Один из методов измерения неплоскостности полосы основан на распространении ультразвуковых колебаний в струе воды, направленной на плоскость полосы. В ультразвуковом устройстве электрические импульсы, образуемые генератором, поступают на пьезоэлектрический преобразователь, преобразующий их в ультразвуковые колебания, которые распространяются по струе воды и отражаются от места соприкосновения струи с полосой. Отраженный сигнал воспринимается тем же пьезоэлементом. При плоской полосе расстояния между всеми пьезоэлементами трех или пяти ультразвуковых устройств и полосой равны. При этом равны и времена прохождения ультразвуковых колебаний во всех ультразвуковых установках.
При нарушении плоскостности полосы в зависимости от характера дефекта (волнистости или коробоватости) изменяются расстояния между полосой и пьезоэлементами некоторых ультразвуковых устройств. Сигналы от этих устройств с помощью специальной логической схемы преобразуются, и на выходе схемы выделяется сигнал, соответствующий какому-либо из дефектов. Этот сигнал используется для регулирования формы полосы.
Известен метод определения формы полосы, подобный описанному выше. Он реализуется с помощью измерительных элементов, которыми являются радиолокаторы (рис. 14).
Рис. 14. Структура системы регулирования формы полосы:
1 – рупорная антенна; 2 – волновод; 3 – генератор; 4 – детектор; 5 – усилитель; 6 – логическая схема; 7 – система управления; 8 – гидроизгиб валков
Наиболее эффективно дефекты формы полосы проявляются до захода переднего конца полосы в моталку и появления натяжения между последней клетью и моталкой. Это обстоятельство необходимо учитывать при построении системы автоматического регулирования, изменяя соответственно эффективность воздействия на исполнительный орган.
Существуют и другие методы регулирования плоскостности полосы. Возможно регулирование плоскостности полосы, основанное на использовании экспериментально определенной зависимости поперечной разнотолщинности от усилия противоизгиба опорных или рабочих валков при определенных усилиях прокатки и заданной ширине полосы. Для найденной зависимости рассчитывается необходимое корректирующее изменение усилия противоизгиба для произвольных изменений усилий прокатки.
Предварительно рассчитанные данные вводятся в электронное устройство, которое в зависимости от усилия прокатки автоматически изменяет величину противоизгиба валков для поддержания заданного профиля полосы.
Метод противоизгиба опорных валков предпочтителен по сравнению с противоизгибом рабочих, так как имеет более широкий диапазон регулирования выпуклости и более высокую эффективность при прокатке широких и узких полос.
§ 11. КОМПЛЕКСНАЯ АВТОМАТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ НЕПРЕРЫВНОЙ ГОРЯЧЕЙ ПРОКАТКИ
Применение УВМ в системах управления технологическими процессами непрерывных и полунепрерывных станов горячей прокатки обеспечивает улучшение качества готовой продукции и повышение выхода годного, увеличение производительности станов и снижение затрат на ремонты, сокращение численности обслуживающего персонала.
Наибольший эффект дает комплексная автоматическая система управления, охватывающая все технологические процессы непрерывной и полунепрерывной горячей прокатки от загрузочного стола нагревательной печи до конвейера рулонов.
Широко применяется прямое цифровое управление с использованием УВМ не только для позиционных систем, но и для системы регулирования толщины и т. п. УВМ используется также для расчетов последовательности автоматических операций.
Комплексные автоматические системы управления технологическими процессами непрерывной горячей прокатки могут включать около ста локальных подсистем, включая подсистемы регулирования толщины, температуры, скорости, расчета обжатий и т. д. Локальные системы объединяются в единую иерархическую систему, работающую под контролем УВМ верхнего уровня. УВМ в комплексных интегрированных системах управления используются также для сбора и обработки производственной информации, контроля за работой оборудования, отыскания повреждений и определения их характера.
Структура систем управления технологическими процессами непрерывной и полунепрерывной прокатки разнообразна.
