Совершенствование электромеханической системы регулирования натяжения полосы широкополосного стана горячей прокатки Чертоусов Антон Александрович

Содержание к диссертации

Введение

Глава 1. Системы автоматического регулирования натяжения и петли (САРНиП) широкополосных станов горячей прокатки 11

1.1. Краткая характеристика стана 2500, описание технологического процесса, сортамент выпускаемой продукции 11

1.2. Силовое оборудование электроприводов клетей чистовой группы и петледержателей 13

1.3. Действующая САРНиП стана 2500 16

1.3.1. Функциональная схема 16

1.3.2. Принцип регулирования натяжения петли 19

1.4. Технологические требования к САРНиП стана 2500 22

1.5. Физические основы работы «моментных» петледержателей 25

1.6. Сравнительная характеристика петледержателей современных ШСГП..27

1.6.1. Малоинерционный электромеханический петледержатель 28

1.6.2. САРН на базе гидравлических петледержателей. 30

1.7. Принципы построения современных САРНиП 33

1.7.1. Системы с обратной связью по натяжению 33

1.7.2. САРНиП с перекрестными связями 34

1.8. Способы выделения сигнала, пропорционального натяжению 38

1.8.1. Прямое измерение натяжения 38

1.8.2. Вычисление натяжения по параметрам электропривода петледержателя 38

1.8.3. Косвенное определение натяжения по параметрам электроприводов клетей 41

1.9. Выводы и постановка задачи исследований 46

Глава 2. Разработка математической модели существующей САРНиП 49

2.1. Математическая модель силовой части электроприводов межклетевого промежутка 50

2.1.1. Принятые допущения 50

2.1.2. Математическая модель силовой части электропривода петледержателя как объекта управления 51

2.1.3. Математическая модель силовой части электропривода прокатной клети, 52

2.1.4. Математическая модель прокатываемой полосы как объекта управления 53

2.2. Расчет контуров регулирования САРН и П 59

2.2.1. Расчет контуров регулирования натяжения и положения петледержателя в исходном состоянии 59

2.2.2. Расчет контура регулирования петли 66

2.3. Моделирование гидравлических нажимных устройств 70

2.4. Моделирование взаимосвязи нажимных устройств и главного электропривода через прокатываемый металл —75

2.5. Оценка адекватности модели 78

Выводы 84

Глава 3. Исследование существующей САРНиП широкополосного стана горячей прокатки . 86

3.1. Переносной компьютерный регистратор сигналов 87

3.1.1. Требования к системе регистрации и отображения сигналов 87

3.1.2. Аппаратный состав переносного компьютерного регистратора.. 89

3.1.3. Программное обеспечение. 91

3.2. Результаты экспериментальных исследований САРНиП ШСГП 2500... 93

3.2.1. Обоснование выбора контролируемых параметров 93

3.2.2. Результаты осциллографирования режимов работы САРНиП... 94

3.3. Математическое моделирование динамических режимов САРНиП 98

3.3.1. Исследование основных динамических режимов ... 98

3.3.2. Влияние толщины полосы 100

3.4. Влияние момента инерции системы «петледержателъ-полоса» 104

Выводы 111

Глава 4. Разработка САРНиП с перекрестными связями 114

4.1. Функциональная схема системы. 114

4.2. Расчет контуров регулирования САРНиП с перекрестными связями 116

4.2.1. Расчет контура регулирования положения 116

4.2.2. Расчет контура регулирования натяжения... 118

4.2.3. Расчет передаточных функций перекрестных связей 120

4.3. Система косвенного определения сигнала, пропорционального натяжению 122

4.3.1. Алгоритм вычисления и структурная схема системы 122

4.3.2. Оценка точности косвенного определения натяжения. 126

Выводы 134

Глава 5. Исследование предложенной САРНиП с перекрестными связями. рекомендации по промышленному внедрению 136

5.1. Математическая модель предлагаемой САРНиП. 136

5.2. Переходные процессы при возмущающих воздействиях 138

5.2.1. Захват полосы 139

5.2.2. Изменение положения петледержателя 144

5.2.3. Коррекция скорости клети 147

5.2.4. Изменение межвалкового зазор а 150

5.3. Интегральная оценка качества регулирования натяжения в предлагаемой системе 153

5.3.1. Интегральные показатели качества регулирования. 153

5.3.2. Сравнительная оценка интегральных показателей качества регулирования натяжения 155

5.4. Влияние компенсирующих перекрестных связей 158

5.5. Исследование натяжений в последних межклетевых промежутках... 160

5.6. Оценка влияния момента инерции в новой системе 161

5.7. Рекомендации по внедрению результатов исследований 172

Выводы 174

Заключение 176

Литература 178

Приложения 186

• Силовое оборудование электроприводов клетей чистовой группы и петледержателей
• Расчет контуров регулирования натяжения и положения петледержателя в исходном состоянии
• Влияние момента инерции системы «петледержателъ-полоса»
• Алгоритм вычисления и структурная схема системы

Введение к работе

В настоящее время к продукции широкополосных станов горячей прокатки (ШСГП) предъявляются жесткие требования, связанные с необходимостью повышения ее конкурентоспособности на мировом рынке, потребности которого в последнее десятилетие существенно изменились. По данным фирмы «Voest-Alpine Industrieanlagenbau» («VAI», Австрия), спрос на тонкую горячекатаную полосу толщиной 1,2-2,0 мм увеличится с 18% в 1995 г до 25% в 2005 г при одновременном снижении спроса на другие виды горячекатаной полосы, считающейся конечной продукцией [1]. В частности, на широкополосном стане 2500 горячей прокатки: ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат» (ОАО «ММК»), являющемся единственным в России поставщиком полосы шириной более 2 м в рулонах, в настоящее время осуществлен переход на прокатку полос толщиной 1,5-1,8 мм.

Основным критерием, определяющим конкурентоспособность продукции ШСГП, является качество, обеспечиваемое за счет минимизации разно-ширинности и разнотолщинности полосы. Этиг параметры определяются условиями прокатки в чистовой группе клетей и в первую очередь - точностью регулирования межклетевых натяжений, обеспечиваемой за счет системы автоматического регулирования натяжения и петли (САРНиП).

САРНиП большинства отечественных ШСГП (в том числе и стана 2500) выполнены по «традиционному» принципу косвенного регулирования натяжения и включают [2-4]:

контур регулирования натяжения, подчиненным для которого является контур тока двигателя петледержателя, который по заданной уставке тока косвенно поддерживает натяжение на заданном уровне;

контур регулирования петли, поддерживающий угол подъема петледержателя на заданном уровне с воздействием по отклонению на контур скорости двигателя прокатной клети.

Данный принцип управления обеспечивает выполнение требований поддержания заданного натяжения в установившемся режиме прокатки, однако не

7 обеспечивает необходимой точности регулирования натяжения в динамических режимах. Это происходит из-за невозможности непосредственного измерения, контроля и регулирования натяжения, а также из-за взаимного влияния систем регулирования натяжения и петли. Кроме того, инерционность электромеханических петледержателей стана 2500 не позволяет эффективно использовать ресурсы быстродействующей системы автоматического регулирования толщины (САРТ) чистовой группы, выполненной на базе современных гидравлических нажимных устройств фирмы Davy Mckee (Великобритания).

Вместе с тем, обеспечение регулирования натяжения с высокой точностью в динамических режимах при изменении положения петледержателя, изменениях скорости клети (последующей либо предыдущей), а также изменении положения нажимных устройств во время прокатки является основным требованием, предъявляемым к современным САРНиП [5]. В частности, на стане 2500 при прокатке тонких полос требования к отклонениям натяжения, ширины и толщины приближаются к требованиям, предъявляемым к станам холодной прокатки [1]_

Эти требования предопределяют необходимость дальнейшего развития САРН. Работы по совершенствованию САРНиП ШСГП ведутся практически постоянно как отечественными, так и зарубежными фирмами. Среди основных отечественных разработчиков следует отметить ВНИИЭлектропривод [6-12], ВНИИметмаш [13-19], НИИтяжмаш Уралмашзавода и некоторые другие [20-23]. Наиболее распространена на отечественных ШСГП САРНиП, разработанная ВНИИэлектропривод, обеспечивающая косвенное регулирование натяжения на базе «астатических» петледержателей [6-12]. Ведущими зарубежными фирмами, работающими в данном направлении, являются Siemens (Германия) [24], General Electric (США) [25, 26], VAI (Австрия) [27], Ansaldo (Италия) [28] и ряд японских фирм [29 -31].

В связи с реконструкцией САРНиП стана 2500 горячей прокатки, ряд зарубежных и отечественных фирм предложили свои пути модернизации, основными из которых являются следующие:

1. Модернизация существующих аналоговых систем регулирования, при сохранении установленных двигателей и механических частей петледержате-лей. Предлагаются преобразователи с микропроцессорным управлением, использование контроллеров с модулями входов/выходов и связью с ЭВМ высшего уровня через магистрали типа PROFIBUS..

2. Полная реконструкция САРН, с заменой электромеханических петле-держателей гидравлическими, обеспечивающими высокодинамичное регулирование с высокой точностью...

Второй вариант является более предпочтительным с точки зрения повышения качества продукции. Однако его реализация потребует полной остановки стана на длительный период для реконструкции практически всей чистовой группы, что в рамках проводимой реконструкции не планируется.

Первый вариант имеет более реальную перспективу внедрения. Однако необходимо проведение теоретических и экспериментальных исследований взаимосвязанных электро- и гидроприводов межклетевого промежутка чистовой группы, с целью обоснования рациональных путей, совершенствования существующей САРНиП и разработки быстродействующей системы, обеспечивающей повышение точности регулирования натяжения в динамических режимах.

Целью диссертационной работы является совершенствование системы автоматического регулирования натяжения и петли широкополосного стана 2500 горячей прокатки, обеспечивающее повышение точности регулирования натяжения в динамических режимах..

Достижение поставленной цели потребовало решения в диссертационной работе следующих основных задач:

3. Анализа современных САРНиП отечественных и зарубежных широкополосных станов горячей прокатки с целью обоснования путей реконструкции системы стана 2500.

