Введение к работе
Актуальность работы. Проволока является основной продукцией метизного производства. Она находит применение практически во всех отраслях промышленности и хозяйственной деятельности. Основным способом ее получения является волочение через монолитные либо роликовые волоки, а также холодная либо теплая прокатка в двух- или многовалковых калибрах.
В Магнитогорском государственном техническом университете на протяжении более 30 лет ведется работа по совершенствованию, как технологического процесса производства металлической проволоки, так и механического и электрического оборудования для него. В конце 70-х годов в условиях Белорецкого металлургического комбината был пущен в эксплуатацию пятиклетевой прокатный проволочный стан с четырехвалковыми калибрами. Техническое задание на изготовление технологического оборудования стана и его систем автоматизированного электропривода было выполнено силами ученых университета. За время эксплуатации электрическое оборудование получило серьезный физический износ, в результате чего с учетом также и моральной изношенности возникает вопрос о реконструкции стана в целом.
Очевидно, что при проведении комплексной реконструкции необходимо рассмотреть вопрос совершенствования системы автоматизированного электропривода. При этом необходимо учесть многолетний опыт эксплуатации оборудования, провести сравнительный анализ эффективности функционирования предложенных ранее вариантов построения систем автоматизированного электропривода, их влияние на технологическую стабильность его работы и на качество изготавливаемой проволоки.
Вышеизложенное позволяет сделать вывод об актуальности тематики, исследуемой в рамках диссертационной работы.
Цель работы. Целью диссертационной работы является разработка рекомендаций по совершенствованию автоматизированного электропривода пятиклетевого непрерывного прокатного проволочного стана в процессе его комплексной реконструкции.
Для достижения поставленной цели необходимо решение следующих основных задач:
- анализ состояния оборудования стана ОАО “БМК”, достоинств и недостатков применяемых систем управления электроприводами непрерывных прокатных проволочных станов;
- анализ особенностей прокатки в клетях с четырехвалковыми калибрами, требований к электроприводам клетей непрерывных прокатных проволочных станов;
- разработка математической модели стана, его электромеханических систем с учетом взаимосвязи электроприводов через обрабатываемый металл как объекта управления;
- комплексные теоретические и экспериментальные исследования влияния электроприводов клетей стана на технологическую стабильность его работы и на качество изготавливаемой проволоки;
- разработка концепции построения и рекомендаций по технической реализации при реконструкции системы автоматизированного электропривода пятиклетевого стана с четырехвалковыми калибрами ОАО “Белорецкий металлургический комбинат”.
Методы исследования. Теоретические исследования проводились с использованием аналитических и численных методов решения алгебраических уравнений и систем дифференциального и интегрального исчисления, методов структурного моделирования. Разработанные алгоритмы реализованы в виде программных модулей для пакета визуального программирования SIMULINK математического пакета MATLAB, а также математического пакета MS Excel. Экспериментальные исследования проводились в промышленных условиях на действующем пятиклетевом прокатном стане путем прямого осциллографирования основных параметров с последующей их обработкой.
Научная новизна разработок заключается в создании новой системы автоматизированного электропривода непрерывного прокатного проволочного стана, реализующего прокатку в клетях с четырехвалковыми калибрами.
Теоретически обоснованы и экспериментально подтверждены уточненные технологические требования к электроприводам прокатных клетей.
Предложено математическое описание, разработаны структурные схемы и создан программный продукт для моделирования работы электроприводов прокатного проволочного стана с учетом их взаимосвязи через обрабатываемый металл.
Предложена новая концепция построения автоматизированного электропривода непрерывного прокатного стана с многовалковыми калибрами, разработаны алгоритмы и системы его управления, реализующие требования по точности регулирования скорости прокатки, обеспечения межклетевых натяжений в диапазоне, достаточном для реализации условий непрерывной прокатки, а также косвенного регулирования размеров проката.
Теоретически и экспериментально доказано, что предложенные системы автоматизированного электропривода обеспечивают выполнение технологических требований с заданной точностью во всех режимах работы.
Практическая ценность и реализация работы состоит в том, что в результате проведенных теоретических и экспериментальных исследований:
- созданы технические предпосылки для осуществления комплексной реконструкции действующего прокатного стана, обеспечивающего гибкое, энергоэффективное производство проволоки;
- разработан автоматизированный электропривод клетей прокатного проволочного стана, обеспечивающий непрерывный процесс прокатки и отличающийся более высокими эксплуатационными характеристиками по сравнению с используемыми ранее системами автоматизированного электропривода;
- результаты диссертационной работы переданы в ОАО “Белорецкий металлургический комбинат” для использования при проведении реконструкции стана, а также в ОАО “Магнитогорский ГИПРОМЕЗ”, где приняты к использованию при проектировании прокатного оборудования.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается правомерностью принятых исходных положений и предпосылок, корректным применением методов математического моделирования, применением классических методов теории электропривода и теории автоматического управления, экспериментальными исследованиями системы электропривода в промышленных условиях.
К защите представляются следующие основные положения:
1. Уточненные технологические требования к электроприводам непрерывного прокатного стана с многовалковыми калибрами.
2. Математическая модель пятиклетевого прокатного стана с четырехвалковыми калибрами как объекта управления, учитывающая взаимосвязь технологических параметров процесса деформирования металла с его энергосиловыми параметрами, а также взаимосвязь электроприводов через обрабатываемую проволоку.
3 Результаты теоретических и экспериментальных исследований статических и динамических свойств электромеханических систем непрерывного прокатного проволочного стана с четырехвалковыми калибрами и автоматизированного электропривода его клетей.
4. Рекомендации по реконструкции системы автоматизированного электропривода пятиклетевого стана с четырехвалковыми калибрами ОАО “Белорецкий металлургический комбинат” в виде концепции построения автоматизированного электропривода, систем и алгоритмов управления электроприводами прокатных клетей.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на: IV международной (ХV Всероссийской) конференции по автоматизированному электроприводу “Автоматизированный электропривод в XXI веке: пути развития” (г. Магнитогорск, 2004 г.); на научно-технических семинарах кафедры электропривода и автоматизации промышленных установок (2005-2009 г.г.) и объединенном научном семинаре энергетического факультета и факультета автоматики и вычислительной техники ГОУ ВПО “Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова” (сентябрь 2009 г.); 65-й научно-технической конференции по итогам научно-исследовательских работ за 2007-2008 г.г. (МГТУ, март 2009 г.).
Публикации. Основное содержание работы опубликовано в 12 печатных трудах, в том числе 1-ой монографии, 10-ти статьях (3-х в ведущих рецензируемых научных журналах, рекомендованных Высшей аттестационной комиссией Минобразования России), 1-ом свидетельстве о регистрации программы.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 80 наименований и 2 приложений. Работа изложена на 123 страницах машинописного текста, в том числе содержит 33 рисунка и 7 таблиц.