В иерархических системах управления все входные данные в УВМ, осуществляющие прямое цифровое управление непрерывным станом, передаются из УВМ высшего уровня по линии прямой связи между вычислительными машинами, чем устраняется необходимость ручного вмешательства оператора при вводе данных.
Обмен информацией с интегрированной системой управления всем металлургическим заводом предусматривается также по каналам связи, что позволяет отказаться от недостаточно надежной и медленной связи между системами с помощью перфоносителей.
В качестве примера рассмотрим комплексную АСУ станом горячей прокатки, которую можно рассматривать как часть общей иерархической системы автоматизации металлургического завода.
Система управления технологическим процессом на непрерывном стане горячей прокатки охватывает всю линию стана от взвешивания заготовок до взвешивания готовых рулонов (рис. 15).
Рис. 15. Объем автоматизации непрерывного стана горячей прокатки
С момента взвешивания заготовок УВМ получает данные для прокатки и после выхода заготовок из печи управляет прокаткой в черновых и чистовых клетях, температурным режимом на участке охлаждения, намоткой и транспортировкой рулонов. По окончании всего процесса УВМ выдает результаты обработки в форме протоколов и массивов данных в вышестоящую по иерархии ЭВМ.
Оборудование приводов, систем управления и регулирования должно удовлетворять требованиям комплексной системы управления технологическим процессом с тем, чтобы она могла обеспечить поддержание заданных скоростей прокатки, предупреждение недопустимых перегрузок, регулирование петли, нормальное прохождение металла между клетями, необходимое его натяжение и соблюдение необходимой ширины, регулирование положения нажимного устройства и боковых проводок, измерение усилия прокатки, регулирование зазора между валками в процессе прокатки и т. д. Система регулирования толщины охватывает все клети.
Для компенсации изменения температуры по длине прокатываемого металла чистовая группа оборудуется системой регулируемого ускорения с тем, чтобы температура на выходе за последней клетью оставалась постоянной.
Перечисленные системы должны быть пригодны для ввода заданных величин от вычислительной машины и выдачи в машину истинных значений регулируемых параметров.
Кроме того, на линии стана должны быть установлены датчики температуры, толщины, ширины и т. п., выдающие свои сигналы в цепи регулирования и управления технологического процесса.
На рис. 16 показана структура системы управления технологическим процессом.
Рис. 16. Структура АСУ ТП непрерывного стана горячей прокатки
Система управления процессом состоит из центрального устройства и внешних запоминающих устройств, устройств управления и формирования сигналов и периферийных аппаратов, записывающих устройств, считывающей аппаратуры для обработки информации, нанесенной на перфокарты или перфоленты. Периферийные аппараты используются для обслуживания и контроля, для вывода управляющих команд, предписаний по обработке и т. п. Пишущие устройства и перфораторы выдают режимные и производственные протоколы. УВМ соединена с измерительными, управляющими и регулирующими устройствами и показывающими приборами управляемого объекта при помощи формирователей сигналов процесса (рис. 17).
Рис. 17 Состав АСУ ТП непрерывного стана горячей прокатки
Аналоговые значения параметров преобразуются в цифровой код, с которым и работает УВМ. Машина имеет также непосредственный цифровой ввод для сбора сигналов и величин в цифровой форме, например действительных значений положения нажимных устройств, выключателей и контакторов. Аварийные сигналы прерывают работу прежней программы и обеспечивают включение новой программы, соответствующей данному сигналу. Благодаря этому УВМ может своевременно привести последовательность программ в соответствие с управляемым процессом. Выходные устройства в цифровой форме могут выдавать сигналы для подчиненных систем управления, сигнальных реле, а также выдавать задающие величины для аналоговых и цифровых систем регулирования.
Задачи системы управления технологическим процессом непрерывной горячей прокатки выполняются с помощью пассивных и активных функций (рис. 18).