4. Экспериментальных исследований действующей САРНиП стана 2500 с целью оценки показателей качества регулирования натяжения в динамиче-

9 ских режимах. Поскольку системы управления стана 2500 не оснащены современными средствами регистрации параметров, возникла дополнительная задача разработки компьютерной системы регистрации параметров электроприводов и систем управления в реальном масштабе времени.

3. Разработки математической модели, включающей главные электроприводы клетей, электропривод петледержателя, гидравлический привод нажимных устройств с учетом их взаимосвязи через обрабатываемый металл. Проведения на модели исследований динамических режимов электроприводов при различных возмущающих воздействиях.

4. Разработки принципа, и функциональной схемы быстродействующей САРНиП с прямым регулированием натяжения, обеспечивающей улучшение точности регулирования натяжения в динамических режимах. Разработки метода косвенного определения удельного натяжения по параметрам электропривода петледержателя.

5. Исследований разработанной САРНиП на математической модели оценки точности косвенного вычисления и регулирования: натяжения в динамических режимах.

Содержание работы изложено в пяти главах:

В первой главе рассмотрена существующая САРНиП широкополосного стана 2500 ОАО «ММК», сформулированы технологические требования к электроприводам петледержателей, дана сравнительная характеристика петле-держателей и современных САРНиП, применяемых на отечественных и зарубежных станах горячей прокатки, проанализированы способы прямого и косвенного выделения натяжения.

Во второй главе разработана математическая модель межклетевого промежутка, включающая электропривод петледержателя (в составе действующей САРНиП), главный электропривод клети, гидравлический привод нажимного устройства (в составе САРТ, реализующей принцип Симса-Головина), модель прокатываемой полосы, учитывающей взаимосвязи электроприводов в межклетевом промежутке и модель взаимосвязи нажимных устройств и главного

10 электропривода через металл. Доказана адекватность модели исследуемому объекту.

В третьей главе рассмотрен разработанный переносной компьютерный регистратор сигналов, обоснован перечень контролируемых параметров и представлены результаты экспериментальных исследований существующей САРНиП. Выполнено математическое моделирование динамических режимов при возмущающих воздействиях со стороны клети, петледержателя и нажимных устройств. Показано, что существующая САРНиП не обеспечивает выполнение технологического требования точности регулирования натяжения в допустимых пределах ±10%.

В четвертой главе предложена функциональная схема САРНиП с контуром прямого регулирования натяжения и перекрестными обратными связями, компенсирующими взаимное влияние систем автоматического регулирования натяжения и петли. Выполнен расчет передаточных функций всех контуров системы. Предложена система косвенного выделения сигнала, пропорционального натяжению, по параметрам электропривода- петледержателя.. Дана оценка точности определения натяжения..

В пятой главе выполнено математическое моделирование переходных процессов в предложенной САРНиП. Исследовано влияние перекрестных связей, а также момента инерции петледержателя на точность регулирования натяжения. Даны рекомендации по промышленному внедрению результатов исследований.

В заключении приводятся выводы по работе.

По содержанию диссертационной работы опубликовано одиннадцать научных трудов, полученные результаты докладывались и обсуждались. на восьми научно-технических конференциях и семинарах.

И Глава 1. СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ

НАТЯЖЕНИЯ И ПЕТЛИ (САРНиП) ШИРОКОПОЛОСНЫХ

СТАНОВ ГОРЯЧЕЙ ПРОКАТКИ

Обоснование принципов построения быстродействующей САРНиП, обеспечивающей улучшение показателей регулирования натяжения в динамических режимах требует проведения анализа функциональной схемы и принципа регулирования существующей САРНиП. Необходима разработка технологических требований как в отношении пет-ледержателя, так и непосредственно к системе управления.

Необходима сравнительная характеристика силовых устройств современных петледержателей, оценка их. динамических характеристик и возможностей применения в чистовой группе стана 2500, а также принципов построения САРНиП современных широкополосных станов,. оценки зарубежного опыта их разработки и эксплуатации.

Итогом анализа, представленного в данной главе, должно стать обоснование конкретных направлений дальнейших исследований, с целью разработки нового принципа и функциональной схемы системы управления натяжением стана 2500.

1.1. Краткая характеристика стана 2500, описание технологического процесса, сортамент выпускаемой продукции

Непрерывный широкополосный стан 2500 горячей прокатки предназначен для прокатки полос толщиной 1,8.ЛО,0 мм, шириной 1000-2350 мм из углеродистых, низколегированных и легированных конструкционных марок стали.

Исходной заготовкой являются слябы следующих размеров:

толщина: 120—250 мм;

ширина: 1000 - 2350 мм;

длина: 2500-5500 мм;

вес: до 25,0 т.

Для производства проката на стане 2500 горячей прокатки используются следующие марки стали:

сталь углеродистая обыкновенного качества по ГОСТ 16523-89, 14637-89 марок стали по ГОСТ 380-71 и действующим ТУ;

сталь, свариваемая для судостроения по ГОСТ 5521-86;

сталь углеродистая качественная конструкционная по ГОСТ 1577-81, 4041-71,16523-89,9045-93 и действующим ТУ;.

сталь легированная марки 65Г по ГОСТ 14959-70;

сталь низколегированная по ГОСТ 19281-89;

сталь 7ХНГУ1 по ТУ 14-1-387-84;

сталь углеродистая и низколегированная экспортного исполнения по ТП, СТП на основе иностранных стандартов.

Становый пролет состоит из черновой и чистовой групп клетей, отводящего рольганга и моталок. Основной задачей чистовой группы клетей является достижение заданной толщины листа и температуры,конца,прокатки: на всей длине полосы. В состав чистовой группы входят*.

летучие ножницы;

чистовой окалиноломатель;

чистовая группа клетей (5... 11) "КВАРТО";

В зависимости от сечения прокатываемых полос, толщина подката после черновой группы составляет 25 - 30 мм. Прокатка полос до заданной толщины производится в клетях чистовой группы, где полоса находится одновременно в нескольких или во всех клетях. В этих клетях прокатка ведется с натяжением, которое обеспечивает устойчивость процесса прокатки. Чтобы: исключить растяжение полосы между клетями создают силовые петли, поддерживаемые петледержателями. Петледержатели с индивидуальным безре-дукторным электроприводом обеспечивают постоянство натяжения полосы и равенство секундных объемов металла по клетям за счет соответствующего регулирования скорости клетей. Для выравнивания температуры по длине

13 полосы с целью получения требуемой температуры конца проката прокатку в

чистовой группе клетей ведут с ускорением. В связи с тем, что транспортировка по отводящему рольгангу и захват полос моталкой на скорости выше 10-11 м/с затруднены, непрерывная чистовая группа до захвата полосы моталкой работает на заправочной скорости 10 м/с, а затем осуществляется разгон до требуемой скорости прокатки.

Окончательная толщина и ширина полосы измеряются бесконтактными измерителями толщины и ширины, расположенными за последней чистовой клетью. После выхода из последней чистовой клети полоса транспорти-.руется отводящим рольгангом к одной из моталок.

1.2. Силовое оборудование электроприводов клетей чистовой группы и петле держателей

Чистовая группа стана включает летучие ножницы, чистовой роликовый окалиноломатель, семь клетей "кварто" №5 - №11 (последние две клети оснащены гидронажимными устройствами). Группа чистовых клетей работает в непрерывном цикле.

*

Характеристики клетей чистовой группы стана представлены в табл. П. 1.1, линейные скорости валков клети №11 при прокатке полос различной толщины - в табл. П. 1.2 приложения 1. В качестве приводного двигателя дая 5, б, 9, 10, И клетей используется двигатель П2 24/71-8, для 7, 8 клетей - двигатель- П2 24/104-8, их технические данные приведены табл. Ш.З, П. 1.4 приложения 1.

Питание якорных цепей главных приводов осуществляется от тири-

сторных агрегатов типа ТПРЗ /Ю50Т-ЇУ4 Запорожского ПО «Пре
образователь», технические данные приведены в табл. П. 1.5 приложения 1.

Схема расположения механизмов петледержателей приведена на рис. 1.1, устройство и кинематическая схема привода петледержателя представлены на рис. 1.2, а и рис. 1.2, б соответственно.

Направление прокатки

гаді

-4,1

S!

f ПД4

О I

5|

і!

Й

5|

Рис. 1.1. Схема расположения механизмов петледержателей

Петледержатель состоит из литой или сварной рамы 1 (рис. 1.2, а), вращающейся вокруг горизонтальной оси. На одной стороне рамы имеется холостой (неприводной) ролик 2 диаметром около 300 мм, на другой - противовес. Рама 1 посажена на вал 3, который может поворачиваться на некоторый угол, электродвигателем через редуктор с зубчатыми передачами. Обычно, петледержатель не уравновешен и стремится опуститься в крайнее нижнее положение. В нижнем положении рама петледержателя занимает примерно горизонтальное положение,- которое. определяется упором. При подъеме ролика над линией прокатки рама может повернуться на максимальный угол 60. Это положение также определяется упором. Длина рычага петледержателя устанавливается в пределах 0,1 от межклетевого расстояния и составляет 600 мм.

Основными требованиями к петледержателю является малая инерционность, минимальные потери на трение и долговечность. Учитывая это, система автоматического регулирования натяжения выполнена на базе подвижных петледержателей с безредукторными электромеханическими приводами, использующими двигатели специального исполнения [32] .В первых двух межклетевых промежутках установлены петледержатели с двумя двигателями, соединенными в тандем, в остальных четырех промежутках — по одному двигателю. Применение двух двигателей в первых двух промежутках вызвано большими нагрузками на данный привод.

a)

б) Рис. 1.2. Электромеханический петледержатель широкополосного стана:

а - общий вид петледержателя и проводок между клетями чистовой группы,

б - кинематическая схема привода петледержателя

В качестве электроприводов петледержателей использованы двигатели специального исполнения типа МПС-75-25. Технические данные двигателя приведены в табл.. П. 1.6 приложения 1, Для питания двигателей петледержателей используются нереверсивные тиристорные преобразователи АТ-500/230-2 ЗПО «Преобразователь», их паспортные данные приведены в табл. П. 1.7 приложения 1.

1.3, Действующая САРНиП стана 2500

1.3.1. Функциональная схема

Функциональная схема системы автоматического регулирования межклетевого натяжения и величины петли представлена на рис.. 1.3 [33].

