматического управления температурой полосы при сматывании в рулон:
- температура конца прокатки; 
- температура сматывания полосы в рулон; 
- заданная температура; 
- скорость движения полосы по рольгангу; 
- толщина полосы; 
- отклонение расчетной температуры конца охлаждения от заданного значения; 
- охлаждающая способность секции; 
- полное время охлаждения
,
где
—удельная теплоемкость;
— плотность;
— коэффициент теплопроводности;
— координата;
—время;
— температура.
Модель охлаждения полосы на основании информации от блока датчиков определяет с упреждением температуру конца охлаждения, сравнивает с заданной и подает рассогласование на вычислительное устройство.
Вычислительное устройство определяет корректирующую охлаждающую способность на основе упреждающего рассогласования и количество включаемых секций и зависимости от действительной ошибки регулирования.
Синхронизирующее устройство совместно с генератором импульсов управляет включением секций и коммутацией вычислительного устройства, модели и блока памяти температуры конца прокатки.
Исполнительное устройство включает секции охлаждения по командам синхронизирующего устройства.
Секции охлаждения, за исключением корректирующих, включаются последовательно от начала участка охлаждения.
Генератор импульсов ГИ состоит из интегратора, выдающего напряжение, пропорциональное расстоянию L, пройденному полосой при скорости , компаратора, сравнивающего значение 
с величиной единичного отрезка 
, и задерживающей цепочки, возвращающей интегратор в исходное положение.
§ 8. АВТОМАТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЛЕТУЧИМИ НОЖНИЦАМИ
Летучие ножницы и пилы представляют собой характерный пример современной машины, в которой механизм, системы электропривода и управления составляют единый комплекс.
В настоящее время созданы летучие ножницы и пилы, обеспечивающие разрезание на ходу всех основных видов проката.
Постоянно повышаются динамические показатели конструкций с наиболее рациональными режимами работы основных механизмов реза.
Возрастание мощностей приводных двигателей механизмов резки движущегося проката определяется ростом скоростей прокатки, сечений и прочностных данных металла.
На ряде непрерывных прокатных станов для разрезания движущегося металла на мерные длины могут применяться летучие ножницы с электрическим выравниванием скоростей.
При скорости ножниц, равной скорости движущегося металла, отрезаемая длина минимальна и равна длине траектории ножей за один оборот ножниц.
Для получения больших длин скорость ножниц в период между резами снижается, и длина отрезков металла будет тем больше, чем больше рассогласование пути ножей и металла за промежуток времени между резями 
:
, (21)
где
— длина траектории ножей за один оборот;
— рассогласование пути.
Из уравнения (21) получим
.
Здесь 
— разность угловых перемещений ножей и связанного с металлом задающего устройства (следящие ролики и т. п.).
Величину рассогласования можно задавать заранее при помощи программного устройства, и задача получения требуемой мерной длины может быть сведена к задаче отработки соответствующего углового рассогласования. В этом случае облегчается программирование, а характер переходных процессов будет определяться только структурой и параметрами системы следящего электропривода, отрабатывающей заданное заранее рассогласование.
Основным элементом в системе управления летучих ножниц, работающих в режиме запусков на каждый рез, является узел, определяющий момент запуска ножниц и обеспечивающий управление приводом в процессе разгона.
Запуск летучих ножниц на рез может производиться по команде от вычислительного устройства, содержащего счетчики перемещения полосы, положения ножей и схему совпадения. Для установки ножниц в исходное положение используются следящие системы, включаемые в работу в зоне, близкой к исходному положению.
Дальнейшее развитие получили системы управления ножницами, работающими в режиме непрерывного вращения.
Для синхронизации скоростей летучих ножниц и движущегося проката применяются схемы, обеспечивающие необходимую точность синхронизации.
Успешно применяются для летучих ножниц аналоговые, числоаналоговые и дискретные системы управления, включающие вычислительные устройства или УВМ. В частности, УВМ рассчитывают длину отрезаемого конца полосы в зависимости от скорости движения металла и перегрузок привода с точки зрения требуемого ускорения ножниц.