Рис. 18. Основные функции АСУ ТП непрерывного стана горячей прокатки
Пассивные функции охватывают программу сбора информации о прокатываемом металле, слежение за его прохождением, сбор и обработку информации об измеряемых величинах.
Активные функции — это программа расчета обжатий (плана пропусков) и управления процессом прокатки (выдача задающих величин и следящее управление процессом).
УВМ, управляющая технологическим процессом, получает от соответствующих датчиков информацию о прохождении металла по линии стана. Специальные программы информации о прокатываемом металле обрабатывают сигналы и создают в УВМ отображение нагрузки стана (модель рабочего состояния стана).
Задача слежения за прокатываемым металлом состоит в фиксировании его прохождения и изменения параметров по линии стана во избежание ошибок, а также в передаче внеплановых изменений в системы более высокого уровня.
Информация об измеряемых величинах накапливается во время прохождения металла, причем моменты и количество измерений могут изменяться. Статистически достоверные результаты измерений, выдаваемые блоком статистической обработки, являются действительными значениями для систем регулирования процесса и позволяют оценить фактическое состояние прокатываемого металла и стана.
Задача предварительного расчета плана пропусков (программы обжатий) заключается в проведении такого расчета заданных значений для приводов, чтобы при прокатке получить точные (заданные) значения толщины и профиля металла без превышения допустимых нагрузок на механизмы и их приводы. При расчете программы обжатий учитывается необходимость обеспечения оптимальной температуры подката, заданной конечной температуры при выходе из чистовой липни и заданной температуры намотки.
Полученные при расчете программы обжатий задающие величины вводятся в систему регулирования приводом с помощью программы выдачи заданий. Расчет программы обжатий и выдача заданий обеспечивают минимальную длительность переналадки (перестройки) при изменении сортамента и оптимальное использование установленной мощности приводов.
Следящее управление за процессом прокатки контролирует прохождение металла по линии стана и определяет момент выдачи следующей заготовки.
Разделение общей задачи комплексного управления технологическим процессом на перечисленные отдельные функции и точное определение взаимодействия между ними облегчает выполнение и ввод в действие системы и способствует ее упрощению и наглядности.
УВМ выдает задания для подчиненных ей систем управления и регулирования. Внутри УВМ существует ступенчатое разбиение цепей регулирования, которые содержат ряд контуров и строятся по принципу подчиненного регулирования параметров. В качестве сигналов обратной связи для этих контуров служат параметры прокатки (усилие обжатия, натяжение, моменты прокатки, толщина металла, температура и др.).
На рис. 19 показано построение цепи регулирования для чистовых клетей.
Рис. 19. Структурная схема системы регулирования для чистовых клетей
Для нормального функционирования контуров в УВМ вводятся данные, соответствующие технологическим требованиям (относительное распределение нагрузки, усилия обжатия, температура и т. д.), на основе которых определяются выходные данные плана прокатки.
В программе «Расчет плана пропусков» на основе технологических требований и параметров каждой клети рассчитываются задающие величины для приводов стана. Для описания технологических взаимосвязей применяются уравнения моделей, которые приближенно выражают связи между параметрами прокатки и управляющими сигналами (многофакторные модели). Коэффициенты этих уравнений определяются статистическими методами.
С помощью изменения параметров уравнения моделей могут быть видоизменены для точного описания технологических взаимосвязей в любой рабочей точке. Параметры вводятся в регулирующие устройства с помощью так называемой нулевой компенсации, при которой параметры изменяются последовательными шагами до тех пор, пока отклонение от рабочей точки не станет равным нулю.
Полученные статистические истинные значения параметров процесса сравниваются со значениями, полученными в результате пересчета плана пропусков после прохождения прокатываемого металла; затем производятся изменения параметров для следующего шага.
Таким образом, уравнения моделей приводятся в соответствие с рабочей точкой. Полученные в результате адаптации сведения с помощью режима обучения запоминаются и могут использоваться при прокатке следующей полосы с аналогичными качествами.