Электроприводы чистовых клетей и электромеханических петледержателей на непрерывном стане горячей прокатки связаны между собой прокатываемой полосой, образуя систему многодвигательного электропривода. Система петлерегулирования может быть представлена в виде двух взаимосвязанных систем регулирования натяжения и петли-

Система автоматического регулирования натяжения представляет собой двухконтурную систему регулирования, управляющую электроприводом петледержателя. Исходное положение петледержателя, в отсутствие полосы в межклетевом промежутке, горизонтальное; ролик находится на линии прокатки или с некоторым превышением (8... 12 мм) над ней. В исходном положении система замкнута по положению петледержателя посредством двух контуров: контура момента (тока) и контура положения. Задающим сигналом на входе регулятора положения петледержателя (РПП) в этом режиме является начальный угол /. Наличие этого постоянного задания, удерживающего петледержатель в исходном положении, исключает зону люфта в процессе его подъема в рабочее положение и способствует опусканию его в нижнее положение без удара об амортизационный упор.

При входе полосы в последующую клеть межклетевого промежутка по сигналам индикаторов наличия полосы ИН с выхода задатчика петли ЗП на

{X)-*- Коррекция от (i-1),

(1+1) пр-ков , п

на- -

Клеть 0+0

-г' ЧІ

РН

А*

*Ф—] РПП

/Т^Е

Рис.. 1.3. Функциональная схема системы автоматического регулирования

натяжения и петли стана 2500

РН - регулятор натяжения, РПП - регулятор положения петледержателя, РТ -регулятор тока^ТП - тиристорный преобразователь, ДТ - датчик тока, МП - двигатель петледержателя, ДЭ - датчик ЭДС, РКС - регулятор коррекции скорости, PC - регулятор скорости электропривода клети, ТГ — тахогенератор, ФВУ - фазовращательное устройство, ЛС — логическая схема, ИП - индикаторы полосы, ЗП - задатчик петли

вход регулятора положения петледержателя РПП подается напряжение, линейно нарастающее до величины, пропорциональной предельному углу подъема петледержателя без полосы. Одновременно выходное напряжение ЗП подается на вход регулятора петли РП. Установившееся значение задающего сигнала по этому входу пропорционально рабочему углу (10 - 20) подъема петледержателя.

В процессе прокатки петледержатель, находясь в контакте с полосой, создает в ней усилие, определяемое уровнем ограничения РПП. Уровень ограничения РПП определяется заданным статическим моментом, зависящим от массы полосы G_m массы петледержателя G^, заданного натяжения Г и утла подъема петледержателя /? над уровнем прокатки. Кроме того, статиче-

18 ский момент на валу двигателя петледержателя зависит от момента изгиба полосы и момента трения в механизме.

Под действием усилия, создаваемого петледержателем, полоса отклоняется от линии прокатки и в межклетевом промежутке образуется петля металла. В прокатываемом металле возникает натяжение, создается силовая петля. Заданная величина петли удерживается посредством воздействия на скорость последующей или предыдущей по ходу прокатки клети межклетевого промежутка в функции отклонения рычага петледержателя от заданного положения. В режиме автоматического регулирования петли и натяжения система управления двигателем петледержателя разомкнута по положению и представляет собой одноконтурную систему регулирования тока..

Важным условием надежной работы системы является поддержание устойчивого технологического состояния металла при выходе конца полосы из межклетевых промежутков. Для этого при выходе заднего конца полосы из (*'-/)-ой клети вход задатчика петли переключается с постоянного сигнала задания на сигнал обратной полярности, пропорциональный скорости (г-/)-ой клети. Выходное напряжение ЗП линейно спадает до нуля, при этом происходит одновременное плавное снижение задания на входах РПП и РП с темпом, зависящим от скорости заднего конца полосы в предшествующем межклетевом промежутке. Задатчик петли ЗП настроен так, что к моменту выхода конца полосы из /-ой клети петледержатель следующего за ней промежутка опустится в исходное положение. Таким образом, обеспечивается поддержание натяжения на заднем конце полосы до момента выхода его из клети.

Астатический регулятор петли осуществляет корректирующее воздействие на скорость клети в функции отклонения рычага петледержателя от заданного рабочего положения. Сигнал коррекции изменяет скорость соответствующей клети так, чтобы установившееся натяжение в полосе соответствовало заданному значению.

При изменении скорости прокатки также изменяется коэффициент передачи полосы. Компенсация этого влияния на настройку регулятора петли

19 осуществляется путем умножения выходного напряжения промежуточного усилителя коррекции УКП на напряжение, пропорциональное текущей скорости 1-ой клети.

В качестве опорной клети для подачи сигналов коррекции на скорости соседних клетей принята 8-я из клеть чистовой группы. В первых промежутках сигналы коррекции подаются на предыдущие клети межклетевого промежутка, а в последних - на последующие. В системе регулирования использована групповая коррекция скорости, т.е. сигналы коррекции скорости от регуляторов петли соседних межклетевых промежутков введены в регулятор данного промежутка.

При астатическом регулировании петли положение петледержателя не характеризует величину и знак сигнала коррекции. Для согласованного взаимодействия операторов с системой на посту установлены индикаторы уровня коррекции скоростей от. петледержателей (&.У_К%). Они показывают оператору процентную величину и знак сигнала коррекции скорости. Ориентируясь на показания этих индикаторов, оператор- при необходимости вносит коррективы в скорости клетей, не выключая систему из работы.

В системе регулирования предусмотрен общий для всех промежутков

ввод задания удельного натяжения сг с возможностью оперативного изменения натяжения в каждом промежутке. Эту корректировку оператор вводит, ориентируясь на технологическое состояние полосы с помощью командоапарата тонкого задания скорости (КА).

1.3.2. Принцип регулирования натяжения петли

Статический момент на валу петледержателя определяется уравнением [4, 34]:

М =М +М +М +М +М (І І)

где М_нат - момент, создаваемый натяжением полосы в межклетевом промежутке;

20 М_изг - момент, создаваемый изгибом полосы на ролике петледержате-

ля;

М_неур - момент, создаваемый неуравновешенными частями

петледержателя;

М_п - момент, создаваемый весом полосы в межклетевом промежутке; М - момент, создаваемый силами трения в механизме. Составляющими М_изг и М можно пренебречь, поскольку они малы

и не вносят значительных изменений [4].

Составляющие М и М_п определяются из выражения:

Af«_w,+^^f_B=^?_l(Wr_c + G_nr_nd;coj^, (1.2)

где G_Heyp - вес неуравновешенных частей петледержателя;_:"

r_c ~ плечо центра масс петледержателя;

G„ - вес полосы в межклетевом промежутке;

г„д- - радиус рычага петледержателя.

Выражение для момента от натяжения можно получить из геометрических соотношений, поясняемых с помощью рис. 1,4.

Клеть і Клеть (i+J)

Рис. 1.4. Схема межклетевого промежутка для расчета составляющей

момента натяжения

F = 2T sin a;

2Ah (1.3)

sina= ;

Li kh = r_r)d sin ft.

С учетом (1.3):

r ² г ²

М_нш =4T^-sin ficosp = 2T^-sin 2$, (1.4)

где T- величина межклетевого натяжения;

L - расстояние между осями валков смежных клетей; Р - угол подъема петледержателя.

После подстановки (1.2) и (1.4) в (1.1) определяется выражение для

статического момента на валу петледержателя:

M_c^2T^r-^_Sin2p + (G_Heypr_c+G_nr_nd)cosp. (1.5)

Выражение для статического тока петледержателя:
г² 1

h = ^2T^$~J^{Sin 2}$ ⁺ -^~^(G»eyP ^Г* ^{+ G}» ^Г«»^{) CS} Р ' <¹ -^б)

где кФ_н - произведение конструктивной постоянной на магнитный поток (номинальный) двигателя петледержателя.

Выражение (1.6) представляет собой аналитическое представление закона регулирования статического тока с целью поддержания постоянства натяжения полосы при изменяющемся угле подъема петледержателя.

При управлении по удельному натяжению выражение для тока ограничения на выходе РПП (рис. 1.3) представляется в виде:

^r=2a2^J^T^sin2^ ^{+ J}^-(^G^ +QLY)cos0, (1.7)

кФ_н L кФ_н **

где Q - расчетная величина сечения полосы в межклетевом промежутке; у - удельный вес полосы.

Расчет полного заданного тока / и веса полосы по каждому проме-

22 жутку производит система формирования заданных параметров, которая представляет собой аналоговое вычислительное устройство. Исходными параметрами для нее являются:

секундный объем металла на выходе из чистовой группы Н_в V₉;

скорость прокатки в каждой клети V₍;

ширина прокатываемого металла В;

заданное значение удельного натяжения в чистовой группе кле-

теи сг ;

вес неуравновешенных частей петледержателя G_ueyp;

угол подъема петледержателя р.

Для вычисления веса в каждом межклетевом промежутке используются

следующие соотношения:

Н V Н₁ ~ —2-¹ - толщина металла в j'-м промежутке;

Qi = HjB - сечение полосы в i-ы промежутке; G_n = QjyL - вес полосы в г~м промежутке.

1.4. Технологические требования к САРНиП стана 2500

Согласно [35] действующая САРНиП стана 2500 обеспечивает выполнение следующих требований:

устойчивую прокатку во всех технологических режимах за счет поддержания минимально возможных натяжений;

независимое регулирование натяжения полосы в каждом межклетевом промежутке стана;

улучшение качества листа за счет уменьшения разнотолщинности и разноширинности прокатываемых полос;:

уменьшение вероятности возникновения аварийных ситуаций при настройке стана и в конечном итоге увеличение производительности стана;

- при прокатке должны обеспечиваться удельные натяжения в полосе

в диапазоне 0,2...0,7 кг/мм , допустимые отклонения могут составлять ±10% или не более ±0,2 кг/мм .

Требования к точности контролируемых параметров системы следующие:

- задание веса полосы - 100 кг;

- задание ширины полосы - 1мм;:

задание толщины полосы - 0,01 мм;

задание натяжения полосы — ОД кг/мм .