На рис. 11 приведена обобщенная функциональная схема системы управления летучими ножницами кривошипно-шатунного типа с безредукторным приводом, которая по принципу действия относится к классу позиционных систем управления. Ее задача состоит в обеспечении соответствия положения ножей и проката лишь в одной точке — в положении реза. Поэтому она выполнена как система подчиненного регулирования положения и содержит три последовательно включенных контура регулирования: тока, скорости и положения.
Рис. 11. Функциональная схема системы управления летучими ножницами
Питание двухъякорного электродвигателя ножниц осуществляется от тиристорных преобразовательных агрегатов.
Система управления выполнена с аналоговым регулированием тока и скорости вращения и число-аналоговым регулированием положения, что объясняется высокими требованиями к точности раскроя проката.
Как видно из рис. 11, система управления состоит из десяти функциональных подсистем. Толстой сплошной линией показана числовая информация, толстой пунктирной линией — импульсная информация, двойной линией — аналоговая информация о регулируемых параметрах. Тонкими линиями изображены командные сигналы управления, а тонким пунктиром — цепи питания.
В подсистему преобразования заданной длины из подсистем задания мерной длины и длины переднего конца поступают информация 
о мерной длине и информация 
о сумме расстояния до фотореле индикации переднего конца металла и длины переднего конца.
В подсистеме преобразования заданной длины масштаб информации о заданной длине приводится к масштабу информации о положении ножей путем умножения на коэффициент масштабирования заданной длины 
.
Приведенная информация о заданной длине 
поступает в подсистему регулирования положения, куда из подсистемы задания длины и скорости проката поступает также информация о длине проката 
, частота которой приведена к частоте информации о положении ножей коэффициентом масштабирования длины проката 
. Коэффициент 
учитывает изменение диаметра следящих роликов.
На основании этой информации и информации о положении ножей подсистема регулирования положения вырабатывает информацию о рассогласовании по положению , которая поступает в подсистему регулирования скорости и тока двигателя.
В эту же систему поступает информация о синхронной скорости 
из подсистемы задания длины и скорости проката.
Из подсистемы регулирования положения в подсистему регулирования скорости и тока двигателя поступает также аналоговая информация о скорости вращения ножей 
.
Подсистема командного управления управляет всеми названными подсистемами и обеспечивает переключение каналов передачи числовой, импульсной и аналоговой информации, пуск и остановку привода ножниц, избирание режимов работы и т. п. Она связана с подсистемой задания числа резов, которая вырабатывает сигналы переключения каналов передачи числовой информации о мерной длине .
§ 9. АВТОМАТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ ДИСТАНЦИОННОЙ ПЕРЕСТРОЙКИ СТАНА
Практический смысл расчета начальной настройки непрерывного стана горячей прокатки заключается в том, что он формирует стратегию управления отдельными установками и механизмами, исходя из общей цели оптимального управления всем станом. При этом для участка печей будет сформировано значение температуры нагрева слябов данного сортамента, для черновой группы — значение температуры подката и вытяжки, для чистовой — значение скорости и вытяжки, для черновой и чистовой групп вместе — оптимальное распределение вытяжек между ними, для душирующей установки — значение расхода воды и длины включенных секций и т. п.
Многообразие выполняемых подсистемой начальной настройки задач требует создания ряда алгоритмов, выполняющих все требуемые от подсистемы функции настройки стана.
Основные этапы процесса настройки стана:
а) поиск и выбор программы прокатки;
б) расчет уставок настройки;
в) передача уставок настройки в локальные системы;
г) контроль отработки уставок;
д) введение необходимых поправок в программу прокатки.
Алгоритм начальной настройки стана является центральной частью алгоритма управления станом в целом (рис. 12).