Контур адаптации выдает во внешние контуры уравнения моделей, точно описывающие технологические взаимосвязи в любой рабочей точке. Благодаря этому внешние контуры выдают в системы регулирования задающие величины, обеспечивающие получение необходимых технологических параметров.
Задача моделирования состояния стана состоит в том, что в УВМ формируется временное и пространственное отображение положения металла в контролируемом участке. Информацию о прокатываемом металле дают установленные вдоль линии стана датчики.
В пределах чистовой группы и отводящего рольганга существует необходимость моделирования не только целой прокатываемой единицы, но и отдельных ее участков, длина которых определяется тактом регулирования и скоростью движения. Такт устанавливается сдвигающими регистрами, на которые поступают счетные импульсы ОТ импульсных датчиков главных приводов. УВМ получает от сдвигающих регистров сигналы с желаемых точек измерения и ведет на основе этой информации запись состояния отдельных участков металла.
Информация о прокатываемом металле поступает в другие программы УВМ.
Программа системы слежения за металлом предназначена для приведения в соответствие комплекса данных о прокатываемом металле с его положением на линии стана и для цифровой индикации этих данных. Слежение обеспечивается локально по следующим зонам: печной участок, черновая группа клетей, чистовая группа клетей, участок моталок. В местах стыковки участков имеется сдублированная логика. При потере первичного сигнала в какой-либо зоне система дублирования обеспечивает функцию слежения в следующей зоне.
Внешние устройства памяти позволяют при кратковременных отключениях УВМ точно восстанавливать состояние системы после повторного включения.
Программа сбора и получения достоверных значений измеряемых величин преобразует сигналы измерителей в величины, пригодные для дальнейшей переработки в программах УВМ.
Система сбора информации управляет временем проведения и числом измерений параметров. Данные измерений обрабатываются так, чтобы они были универсальны и применимы в любой системе. Эти данные вводятся в системы регулирования как фактические и поэтому должны быть статистически достоверными.
Основными рабочими программами системы являются программы расчета оптимальных планов пропусков (программ обжатий). В основу оптимизации заложен критерий получения минимального количества пропусков для черновой реверсивной клети (при ее наличии в черновой группе клетей) при заданном конечном размере или оптимального распределения обжатий между клетями в чистовой группе при заданном суммарном обжатии. При этом должны быть ограничены в каждом пропуске следующие параметры: максимальное давление металла на валки, максимальный крутящий момент, максимальное обжатие по условию ограничения угла захвата и максимальное относительное процентное обжатие.
Для расчета оптимального плана пропусков в УВМ вводятся начальные и конечные размеры, состав металла, входная и выходная температуры металла, допустимые отклонения параметров. В программу расчета закладываются необходимые математические модели. Началом расчета является вычисление среднего сопротивления деформации для последующего пропуска, которое является функцией состава прокатываемого металла, его температуры, величины зазора валков, геометрии проката и скорости деформации. Исходя из температуры металла, выдаваемого из печи к черновой группе, или исходя из желаемой температуры конца прокатки за непрерывной чистовой группой, УВМ рассчитывает изменение температуры за пропуск или по клетям. При этом учитываются все составляющие теплового баланса.
При расчете сопротивления деформации учитываются также изменения геометрических размеров валков после их замены. С учетом факторов сопротивление деформации определяется по величине обжатия и толщины на входе клети. По его величине, длине деформируемого участка и ширине полосы рассчитывается усилие обжатия. Расчетное уравнение должно давать возможность по усилию обжатия рассчитать величину обжатия, и наоборот; по усилию обжатия легко определяется необходимый вращающий момент.
На рис. 20 представлен алгоритм расчета плана пропусков для реверсивной клети черновой группы. Отдельные функциональные блоки составляют блок-схему расчета.