Однако в результате расширения сортамента прокатываемых полос диапазон регулирования натяжения существенно изменился и находится в пределах от 0,05 до 1,7 кгс/мм² (см. табл. 1Л [36]).

Таблица 1.1 Удельные натяжения в межклетевых промежутках чистовой группы стана

Разнотолщинность полосы после установки гидравлических нажимных устройств на 10 и 11 клетях и включения в работу новой САРТ на их основе не должна превышать 0,075... 0,09 мм (до реконструкции разнотолщинность составляла 0,1...0,14 мм). Кроме того, переход на тонкий сортамент потребовал увеличения скоростей прокатки. Если при прокатке полосы толщиной

24 2 мм скорость на выходе чистовой группы составляла около 13 м/с, то для полос толщиной 1,5...1,8 мм она достигает 20 м/с.

Существенно изменились требования к силовой части современных САРНиП. Так, современные петледержатели должны отвечать следующим требованиям [37]г

соответствие моментов углу поворота и поперечному сечению полосы;

создание необходимого момента при ускорении в процессе прокатки;

низкий момент инерции петле держателя и его привода;

низкий коэффициент трения в деталях транспортирующего устройства;

возможность быстрого получения точной информации об угле поворота и силе натяжения.

Таким образом, основные требования к современной САРНиП (в отличие от перечисленных требований к «традиционной» системе) направлены на обеспечение непрерывного контроля и поддержание точности регулирования натяжения как в установившихся, так и в динамических режимах. Построение САРН, обеспечивающей выполнение данного требования, является целью реконструкции, проводимой на стане 2500 в настоящее время.

В рамках исследований, проводимых в диссертационной работе необходимо дать оценку возможной замены механического оборудования петледержателей с целью снижения момента инерции. Необходимо исследование существующей САРНиП и создание научной основы для разработки современной быстродействующей САРНиП, выполненной с учетом опыта ведущих зарубежных фирм. С этой целью далее в главе приводится характеристика механического оборудования различных типов петледержателей, а также анализируются принципы построения современных систем автоматического регулирования натяжения и петли.

1.5. Физические основы работы петле держателей

Станы до начала 60-х годов как правило оснащали «моментными» пет-ледержателями, при использовании которых прокатку ведут с «силовой» петлей. По высоте подъема «моментного петледержателя» можно судить о величине натяжения в полосе.

Впервые принципы работы «моментных» петледержателей, на валу которых привод развивает постоянный момент были изложены в статье [2]. До опубликования этой работы многие специалисты ошибочно полагали, что натяжение в полосе создается за счет момента привода петледержателя, а веди-чину натяжения можно определить исходя из геометрических соотношений (рис.. 1.4), условно принимая, что концы полосы в межклетевом промежутке жестко закреплены.

При этом не учитывались основные физические особенности процесса, заключающиеся в том, что скорости входа и выхода металла из валков клети (і) и входа в клеть (/+./) являются функцией натяжения полосы и могут быть выражены следующими зависимостями [4, 34];

ty+sfru^HltMt} и (1.8)

' 60j_t

v_M =^^^[1^_м{т_Лп,н1Н-_1+})1 (L9)

ovj_M ttj

где D - диаметр рабочих валков;

J - передаточное число редуктора клети;

и - скорость приводного двигателя клети;

s — опережение металла;

Н, Н* - толщины полосы при выходе из клети и при входе в клеть, соответственно;

v, v' — скорости выхода металла из клети и входа в клеть;

Г— натяжение полосы.

Отечественный и зарубежный опыт создания САРН с использованием «моментных» петледержателей показал, что существовавшие в то время кон-

26 струкции петледержателей имели следующие недостатки, затруднявшие использование их для регулирования натяжения:

большая величина потерь на трение в редукторе петледержателя, обусловливающая значительные погрешности в натяжении;

значительный момент инерции, не позволяющий оперативно следить за нарушением секундного объема металла в межклетевом промежутке.

Стремление устранить эти недостатки привело к разработке новых конструкций петледержателей, усовершенствованию их привода и систем регулирования натяжения.

Конструкция петледержателя с гидравлическим приводом устраняла указанные выше недостатки, причем принципиальная особенность ее заключалась в формировании закона изменения момента петледержателя М в функции угла подъема Р, при котором обеспечивается постоянство статического натяжения

при изменении высоты подъема петледержателя над линией прокатки. Характер изменения момента на валу петледержателя определялся в этом случае выражением [2]:

M*T₀—sin²2j3. (1.10)

где г - длина рычага петледержателя; L - межклетевое расстояние.

Такие петледержатели в отечественной литературе стали называть безразличными, имея в виду независимость натяжения в статике от утла подъема петледержателя.

Попытки внедрения САРН с гидравлическими петледержателями были предприняты на станах 1700 Карагандинского металлургического комбината и 2000 НЛМК. Однако несовершенство конструкции гидропривода петледержателей, сложность их эксплуатации вынудили искать другие пути решения задачи. В частности, на стане 2000 НЛМК вновь вернулись к идее создания системы так называемого «прямого» регулирования натяжения, основанной на использовании статических силоизмерительных датчиков. К принципиальным

27 преимуществам такой системы относились простота и малая стоимость оборудования по сравнению с системой, использующей петледержатели с приводом.

Следующим этапом развития САРН явилось использование петледер-жателей с электроприводом. При этом наиболее эффективными оказались петледержатели с безредукторным электроприводом. Разработки новых электроприводов для петледержателей были представлены фирмами ВНИИЭлектропривод, Siemens (ФРГ), General Electric (США), Ansaldo (Италия), ASEA (Швеция), Mitsubishi (Япония). С момента своего появления и по настоящее время САРНиП на базе петледержателей с электроприводом непрерывно совершенствуются.. Такие системы в настоящее время наиболее распространены на действующих отечественных и зарубежных ШСГП. Основные этапы и направления развития САРНиП от наиболее простых с неподвижными силоизмерительными роликами до современных с малоинерционными петледержателями и микропроцессорным управлением рассмотрены в [20, 21}. Ниже приводится краткий анализ современных систем,-принципы построения которых могут быть рекомендованы к использованию при реконструкции САРНиП стана 2500.

1.6. Сравнительная характеристика петледержателей современных ШСГП

Анализ современных САРНиП позволил выделить следующие наиболее части применяемые принципы их создания;

1. Применение гидравлических или электромеханических петледержателей с повышением их быстродействия благодаря переходу от использовавшегося ранее редукторного привода к безредукторному с улучшенными динамическими показателями электродвигателей;

2* Использование для регулирования натяжения сигналов силоизме-рительных устройств, конструктивно встроенных в петледержатель;

3. Применение микропроцессорных средств управления.

28 Технические показатели САРН существенно зависят от эксплуатационных характеристик непосредственно самих петледержателей, поэтому ниже приводится их краткая характеристика.

1.6Л. Малоинерционный электромеханический петледержатель

Одним из путей повышения технических характеристик САРН является улучшение динамических показателей петледержателя. В частности, уменьшая суммарный момент инерции петледержателя, мы добиваемся того, что при прокатке малоинерционный петледержатель быстрее реагирует на изменения натяжения, соответственно быстрее формируется сигнал коррекции, что вызывает меньшие колебания натяжения. Однако кроме этого петледержатель, в соответствии со своим прямым назначением, должен поднимать полосу большого сечения, поэтому сокращение момента инерции за счет уменьшения массы рамы петледержателя имеет свои ограничения. Соотношения и доля составляющих моментов петледержателя в его суммарном моменте для тонких и толстых, полос представлены на рис. 1.5 [29].

Для оценки противоречивых требований к петледержателю специалистами завода Keihin Iron Works (Япония), предложена интегральная характеристику, показывающая эффективность работы петледержателя при различных моментах инерции. На рис. 1.6 показан график зависимости коэффициента эффективности К_э в зависимости от величины крутящего момента GO².

Коэффициент эффективности определяется зависимостью [29]:

K₉ = fa-0oY+(P-fioY\<&> чиї)

о где ct,(Jq - текущее и заданное удельные натяжения;

j3, Pq - текущее и заданное положения петледержателя:

Согласно приведенному выражению, физический смысл коэффициента заключается в том, что чем меньше разница заданного и текущего удельных натяжений, тем выше быстродействие петледержателя при отработке динамических отклонений натяжения при прокатке. Из графика видно, что

Макс.

Типа

Момент, кгс*м

Составляющие момента:

Твпд: От веса петледержателя

Твп: От веса полосы

Тег -_;. От натяжения полосы

ТиПД: ОТ ИНерЦИИ '

петледержателя

Тип: От инерции полосы

Макс.

Средн.

Мин.

Твпд

Твпд

Тигщ

Твпд

_/л

^{-^ьд}

Малое сечение металла:

Большое сечение металла

Рис. 1.5. Соотношения между суммарным моментом инерции петледержателя и его составляющими для различного сечения полосы

Ф Р s о

-e-g

в-

Крутящий момент

GO² (кг-м*)

Рис. 1.6. Зависимость коэффициента эффективности работы петледержателя

от крутящего момента

зо уменьшение момента инерции позволяет добиться меньшего интегрального отклонения (К_э) и соответственно снижения колебаний натяжения полосы. Причем степень влияния момента инерции в представленном диапазоне его изменения неравномерна. Кроме того, на модели этого же стана было показано, что использование прямого регулирования натяжения (за счет установки датчика), эквивалентно уменьшению момента инерции петледержателя в 1,7 раза [29].

1.6.2. САРН на базе гидравлических петледержателей

В современной зарубежной практике все большее количество ШСГП оснащается гидравлическими петледержателями (рис. 1.7), поскольку они отвечают наиболее жестким требованиям [5]:

малый момент инерции петли по отношению к петлевому столу и приводу;

малое трение во всей системе;

высокодинамичное регулирование;

- гибкость, обеспечивающая адаптацию момента на валу по отношению к углу вращения и поперечному сечению полосы.

Рис. 1.7. Конструкция гидравлического петледержателя фирмы Davy

Время реакции устройства, регулирующего усилие натяжения, составляет менее 30 мс, а время реакции устройства, регулирующего угол, составляет около 150 мс при повороте на угол 20 град.