Рис. 12. Структура алгоритма управления непрерывным станом горячей прокатки
Четыре локальных алгоритма управления — для черновой и чистовой групп клетей, душирующей установки и моталок — представляются как алгоритмы коррекции начальной настройки. Локальный алгоритм черновой группы решает также задачу формирования ширины полосы. Коррекция начальной настройки реализуется на основании информации датчиков, собираемой алгоритмом сбора информации. Уставки, рассчитанные алгоритмом начальной настройки или скорректированные алгоритмами коррекции, передаются на объект алгоритмом передачи уставок. Взаимодействие составных частей алгоритма организуется алгоритмом-диспетчером.
В системе управления, реализующей алгоритм (рис. 12), в основном используется непрямое управление по иерархическому принципу.
Нижний уровень иерархии составляют локальные системы, а верхний — управляющий вычислительный комплекс, система дистанционной перестройки и технолог-оператор (рис. 13). Возможны и многопроцессорные варианты УВК с реализацией перестройки на основе прямого цифрового управления. Задание на перестройку механизмов стана вводится в систему дистанционной перестройки вручную с пультов управления либо автоматически от УВК высшего иерархического уровня.
Рис. 13. Система дистанционной перестройки в общей структуре АСУ непрерывным станом горячей прокатки:
СДП — система дистанционной перестройки; САРСК — система автоматического регулирования скорости клетей; САУС — система автоматического управления скоростным режимом; САРН — система автоматического регулирования натяжения полосы; САРТ — система автоматического регулирования толщины полосы; САРТР — система автоматического регулирования теплового режима печей; САУО — система автоматического управления охлаждением полосы; САРНМ — система автоматического регулирования натяжения полосы в моталках; САРСМ — система автоматического регулирования скорости моталок
В локальные системы печей, где технологический процесс протекает медленно, управляющие воздействия от УВМ передаются непосредственно. В локальные системы черновой и чистовой групп клетей, душирующей установки и моталок, где технологический процесс протекает быстро, управляющие воздействия передаются через систему дистанционной перестройки.
Частая смена типоразмеров прокатываемых полос означает частую перестройку стана и необходимость тщательного выполнения этой перестройки для уменьшения выхода брака. Система автоматической дистанционной перестройки, например, чистовой группы клетей, значительно сокращает время перестройки при переходе на прокатку полос нового сортамента. Задания на перестройку чистовой группы клетей отрабатываются с помощью соответствующих систем.
§ 10. АВТОМАТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПЛАНШЕТНОСТИ ПОЛОСЫ
Из других автоматических систем управления и регулирования процессов и установок непрерывных станов горячей прокатки кратко рассмотрим системы регулирования планшетности (формы) полосы.
Из всех показателей качества полосы планшетность является наиболее трудно достижимой. Автоматическое регулирование планшетности полосы непосредственно в процессе прокатки на высокопроизводительных непрерывных станах является актуальной задачей.
Весьма важными вопросами при построении таких систем являются получение достоверной информации о планшетности в процессе прокатки, т. е. наличие надежного и простого датчика для контроля планшетности полосы, а также выбор средств (исполнительного органа), с помощью которых возможно наиболее эффективно и однозначно осуществлять корректировку формы полосы.
В связи с этим большое значение приобретают методы и устройства для определения профиля, а также системы регулирования профиля прокатываемых полос на станах горячей и холодной прокатки.
Известны следующие основные методы определения профиля полосы при прокатке:
1) посредством измерения толщины полосы по ширине с помощью стационарно установленных либо сканирующих рентгеновских или радиоизотопных толщиномеров;
2) электромагнитный, основанный на различии величин магнитного потока по ширине непланшетной полосы;
3) механический — путем определения разницы напряжений по ширине, передающихся на измерительный валок;
4) пневматический — измерением натяжения в различных точках по ширине полосы с помощью пневмокамер давления;
5) оптический — по изменению отражения или фактического изображения профиля и др.
Эти методы реализуются в устройствах для определения профиля полосы (профиледетекторы), а приборы, принцип которых основан ни указанных методах, находят применение в системах автоматического регулирования профиля полосы на станах горячей и холодной прокатки.
Дата добавления: 2015-08-28; просмотров: 226 | Нарушение авторских прав
| <== предыдущая лекция | | | следующая лекция ==> |