Рис. 20. Алгоритм расчета плана пропусков реверсивной черновой клети:
- возможное обжатие в 
-ном пропуске;
- максимально допустимое усилие обжатия (полное давление);
- максимально допустимый вращающий (крутящий) момент;
- температура в начале -ного пропуска;
- максимально допустимое абсолютное обжатие;
- максимально относительное обжатие;
- толщина на выходе после -ного пропуска;
- то же, после 
-го пропуска;
- толщина на выходе при первом пропуске;
- установка нажимных винтов.
Блок 1. Осуществляется ввод в УВМ данных о заготовке и стане.
Блок 2. УВМ рассчитывает толщину подката 
, выходящего из черновой клети, и его ширину 
. Величины этих параметров диктуются конечными геометрическими размерами за чистовой группой клети. В черновой клети при наличии нереверсивной клети вначале рассчитываются обжатия в ней, а остаточное обжатие, необходимое для получения заданной выходной толщины, распределяется по пропускам реверсивной клети так, чтобы получить минимальное число пропусков.
Блок 3. Исходя из температуры металла, выдаваемого из печи, и необходимого транспортного и машинного времени, рассчитывается падение температуры за пропуск. Одновременно рассчитывается уширение металла за пропуск.
Блок 4. Рассчитывается допустимое в данном пропуске обжатие на основе максимальных значений полного давления , абсолютного обжатия и относительного обжатия 
, а также крутящего момента . Минимальное из расчетных обжатий принимается для расчета выходной толщины .
Блок 5. Логический блок. Осуществляется проверка 
(полученная выходная толщина больше или меньше заданной для черновой клети).
Блок 6. В случае выполнения условия неравенства осуществляется переход к расчету следующего пропуска: 
. При достижении заданной выходной толщины оптимальное число пропусков считается найденным.
Блок 7. При получении в блоке 5 неравенства 
осуществляется программное округление расчетного режима. Задачей программы округления является установление таких конечных обжатий по пропускам, которые обеспечивают после последнего пропуска заданную толщину.
Округление осуществляется по формуле
,
где 
— фактор.
Если по условиям технологического процесса недопустимо наличие холостого пропуска, суммарное обжатие распределяется на допустимое число пропусков.
Блоки 8, 10, 11. На основе установленных обжатий в пропусках рассчитываются все технологические параметры — геометрия прокатываемого металла, давление, момент, мощность прокатки, температура и т. д.
Блок 9. Из рассчитанных величин формируются все задающие параметры для главного и вспомогательных приводов.
Блок 12. Переход к следующему пропуску.
Предварительный расчет режима обжатий должен от начала до конца осуществляться на основе задающих параметров перед первым пропуском. Второй ступенью расчета является перерасчет режима на основе оценки параметров, измеренных во время прокатки. Это необходимо для приведения предварительного режима к реальным условиям прокатки: после каждого совершенного пропуска результатом оценки параметра служит его статистическая характеристика
Корректирующая цепь включает блоки 13—18.
Блок 13. Следующий пропуск (
-тый).
Блок 14. Оценка параметров -того пропуска.
Блок 15. Перерасчет толщины 
обжатия 
, давления 
, температуры 
, момента 
.
Блок 16. Осуществляется расчет отклонений фактических и расчетных данных.
Блок 17. Логический блок. Осуществляется проверка на допустимость величины отклонения. Если отклонение допустимо,— переход к блоку 12, если отклонение недопустимо,— переход к блоку 18.
Блок 18. Коррекция уравнения додели 
, возврат к блоку 3.
Замеры технологических параметров имеют смысл лишь после второго пропуска, так как для него известны точные значения входных параметров.
На рис. 21 представлен алгоритм расчета плана пропусков в чистовых клетях.
Рис. 21. Алгоритм расчета плана пропусков для чистовой группы клетей:
- толщина на выходе каждой клети;
- обжатие в каждой клети;
- ширина прокатываемого металла;
- усилие обжатия;
- момент прокатки;
- натяжение металла.