Специальный гидравлический цилиндр с низким трением используется в качестве позиционирующего привода. Натяжение полосы можно рассчитать в реальном времени, исходя из измеренного усилия гидроцилиндра. Даже в случае большого перемещения петледержателя натяжение полосы остается практически постоянным по всей длине полосы. В связи с этим, по заключению фирмы Davy, в будущем гидравлические петледержатели будут широко использоваться взамен петледержателей с электрическим приводом.

В табл. 1.2 представлены сравнительные технические характеристики для различных типов петледержателей. Сравниваются: гидравлический пет-ледержатель фирмы Davy-Hoogovens, пневматический петле держатель, электрический редукторный и малоинерционный безредукторный петледержатели. Основным показателем является эффективная масса петледержателя,

Таблица 1.2-Сравнительные данные для разных типов петледержателей

32 которая для гидравлического петледержателя примерно в 5 раз меньше, а для быстродействующего электромеханического в 3 раза меньше по сравнению с обычным электромеханическим. Суммарный момент инерции гидравлического и быстродействующего электромеханического петледержателей практически одинаковы и в 3 раза меньше по сравнению с петле держателем с ре-дукторным приводом.

Согласно исследованиям, проведенным на зарубежных станах горячей прокатки, основным ограничивающим фактором в работе петледержателя является собственная частота системы «упругая масса полосы — петледержа-тель» [37]. Отклонения натяжения, превышающие эту собственную частоту, не поддаются регулированию.

На рис. 1.8 представлены характеристики отклонения натяжения при различных частотах колебания системы полоса - петледержатель. Если сравнить гидравлический привод фирмы Davy-Hoogovens и быстродействующий

Отклонение натяжения (Н/кв.мм)

1. Davy-Hoogovens

   Гидравлический ПД

   Пневматический ПД

   Безредукториый ПД

   5. Редукторний ПД
   "1 2 3 5 10 20 30 50 100

   Частота колебаний (рад/сек)

   Рис. 1.8. Сравнительный диапазон отклонений удельного натяжения в зависимости от частоты упругой системы «полоса - петледержатель» для

   петледержателей различных типов

   33 электромеханический петледержатель, то видно что максимальные отклонения удельного натяжения для обоих петледержателей практически одинако-вы (27 Н/мм и 28 Н/мм ), отличаются только частоты, соответствующие максимальным значениям отклонений (22 рад/с и 12 рад/с). Гидравлический петледержатель в данном случае является более динамичным, как и по характеристике эффективной массы (710 кг и 1310 кг). Тем не менее, быстродействующий электромеханический петледержатель имеет практически в 2 раза большее быстродействие по сравнению с обычным электромеханическим петледержателем.

   Для стана 2500 установка гидравлических петледержателей, несмотря на ряд их очевидных преимуществ, является нецелесообразной по причинам высокой стоимости, необходимости долговременной остановки стана, замены механической и электрической частей на гидравлический привод. Потребуется реконструкция оборудования практически всей чистовой группы, которая в настоящее время не предусмотрена по техническим и экономическим соображениям^

   Как было показано выше, используя малоинерционный электромеханический петледержатель, можно добиться показателей качества, соизмеримых с показателями, обеспечиваемыми гидравлическим петледержателем.

   1.7. Принципы построения современных САРНиП

   1.7.1: Системы с обратной связью по натяжению

   Согласно требованиям, предъявляемым к современным САРНиП, для регулирования натяжения в динамических режимах: необходимо иметь постоянную информацию о положении петледержателя и о натяжении полосы. В этом случае при использовании сигнала по натяжению возможны несколько вариантов построения систем автоматического регулирования, в частности система прямого регулирования с обратной связью по натяжению, сигнал которой поступает на блок задания момента двигателя петледержателя. Такая:

   34 система используется на стане Keihin Iron Works (Япония), функциональная схема представлена на рис. 1.9.

   Контроллер Процесс прокатки

   Рис. 1.9. Функциональная схема САРН на стане Keihin Iron Works (Япония)

   РПП - регулятор положения петледержателя, ЗКРСК -замкнутый контур регулирования скорости клети, БДК - блок динамической компенсации, БЗТ - блок задания тока, ЗКРТП - замкнутый контур регулирования тока петледержателя

   Ее использование позволяет увеличить быстродействие регулирования положения в 1,5 раза, по сравнению с традиционной системой, без обратной связи по натяжению. Колебания натяжения не превышают 0,1 кгс/мм² [30]. / Аналогичная система разработана фирмой INNSE в сотрудничестве с Ansaldo (Италия) (рис. 1.10) [28]. Ее использование позволяет повысить реакцию системы и снизить отклонения натяжения в процессе прокатки до ±5% (ранее достигалось ±20%).

   1.7.2. САРНиП с перекрестными связями

   Как и в традиционной САРНиП в системе регулирования натяжения с перекрестными связями, регулирование осуществляется по двум параметрам:

   3=10.8:1

   {K^P_N^K₃P_R)a
   I

   Сило измерительное устройство фирмы ASEA

   (K.jP_N + J_K)cosa

   ^f\wsa) -4¹

   Измеренное натяжений

   MD51Z

   l_N=360A

   v"

   4>ґ

   :₅jg \-

   cos a

   _r~*

   K₄P_TC(Xia

   ^J\cosa)

   Ql

   U 1Г

   Регулятор натяжения

   Заданное натяжение

   Регулятор тока

   Блок

   задания

   тока

   ) \ /

   Рис. 1.10. Функциональная схема САРН фирм INNSE и Ansaldo

   натяжению и высоте петли. Такая система применяется фирмой Mitsubishi на стане Mizushima Works (Япония) [31], функциональная схема представлена на рис.. 1.11. Заданное натяжение формируется на выходе регулятора натяжения Kj(p), поступает через промежуточный регулятор кросс-контроллера Сц(р) в систему регулирования скорости главного привода. Заданное значение угла сравнивается с фактическим, и их разность через регуляторы перекрестных связей Кгф) и С22Ф) поступает на вход регулятора тока двигателя петледержателя. В отличие от традиционной системы, в данной САРНиП предусмотрена коррекция задания натяжения и угла по сигналам рассогласования между заданным и фактическим значениями этих сигналов.

   Изначально САРН стана базировалась на пневматических петледержа-телях, установленных в 1 — 5 межклетевых промежутках и электромеханическом редукторном петледержателе в 6-м промежутке. Позже в результате исследований было принято решение в первых двух промежутках использовать

   Главный кантролпер Кроажонтроллвр

   Процесс прокатки

   м2ь

   * к,(р>

   КїіР)

   * Сц{р)

   С,_г(Р>

   Сц(р)

   С₂₂(р)

   t Y

   ЗКРСК

   _*Т^

   * зкртп —HJ *

   &Тр

   Нэгтязкение полосы

   Угол пвтледержателя

   Рис. 1.11. Структурная схема САРНиП на стане Mizushima

   бесптетлевой метод контроля натяжения, а в 3 — 6 промежутках установить безредукторные малоинерционные петледержатели со встроенными измерителями натяжения.

   Полученные результаты, характеризуются. следующими. показателями [31]:

   5. При одном и том же возмущении максимальное отклонение уд ель-ного натяжения уменьшилось с 3,3 Н/мм в традиционной для японской практики САРН с редукторным электроприводом петледержателя до 2 Н/мм в новой САРН с безредукторным электроприводом и встроенными в петле-держатель силоизмерительными датчиками для контроля натяжения.

   6. Время отработки указанного возмущения сократилось с 2 до 0,6 с.

   7. Среднеквадратичное отклонение ширины при прокатке полос в чистовой группе уменьшилось с 3,6 до 2,4 мм.

   Эти выводы подтверждаются осциллограммами процессов регулирования в САРН до и после реконструкции, представленными на рис. 1.12, а, б. На рис. 1.12, в для сравнения даны осциллограммы процессов в САРН с гидравлическим петледержателем, из которых видно, что

   **%

   Р, град 22

   t,c

   t,c

   а)

   Рис. 1.12. Осциллограммы изменения удельного натяжения и положения петледержателя при перемещении нажимных винтов на 1000 мкм (САРН

   завода Mizushima)

   САРН с безредукторным электроприводом по быстродействию и точности регулирования не уступает системе с гидравлическими петледержате-лями.

   38 Из рассмотренных вариантов для стана 2500 целесообразно исследовать вариант создания САРН по принципу, реализованному на стане Mizushima Works (Япония). Реализация сложных алгоритмов вычисления и блоков кросс-контроллера в настоящее время наиболее эффективно решается с помощью цифровых микропроцессорных систем. Реконструкция САРН стана 2500 предусматривает переход на контроллеры фирмы Siemens, которые могут быть использованы для реіпения вычислительных задач. Главная проблема в реализации подобной системы на стане заключается в отсутствии сигнала, пропорционального натяжению в полосе.

   1.8. Способы выделения сигнала, пропорционального натяжению

   1.8Л. Прямое измерение натяжения

   Большинство современных систем автоматического регулирования натяжения, используют в качестве обратной связи сигнал пропорциональный натяжению, который вычисляется по сигналу с выхода датчиков нагрузки (тордукторов, торсионов) с учетом коррекции веса полосы, веса петледержа-теля и сил инерции [38]. Подобные датчики, в частности, разработаны фирмами Hoesch (Германия) [27] и ASEA (Швеция), их диапазон измерения составляет 0-50 КН [28]. В качестве примера, на рис. I.I3 показан петледержа-тель фирмы ASEA со встроенными датчиками нагрузки;.

   Установка датчиков натяжения, аналогичных по конструкции разработкам фирмы ASEA на существующем оборудовании стана 2500 является затруднительной. Поэтому одним из возможных вариантов может быть использование косвенного метода контроля натяжения.

   1.8.2. Вычисление натяжения по параметрам электропривода п етлед ержател я

   В экспериментальных исследованиях наибольшее применение получил метод косвенного определения натяжения по моменту, развиваемому двигателем петледержателя [4, 23, 39, 40]. Однако при использовании этого метода

   Датчик ЩЙЕЩ нагрузки-

   Датчики ускорения

   Датчики f

   ускорения іг~ГТ"7
   I ft """і і «

   -Л 'І! '-

   1*~т^

   _І

   fiJ"Ti{ j J

   Рис. 1.13. Конструкция малоинерционного петледержателя фирмы ASEA со

   встроенным датчиком нагрузки

   большинство входящих в него параметров определяются расчетным путем, что приводит к большим погрешностям в определении натяжения.

