Введение к работе
Актуальность работы. В настоящее время в технологии производства холоднокатаного листа на станах бесконечной холодной прокатки существует ряд проблем, связанных с возникновением нарастающих вибраций в рабочих клетях, особенно при прокатке полос толщиной менее 0,5 мм и на скорости прокатки выше 7 м/с.
Вибрации приводят к дефектам поверхности прокатываемых полос, таких, как «поперечная ребристость» и «поперечные теневые полосы», и ограничивают максимальные скорости прокатки, снижая производительность оборудования и увеличивая себестоимость продукции. Развитые фазы вибраций влияют на работу прокатного оборудования и без воздействия на них могут создавать аварийные ситуации, такие, как порыв полосы. Данная проблема актуальна как для отечественных, так и для зарубежных станов холодной прокатки.
Дефекты «поперечные теневые полосы» визуально проявляются на металле в виде чередования светлых и темных полос только после покраски, и такие дефекты приводят к значительным незапланированным затратам со стороны потребителя холоднокатаного металла.
Наибольший вклад в развитие теории и практики изучения природы явления, контроля и устранения вибраций на станах холодной прокатки внесли работы ученых Э.А. Гарбера, Г.Э. Аркулиса, В.М. Синицкого, В.А. Пименова, С.С. Колпакова, Tamiya Т., Markworth М., Farley T.W.D., Fumi К., Dragomir S., Roberts W., Tlusty J., Ehmann K.F., Yun I.S., Wilson W.R.D., Ни P.H., Swiatoni-owski A.
Однако практически все существующие алгоритмы устранения вибраций в процессе прокатки определяют граничные значения параметров прокатки, при которых процесс идет стабильно, а в случае возникновения вибраций снижают скорость прокатки. Алгоритмы автоматического регулирования параметров прокатки, которые позволят устранять вибрации без снижения скорости прокатки, в настоящее время отсутствуют.
Таким образом, устранение вибраций на станах бесконечной холодной прокатки, без снижения скорости прокатки, за счет разработки новых алгоритмов автоматического регулирования межклетевых натяжений прокатываемой полосы является актуальной научной задачей.
Объект исследования: вибрации на станах холодной прокатки.
Предмет исследования: математические модели, алгоритмы возникновения вибраций и систем автоматического регулирования параметров процесса прокатки для устранения вибраций на станах холодной прокатки.
Целью диссертационной работы является устранение вибраций на станах холодной прокатки для повышения качества поверхности изготавливаемых полос и производительности стана.
К основным задачам, решаемым в работе, относятся:
-
исследование динамических и статических свойств параметров прокатки, характеризующихся возникновением вибраций на стане холодной прокатки 1700 ПХП ЧерМК ОАО «Северсталь»;
-
разработка математической модели возникновения вибраций на станах холодной прокатки;
-
разработка математической модели автоматического регулятора параметров процесса прокатки, удовлетворяющего критериям устранения вибраций;
-
разработка алгоритма автоматического регулирования параметров процесса прокатки с перенастройкой управления в зависимости от стабильности процесса прокатки для устранения вибраций на станах холодной прокатки.
Методы исследований. Для решения поставленных в работе задач использованы методы теории прокатки, теории автоматического управления, теории линейного предсказания, цифровой обработки информации, математического и имитационного компьютерного моделирования, аппарат математической статистики, основы теории построения алгоритмов, спектральный анализ. В процессе эксперимента использовалась программа ibaANALYZER, которая записывает все входные и управляющие сигналы прокатного стана в режиме реального времени. Исследование разработанных математических и имитационных моделей проводилось с применением пакета MatLab 7 и среды Simulink.
Научная новизна и основные положения, выносимые на защиту:
-
Математическая модель для расчета параметров колебаний межклетевого натяжения прокатываемой полосы, учитывающая динамику электропривода клети, упругость полосы, эффект транспортной задержки толщины полосы между клетями и определяющая условие возникновения вибраций на станах холодной прокатки.
-
Алгоритм идентификации вибраций, основанный на обработке информации о межклетевом натяжении прокатываемой полосы с помощью вейвлет-преобразования.
-
Алгоритм устранения погрешности работы упреждающего регулятора и многочастотных колебаний межклетевого натяжения прокатываемой полосы, основанный на обработке информации о толщине прокатываемой полосы с помощью линейной нейронной сети.
4. Алгоритм автоматического регулирования межклетевого натяжения
прокатываемой полосы с перенастройкой управления в зависимости от ста
бильности процесса прокатки для устранения вибраций на станах холодной
прокатки, обеспечивающего повышение качества поверхности изготавливае
мых полос и производительности стана.
Практическая ценность работы заключается в следующем: 1. Разработана имитационная компьютерная модель, позволяющая оценивать возможность возникновения вибраций на станах холодной прокатки по текущим параметрам в режиме реального времени.
2. Разработаны блок-схемы алгоритмов автоматического регулирования межклетевых натяжений полосы для реализации в системах автоматики на стане холодной прокатки, и устранения вибраций.
Разработанная имитационная компьютерная модель и алгоритмов приняты к сведению Управлением эксплуатации АСУ ТП ОАО «Северсталь» и будут использованы для модернизации АСУ пятиклетевого стана 1700 ПХП ОАО «Северсталь».
Результаты работы применяются для обучения студентов в рамках курса «Автоматизация технологических процессов и производств».
Диссертационная работа выполнялась в рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009 - 2013 годы по государственным контрактам на выполнение НИР «Разработка алгоритма обработки информации о натяжении полосы для идентификации вибраций на станах бесконечной холодной прокатки» (государственный контракт № П2185, 2009-2010 г.г) и НИР «Разработка алгоритма обработки информации о толщине полосы для повышения точности и быстродействия работы системы автоматического регулирования толщины при производстве холодного проката» (государственный контракт № 14.740.11.0496,2010-2011 г.г).
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на Всероссийских конференциях: «Череповецкие научные чтения» (г. Череповец, 2009 г.); «Череповецкие научные чтения» (г. Череповец, 2011 г.), а также на научно-технических семинарах кафедры «Автоматизация и управление» ФГБОУ ВПО «Череповецкий государственный университет» и получили положительную оценку.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 5 печатных работ, в том числе 3 из них опубликованы в рецензируемых научных журналах, входящих в перечень ВАК.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего 89 наименований и приложений. Работа содержит 155 страниц, 34 рисунка и 13 таблиц. Приложения включают 8 страниц.