Для расчета планов пропусков в чистовых клетях число пропусков задано числом клетей, поэтому при расчете необходимо найти распределение общего обжатия по отдельным клетям с учетом необходимой конечной толщины и ее соблюдения по ширине прокатываемого металла, а также определенных условий загрузки оборудования.
В качестве исходных величин для программы расчета плана пропусков задаются: входные параметры (толщина на входе и выходе, ширина, качество металла); параметры стана (предельные параметры клетей, радиусы валков); результаты стратегии прокатки (абсолютные или относительные условия нагрузки).
Расчетом определяется общее обжатие как результат сравнения входных и выходных размеров. С помощью алгоритма находится предварительная величина выходной скорости и предварительное распределение общего обжатия по клетям.
В дальнейшем ходе расчета определяются для каждой клети технические параметры: толщина, обжатие, ширина, усилие обжатия, момент, натяжение, температура между валками и ее падение между клетями.
Полученное значение выходной температуры сравнивается с заданным значением. В случае расхождения корректируется выходная скорость и план пропусков рассчитывается вновь.
После окончания предварительного расчета плана пропусков с помощью технических параметров находится общая рабочая характеристика чистовой группы клетей.
Далее рассчитывается вновь распределение обжатия с учетом управления формообразованием и установленной мощности и выполняется расчет параметров для каждой клети.
Если эти технические параметры удовлетворяют требованиям управления формообразованием и не превышены граничные значения для клети, то далее следует расчет изменения скорости по длине проката и времени прокатки для следящего управления ею. Если условия не выдержаны, то корректируется распределение обжатия и процесс расчета повторяется вновь.
В конце расчета выдаются задающие величины для подчиненных УВМ систем управления и регулирования с учетом их оптимального ПО времени ввода в действие.
Вследствие наличия так называемого «температурного клина» вдоль полосы необходимо изменять скорость стана по мере прохождения проката. УВМ наряду с выходной скоростью для начала прокатываемого металла рассчитывает ее и для конца прокатываемого металла. Полученная величина ускорения задается в систему управления ускорением, что обеспечивает постоянство температуры проката после последней клети. Автоматическая система регулирования толщины поддерживает при этом равномерную толщину прокатываемого металла по его длине.
Предварительно рассчитанный план пропусков корректируется по результатам измерения фактических параметров прокатываемого металла и условий прокатки после прохождения начала проката через первую клеть, так что задающие величины для систем управления последними клетями успевают скорректироваться.
Эта процедура повторяется в процессе прокатки при возникновении каких-либо отклонений размеров проката или изменений температуры, чем достигается оптимальная подстройка скорости и ускорения стана для сохранения конечной температуры прокатываемого металла.
Стратегия прокатки должна задавать параметры плана пропусков в соответствии с технологическими условиями, данными прокатываемого металла и командами оператора.
Выдача задающих величин является активной функцией АСУ ТП непрерывного стана. Сигналы из систем регулирования, разность заданных и истинных значений положения, токоограничение, контроль неподвижного положения, готовность к работе дают необходимую информацию о состоянии приводов. УВМ посредством логических операций определяет, какой из частных процессов необходимо пронести, и выдает задающие величины соответствующим приводам. Подчиненные автоматические системы регулирования поддерживают заданные значения скорости, положения, ускорения и др.
Для чистовых клетей УВМ проводит предварительную и последующую настройку. Задающие величины предварительной настройки соблюдаются на холостом ходу стана. Последующая настройка осуществляется на основе корректировки после входа металла в клеть и повторного расчета плана пропусков. После окончания предварительного расчета предварительные задания вводятся в автоматические системы регулирования первых клетей сразу же после выхода металла из них.
Дата добавления: 2015-08-28; просмотров: 216 | Нарушение авторских прав
| <== предыдущая лекция | | | следующая лекция ==> |