   Усовершенствованная методика определения межклетевых натяжений на основе этого подхода предложена в [41]. Суть метода заключается в вычислении токов, затрачиваемых на создание натяжения по экспериментальным зависимостям рабочего тока двигателя петледержателя от уставки удельного натяжения в межклетевом промежутке. Вычислив ток, необходимый для создания натяжения, определяют момент, вертикальное усилие на ролике петледержателя и натяжение:

   Т = -

   LM„

   (1.12)

   40 где L — межклетевое расстояние;

   М_нш - номинальный момент двигателя петледержателя;

   R - радиус рычага подъема петледержателя; а - угол подъема рычага петледержателя; 1_Н - ток, расходуемый на создание натяжения;

   1_ном - номинальный ток двигателя петледержателя.

   Искомое удельное натяжение с учетом сечения полосы (bh) определяется следующим образом:

   *"= ^(1ЛЗ)

   В целях оценки точности предложенного метода были проведены специальные измерения вертикального усилия на ролике петледержателя. Для этого в исследуемом межклетевом промежутке был установлен тензометри-ческий динамометр, который фиксировал вертикальное усилие на ролике петледержателя. Вычисление натяжения производилось по следующей зависимости:

   IP
   T = =f, (1.14)

   где Р_в - величина вертикального усилия на ролике.

   Сопоставление величин удельных натяжений, рассчитанных с помощью вертикальных усилий на ролике петледержателя по (1.14), определенных опытным путем, и тока двигателя петледержателя, входящего в (1.12), измеренного экспериментально подтвердили удовлетворительную сходимость полученных результатов (±8%).

   Исследование динамических колебаний межклетевых натяжений в последнем межклетевом промежутке чистовой группы стана, где эксплуатировался петледержатель конструкции ВНИИМЕТМАШ, снабженный силоиз-мерительными устройствами, производилось в работе [42]. Определение динамических колебаний натяжения проводилось тремя методами:

   - по изменению угла поворота вала петледержателя;

   по показаниям датчйкалинейных ускорений (акселерометра);

   по показаниям силоизмерительных датчиков, установленных под корпусами подшипников ролика петледержателя.

   Динамическая составляющая натяжения определялась по формуле [42]:

   T'an—J^- 2¹. , (1.15)

   at Ar sinlty

   где J — момент инерции петледержателя и привода; L - длина межклетевого промежутка; R — длина рычага петледержателя;

   v ^dV

   Угловое ускорение петледержателя є = —— определялось через радили

   ус кривизны графика изменения угла поворота петледержателя от времени, по осциллограммам.

   Результаты измерений всеми тремя методами на полосах 3x1250 мм и 8x1250 мм из стали СтЗсп обеспечили весьма схожие результаты: динамические отклонения удельных натяжений в процессе захвата достигают величин -порядка 2,2 кг/мм , в процессе прокатки амплитуда сигналов находится в пределах 0,14 - 0, 36 кг/мм² [42].

   В качестве рекомендаций для ограничения колебаний предлагалось усовершенствовать конструкцию петледержателя, уменьшив длину его рычага и применив двигатель с меньшим моментом инерции, а так же использовать корректирующий сигнал по натяжению в качестве обратной связи в системе автоматического регулирования натяжения.

   1.83. Косвенное определение натяжения по параметрам электроприводов клетей

   Другую возможность контроля и регулирования натяжения на ШСГП обеспечивает метод косвенного вычисления по параметрам электроприводов прокатных клетей. Такой подход наиболее актуален и применяется в ситуациях, когда вследствие большой жесткости металла или из-за технологиче-

   42 ских особенностей прокатки невозможно контролировать натяжение с помощью летлеобразующих устройств. К таким агрегатам относятся сортопрокатные станы, а также непрерывные черновые группы клетей и первые клети чистовых групп.

   Метод контроля основан на энергетической взаимосвязи прокатных клетей в непрерывной группе, согласно которой при прокатке с натяжением или подпором через прокатываемый металл происходит передача энергии от одной клети к другой и изменяются параметры прокатки [43].

   При энергетическом подходе момент прокатки определяется выражением:

   Мі^Міо-Цкі + кїГмИі, (1.16)

   где Мм - момент свободной прокатки (при нулевом натяжении); Ту_у, Ту- заднее и переднее натяжения, соответственно; Rl - катающий радиус валка;

   і- номер клети;

   к] - коэффициент, зависящий от обжатия в клети.

   При идеальном вьшолнении гипотезы, лежащей в основе энергетического подхода, значение

   ^kl ~ /Qt-i'

   где Qi, Qi^j - сечения металла на выходе и входе клети /.

   Из выражения (1.16) следует, что величина момента прокатки М^ зависит не только от натяжений, но и от величины Mjg, которая может меняться

   в процессе прокатки. Эти изменения обусловлены в основном изменениями сопротивления деформации из-за нестабильности температуры проката. Так, падение температуры металла на входе в клеть (например, в зоне глиссажной метки) приводит к росту сопротивления деформации и к увеличению момента прокатки и тока двигателя. Регулятор воспринимает это как уменьшение натяжения, которое на самом деле не изменилось, и оказывает воздействие на

   43 его увеличение. Наоборот, при разогреве металла регулятор будет уменьшать межклетевое натяжение. Такая работа регулятора не приводит к стабилизации натяжения, причем в ряде случаев возможно возникновения аварийных режимов.

   Этот недостаток можно исключить, если управление скоростью валков осуществлять в функции приращения отношения момента к усилию прокатки

   (мЛ

   от значения, заданного непосредственно перед входом металла в

   У Pi J

   клеть /+/, когда натяжение Г/ еще отсутствует. Идея такого способа основана на предположении, что отношение момента свободной прокатки М\ к усилию прокатки:/) не зависит от сопротивления деформации, В этом случае

   изменение температуры металла не будет влиять на величину при посто
   ві

   янных натяжениях, в то время как изменение натяжения Г,- вызовет измене-

   ниє составляющей-момента- TjRf и-соответствующее-изменение- , что и

   предполагает возможность косвенного измерения и регулирования межклетевых натяжений.

   Однако практическая реализация этого способа управления встречает большие трудности. Доля момента прокатки, обусловленная натяжением полосы TjRi, обычно мала по сравнению с моментом свободной прокатки Мю (4-5 %). Поэтому момент прокатки M-_t необходимо измерять с высокой точностью, а это затруднено помехами, величина которых имеет тот же порядок, что и измеряемое отклонение.

   Наиболее прост и надежен метод измерения момента прокатки по моменту двигателя главного электропривода, вычисляемого исходя из значений тока якоря и магнитного потока (тока возбуждения). Упрощенная структура системы выделения натяжения в одном межклетевом промежутке по параметрам привода клети представлена на рис. 1.14.

   Ті-і

   езн,,і

   &Z+

   ин>

   :: г,

   БЯ,

   ХФ:

   I^м дві „

   х -и2н

   Мі/

   JX7I /^PL

   &і\-+& - х

   -&-^

   _мз-ч

   Рис. 1.14. Структурная схема вычислительного блока для косвенного измерения натяжения по параметрам привода клети

   Натяжение в г-м межклетевом промежутке может быть найдено по

   (мЛ

   измеренным значениям Л\ и і} с учетом натяжения ^7}_/ в преды
   дущем межклетевом промежутке, величина которого определяется анало
   гично.

   _'мЛ

   * /

   (1.17)

   _т,=-

   1-І

   Д,

   + к_}-АТ,

   Для первого межклетевого промежутка заднее натяжение отсутствует, поэтому:

   Ті —

   Л,-

   (1.18)

   і_в1 - ток возбуждения двигателя і-й прокатной клети,

   ИНі — сигнал с датчика наличия металла в і-й прокатной клети,

   45 І_Я1 - ток якоря двигателя і-й прокатной клети,

   ю_ві - угловая скорость вращения валков і-й прокатной клети,

   Pi - усилие прокатки в і-й клети,

   Hj - толщина прокатываемого металла на выходе і-й клети, -

   В - ширина прокатываемого металла,

   ст,- удельное натяжение металла на выходе і-й клети,

   БЩ - блок нелинейности, реализующий, кривую намагничивания

   БЗі - блок запоминания, обеспечивающий запоминание и хранение от-

   Мі , „

   ношения величины при свободной прокатке переднего конца прокаты-

   П ваемого металла (пока передний конец не вошел в последующую клеть межклетевого промежутка),

   БЗНі — блок запоминания, обеспечивающий запоминание и хранение величины 7}_/ при свободной прокатке переднего конца прокатываемого металла (пока передний конец не вошел в последующую клеть межклетевого промежутка).

   ^M^^^J^-^=SJ,&»'P* ^(U9)

   где р — оператор Лапласа.

   Возможность косвенного вычисления натяжения в режиме реального времени появилась благодаря использованию компьютерных средств. Ранее попытки реализовать подобные системы в аналоговом виде давали большие погрешности в результатах. Применение метода контроля натяжений по параметрам электроприводов прокатных клетей в последних межклетевых промежутках не является целесообразным в связи с малым сечением металла и соответственно низкой составляющей натяжения в якорном токе двигателя. Метод может быть рекомендован к использованию в первых промежутках чистовой группы клетей.

   46 Кроме того, реализация данного метода на стане 2500 затруднительна в связи с отсутствием доступа (удаленностью) к датчикам давления металла.

   В связи с изложенным целесообразно проведение исследований с целью оценки возможности реализации метода расчета межклетевых натяжений по параметрам электропривода петледержателя.

   1.9. Выводы и постановка задачи исследований

   Выводы:

   1. Представлены функциональная схема, принцип регулирования

   натяжения и петли и технологические требования, предъявляемые к существующей САРНиП широкополосного стана горячей прокатки 2500 ОАО «ММК». Сформулированы требования к петледержателям и системам управления современных широкополосных станов, основными из которых являются непрерывный контроль и регулирование натяжения во всех режимах, включая динамические- Показано, что в связи с переходом на прокатку полос толщиной 1,5-1,8 мм, существующая САРНиП не обеспечивает возросшие требования к точности регулирования натяжения в динамических режимах.

   2. Сформулированы принципы построения современных САРНиП,
   основными из которых являются использование быстродействующих
   петледержателеи, силоизмерительных устройств, конструктивно встро
   енных в петледержатель и применение микропроцессорных систем
   управления.

   3. Дана сравнительная характеристика малоинерционных элек
   тромеханических и гидравлических петледержателеи современных
   ШСГП. Показано, что по быстродействию, частотным свойствам они
   имеют практически аналогичные характеристики. Отмечено, что при
   менение гидравлических петледержателеи на стане 2500 в настоящее
   время с технической и экономической точек зрения нецелесообразно.

   4. Выделены основные принципы построения современных

   САРНиП. Рассмотрены системы с обратной связью по натяжению и САРНиП с перекрестными связями. Показано, что опыт эксплуатации систем с перекрестными связями на ряде зарубежных станов горячей прокатки позволяет сделать вывод о целесообразности проведения исследований с целью оценки возможности и обоснования целесообразности разработки аналогичной системы для стана 2500.

   5. Рассмотрены способы выделения и непрерывного контроля на
   тяжения в ходе прокатки. Отмечено, что установка датчиков прямого
   измерения натяжения: на существующих петле держателях стана 2500
   затруднительна. Дана сравнительная характеристика систем косвенного
   вычисления натяжения по параметрам электропривода петледержателя,
   энергетическим параметрам прокатки и по параметрам электроприводов
   прокатных клетей. Обоснована необходимость проведения исследова
   ний с целью получения сигнала, пропорционального натяжению в ре
   альном времени.

   Постановка задачи исследований:.:

   1. Экспериментальные исследования действующей САРНиП стана
   2500, с целью оценки показателей регулирования натяжения в динамических
   режимах.

   2. В связи с отсутствием на стане необходимой системы сбора и отображения информации, ставится задача создания компьютерного регистратора сигналов, позволяющего записывать и отображать осциллограммы электроприводов в реальном времени,

   3. Разработка математической модели межклетевого промежутка как объекта автоматического управления, включающей электроприводы клетей, САРНиП на базе электромеханического петледержателя, С APT с гидравлическим приводом нажимных устройств, построенной с учетом взаимосвязи названных приводов через обрабатываемый металл.

   4. Проведение исследований на математической модели с целью
   определения показателей регулирования натяжения в существующей
   системе в различных динамических режимах. Оценка влияния инерци
   онных свойств петледержателя на точность регулирования натяжения.

   5. Разработка функциональной схемы быстродействующей
   САРНиП, обеспечивающей улучшение характеристик регулирования на
   тяжения в динамических режимах.

   6. Разработка функциональной схемы косвенного выделения сигнала, пропорционального натяжению, по параметрам электропривода петледержателя. Оценка точности вычисления натяжения.

   7. Исследование разработанной САРНиП и системы косвенного вычисления натяжения на математической модели. Рекомендации по применению результатов исследований при реконструкции САРНиП стана 2500.

   Силовое оборудование электроприводов клетей чистовой группы и петледержателей

   Функциональная схема системы автоматического регулирования межклетевого натяжения и величины петли представлена на рис.. 1.3 [33].

   Электроприводы чистовых клетей и электромеханических петледержателей на непрерывном стане горячей прокатки связаны между собой прокатываемой полосой, образуя систему многодвигательного электропривода. Система петлерегулирования может быть представлена в виде двух взаимосвязанных систем регулирования натяжения и петли Система автоматического регулирования натяжения представляет собой двухконтурную систему регулирования, управляющую электроприводом петледержателя. Исходное положение петледержателя, в отсутствие полосы в межклетевом промежутке, горизонтальное; ролик находится на линии прокатки или с некоторым превышением (8... 12 мм) над ней. В исходном положении система замкнута по положению петледержателя посредством двух контуров: контура момента (тока) и контура положения. Задающим сигналом на входе регулятора положения петледержателя (РПП) в этом режиме является начальный угол /. Наличие этого постоянного задания, удерживающего петледержатель в исходном положении, исключает зону люфта в процессе его подъема в рабочее положение и способствует опусканию его в нижнее положение без удара об амортизационный упор.

   При входе полосы в последующую клеть межклетевого промежутка по сигналам индикаторов наличия полосы ИН с выхода задатчика петли ЗП на вход регулятора положения петледержателя РПП подается напряжение, линейно нарастающее до величины, пропорциональной предельному углу подъема петледержателя без полосы. Одновременно выходное напряжение ЗП подается на вход регулятора петли РП. Установившееся значение задающего сигнала по этому входу пропорционально рабочему углу (10 - 20) подъема петледержателя.

   В процессе прокатки петледержатель, находясь в контакте с полосой, создает в ней усилие, определяемое уровнем ограничения РПП. Уровень ограничения РПП определяется заданным статическим моментом, зависящим от массы полосы Gm массы петледержателя G , заданного натяжения Г и утла подъема петледержателя /? над уровнем прокатки. Кроме того, статиче 18 ский момент на валу двигателя петледержателя зависит от момента изгиба полосы и момента трения в механизме.

   Под действием усилия, создаваемого петледержателем, полоса отклоняется от линии прокатки и в межклетевом промежутке образуется петля металла. В прокатываемом металле возникает натяжение, создается силовая петля. Заданная величина петли удерживается посредством воздействия на скорость последующей или предыдущей по ходу прокатки клети межклетевого промежутка в функции отклонения рычага петледержателя от заданного положения. В режиме автоматического регулирования петли и натяжения система управления двигателем петледержателя разомкнута по положению и представляет собой одноконтурную систему регулирования тока..

   Важным условием надежной работы системы является поддержание устойчивого технологического состояния металла при выходе конца полосы из межклетевых промежутков. Для этого при выходе заднего конца полосы из ( -/)-ой клети вход задатчика петли переключается с постоянного сигнала задания на сигнал обратной полярности, пропорциональный скорости (г-/)-ой клети. Выходное напряжение ЗП линейно спадает до нуля, при этом происходит одновременное плавное снижение задания на входах РПП и РП с темпом, зависящим от скорости заднего конца полосы в предшествующем межклетевом промежутке. Задатчик петли ЗП настроен так, что к моменту выхода конца полосы из /-ой клети петледержатель следующего за ней промежутка опустится в исходное положение. Таким образом, обеспечивается поддержание натяжения на заднем конце полосы до момента выхода его из клети.

   Астатический регулятор петли осуществляет корректирующее воздействие на скорость клети в функции отклонения рычага петледержателя от заданного рабочего положения. Сигнал коррекции изменяет скорость соответствующей клети так, чтобы установившееся натяжение в полосе соответствовало заданному значению.

   При изменении скорости прокатки также изменяется коэффициент передачи полосы. Компенсация этого влияния на настройку регулятора петли осуществляется путем умножения выходного напряжения промежуточного усилителя коррекции УКП на напряжение, пропорциональное текущей скорости 1-ой клети.

   В качестве опорной клети для подачи сигналов коррекции на скорости соседних клетей принята 8-я из клеть чистовой группы. В первых промежутках сигналы коррекции подаются на предыдущие клети межклетевого промежутка, а в последних - на последующие. В системе регулирования использована групповая коррекция скорости, т.е. сигналы коррекции скорости от регуляторов петли соседних межклетевых промежутков введены в регулятор данного промежутка.

   При астатическом регулировании петли положение петледержателя не характеризует величину и знак сигнала коррекции. Для согласованного взаимодействия операторов с системой на посту установлены индикаторы уровня коррекции скоростей от. петледержателей (&.УК%). Они показывают оператору процентную величину и знак сигнала коррекции скорости. Ориентируясь на показания этих индикаторов, оператор- при необходимости вносит коррективы в скорости клетей, не выключая систему из работы.

   В системе регулирования предусмотрен общий для всех промежутков ввод задания удельного натяжения сг с возможностью оперативного изменения натяжения в каждом промежутке. Эту корректировку оператор вводит, ориентируясь на технологическое состояние полосы с помощью командоапарата тонкого задания скорости (КА).

   Расчет контуров регулирования натяжения и положения петледержателя в исходном состоянии

   Представлены функциональная схема, принцип регулирования натяжения и петли и технологические требования, предъявляемые к существующей САРНиП широкополосного стана горячей прокатки 2500 ОАО «ММК». Сформулированы требования к петледержателям и системам управления современных широкополосных станов, основными из которых являются непрерывный контроль и регулирование натяжения во всех режимах, включая динамические- Показано, что в связи с переходом на прокатку полос толщиной 1,5-1,8 мм, существующая САРНиП не обеспечивает возросшие требования к точности регулирования натяжения в динамических режимах.

   Сформулированы принципы построения современных САРНиП, основными из которых являются использование быстродействующих петледержателеи, силоизмерительных устройств, конструктивно встро енных в петледержатель и применение микропроцессорных систем управления. Дана сравнительная характеристика малоинерционных элек тромеханических и гидравлических петледержателеи современных ШСГП. Показано, что по быстродействию, частотным свойствам они имеют практически аналогичные характеристики. Отмечено, что при менение гидравлических петледержателеи на стане 2500 в настоящее время с технической и экономической точек зрения нецелесообразно. 4. Выделены основные принципы построения современных САРНиП. Рассмотрены системы с обратной связью по натяжению и САРНиП с перекрестными связями. Показано, что опыт эксплуатации систем с перекрестными связями на ряде зарубежных станов горячей прокатки позволяет сделать вывод о целесообразности проведения исследований с целью оценки возможности и обоснования целесообразности разработки аналогичной системы для стана 2500. 5. Рассмотрены способы выделения и непрерывного контроля на тяжения в ходе прокатки. Отмечено, что установка датчиков прямого измерения натяжения: на существующих петле держателях стана 2500 затруднительна. Дана сравнительная характеристика систем косвенного вычисления натяжения по параметрам электропривода петледержателя, энергетическим параметрам прокатки и по параметрам электроприводов прокатных клетей. Обоснована необходимость проведения исследова ний с целью получения сигнала, пропорционального натяжению в ре альном времени. Постановка задачи исследований:.: 1. Экспериментальные исследования действующей САРНиП стана 2500, с целью оценки показателей регулирования натяжения в динамических режимах. 2. В связи с отсутствием на стане необходимой системы сбора и отображения информации, ставится задача создания компьютерного регистратора сигналов, позволяющего записывать и отображать осциллограммы электроприводов в реальном времени, 3. Разработка математической модели межклетевого промежутка как объекта автоматического управления, включающей электроприводы клетей, САРНиП на базе электромеханического петледержателя, С APT с гидравлическим приводом нажимных устройств, построенной с учетом взаимосвязи названных приводов через обрабатываемый металл. 4. Проведение исследований на математической модели с целью определения показателей регулирования натяжения в существующей системе в различных динамических режимах. Оценка влияния инерци онных свойств петледержателя на точность регулирования натяжения. 5. Разработка функциональной схемы быстродействующей САРНиП, обеспечивающей улучшение характеристик регулирования на тяжения в динамических режимах. 6. Разработка функциональной схемы косвенного выделения сигнала, пропорционального натяжению, по параметрам электропривода петледержателя. Оценка точности вычисления натяжения. 7. Исследование разработанной САРНиП и системы косвенного вычисления натяжения на математической модели. Рекомендации по применению результатов исследований при реконструкции САРНиП стана 2500. Проведение исследований динамических режимов существующей САРНиП при возмущающих воздействиях, изменении параметров прокатки и настроек контуров регулирования на действующем стане без его остановки практически невозможно. Поэтому в качестве основного метода исследований принято математическое моделирование с проверкой основных полученных результатов экспериментальным путем.

   Создаваемая математическая модель должна включать в свой состав главный электропривод, снабженный системой автоматического регулирований скорости, электропривод петледержателя: в составе действующей САРНиП и гидравлический привод нажимного устройства в составе системы автоматического регулирования толщины (СAPT). Соответственно возникает задача расчета контуров автоматического регулирования всех систем, соответствующей их реальной настройке на стане.

   Математическая модель должна быть разработана с учетом взаимосвязи электроприводов межклетевого промежутка через прокатываемую полосу, а также с учетом взаимосвязи гидравлических нажимных устройств и главного электропривода через обрабатываемый металл. Поскольку динамические модели как электро- и гидроприводов, так и их взаимосвязей, строятся на основе систем дифференциальных уравнений, описывающих состояние объекта с рядом допущений, необходима проверка адекватности разработанной модели исследуемому объекту.

   Кроме того, созданная модель составит основу модели для исследований динамических свойств САРНиП с улучшенными динамическими характеристиками, разработка которой является главной целью диссертационной работы.

   Влияние момента инерции системы «петледержателъ-полоса»

   Список сигналов, необходимых для осциллографирования, составлялся с целью анализа работы САРНиП в следующих режимах: - подъем на максимальную высоту и опускание петледержателя во время перевалки; - подъем петледержателя при захвате полосы последующей клетью; - режим прокатки.полосы с возмущениями, вызванными изменением скоростей клетей либо перемещением нажимных устройств. Основные эксперименты проводились в машинном зале №1 в период с 10.10.2002 по 26.11.2002. Сигналы снимались с блоков системы управления электроприводами. 5-го и 6-го петледержателей. Перечень контролируемых сигналов: 1. Угол подъема петледержателя №5 - основная характеристика механизма петледержателя, которая позволяет отслеживать текущее положение и используется в системе управления для формирования сигнала коррекции скорости клети. 2. Ток двигателя петледержателя №5 - характеристика электропривода петледержателя, по характеру и уровню которой можно оценить характер изменения натяжения в межклетевом промежутке; 3. ЭДС двигателя петледержателя №5 - необходима для вычисления скорости перемещения рычага петледержателя, также используется в контуре регулирования петли в качестве сигнала стабилизирующей обратной связи; 4. Собственная коррекция петледержателя №5 — сигнал разности между заданным и текущим положением петледержателя, используется для формирования корректирующего воздействия на скорость 10-й клети; 5. Коррекция от петледержателя №4 — в сумме с собственной коррекцией 5-го петледержателя образует сигнал групповой коррекции для подачи на регулятор скорости 10-й клети; 6. Выход регулятора положения петледержателя №5 — является сигна лом задания тока двигателя петледержателя. 7. Скорость 10-й клети - на эту клеть подается групповая коррекция от 5-го петледержателя. При: одновременном исследовании двух межклетевых промежутков список дополнялся аналогичными сигналами для электропривода 6-го петледержателя. При проведении ряда экспериментов осциллографировались следующие сигналы: 1. Задание положения петледержателей №5, 6 — используется для формирования корректирующего воздействия на скорость 10, 11-й клети, а так же позволяет судить о том, вызваны ли изменения положения внешним возмущением, либо изменением задания на положение петледержателя, 2... Групповая коррекция от 5, 6-го петледержателей — суммарный сигнал коррекции для изменения скорости последующей клети. 3. Задание на ток двигателей 5, 6-го петледержателей, так как выходные, сигналы, регуляторов-тока сложно использовать для анализа в связи с большими колебаниями, вызванными помехами. 4. Задание на натяжение в системе 5-го петледержателя - сигнал, поступающий в блок формирования натяжения с пульта оператора. 5. Выход регулятора натяжения петледержателя №5 — сигнал, поступающий в качестве ограничения на регулятор положения петледержателя. 6. Выход задатчика петли для петледержателя №5 — формирует линейно нарастающий сигнал при включении САРНиП и подъеме петледержателя на рабочий угол. 7. Сигнал наличия металла в 10, 11 клетях — обеспечивает включение САРНиП в 5-м, 6-м межклетевых промежутках.. 3.2.2. Результаты осциллографирования режимов работы САРНиП Ниже приводится анализ характерных осциллограмм в различных режимах, позволяющий сделать выводы о качестве работы системы. Осциллограммы захвата полосы при прокатке представлены на рис. 3.4, а. На рисунке видны характерные колебания положения петледержателя (сигнал 1) при выходе на рабочий угол. Перерегулирование по положению в данном случае составляет 48%, время переходного процесса -1,5-1,7 с. Сигнал 2 - выход регулятора положения петледержателя, является заданием на ток двигателя петледержателя. Видно, что ток двигателя петледержателя (сигнал 3) отличается от сигнала задания большей колебательностью. Сигнал 4 - ЭДС двигателя петледержателя — сигнал, пропорциональный скорости двигателя. Сигнал коррекции скорости главного электропривода (5) определяется как разность между заданным и текущим положением петледержателя, поэтому его характер аналогичен сигналу (1).

   На рис. 3.4, б показаны аналогичные осциллограммы при выходе полосы из предыдущей клети. В конце прокатки (приблизительно за 2 с до того, как из предыдущего межклетевого промежутка выйдет металл и петледержа-тель начнет опускаться в нулевой угол), наблюдаются характерные колебания угла подъема петледержателя (1), ЭДС двигателя петледержателя (4) и, как следствие, - сигнала коррекции скорости клети (5). Выходной сигнал регулятора положения петледержателя (2) остается на заданном уровне и не имеет колебаний.

   Процессы, происходящие" в системе автоматического регулирования при изменении положения нажимных винтов предыдущей клети, показаны на рис. 3.4, в. В момент времени t«33 с происходит увеличение межвалкового зазора, следствием которого является уменьшение опережения и снижение скорости выхода металла из предыдущей клети (6). Следствием этого является изменение положения петледержателя (уменьшение угла, кривая 1), возникает сигнал коррекции скорости последующей клети (5). В результате коррекции уменьшается скорость последующей клети (7), петледержатель восстанавливает свое положение (1) (выходит на рабочий угол) и переходный процесс завершается. Время переходного процесса составляет 2 — 2,2 с.

   На рис. 3.4, г отражен процесс «раскачивания» системы при прокатке. Такой режим является аварийным. Источником возникновения колебаний является сигнал выхода регулятора положения петледержателя (2), который вызывает колебания тока (3), положения петледержателя (1), ЭДС двигателя (4) и сигнала коррекции скорости клети (5). Компьютерный регистратор позволяет диагностировать состояние не только систем управления, но и механических частей оборудования [67]. На рис. 3.5 приведены осциллограммы до (рис. 3.5, а) и после (рис. 3.5, б) замены ролика и подшипников на валу петледержателя в пятом межклетевом промежутке. Характерным режимом проверки является опускание петледержателя из «перевалочного» угла в начальный (около 8). В результате экспериментов установлено, что после ремонта петледержатель перемещается ниже заданного начального уровня, с последующим возвращением в заданное положение (рис. 3.5, б, кривая 1, момент времени t«29,ll с), что свидетельствует о том, что был изменен вес ролика и уменьшено трение в механической части. Аналогичный эксперимент (рис. 3.5, а), проведенный до ремонта, показывает, что сигнал, пропорциональный положению петледержателя (1), достигает заданного значения без перерегулирования (момент времени t 36,51 с).

   Алгоритм вычисления и структурная схема системы

   Аналогичные сравнения в режимах изменения положения петледержателя и изменения скорости последующей клети, подтверждают значительное расхождение интегральных показателей в пользу предлагаемой системы, особенно существенное при уменьшении толщины полосы. Это свидетельствует о большей эффективности предлагаемой системы по сравнению с существующей, что наиболее важно при переходе на сортамент тонких полос (толщиной 2 мм и ниже).

   Таким образом, проведенные исследования показывают, что за счет введения обратной связи по удельному натяжению, а так же использования перекрестных, компенсирующих связей предлагаемая система обеспечивает более высокие показатели качества регулирования удельного натяжения во всех динамических режимах при отработке возмущающих воздействий.

   В подтверждение сделанному заключению ниже приводятся результаты исследований влияния компенсирующих перекрестных связей на показатели переходных процессов.

   Для оценки влияния дополнительно введенных перекрестных связей между системами регулирования натяжения и положения на переходные процессы в предлагаемой системе на рис. 5.10 и 5.11 представлены кривые изменения положения и удельного натяжения в режимах захвата полосы и изменения задания на положение петледержателя. Расчетные кривые «без компенсации» получены без использования блоков Сп(р) и С2і(р), (рис. 4.1) результаты «с компенсацией» получены при включении этих блоков. В процессе захвата отсутствие перекрестных связей приводит к отрицательному отклонению удельного натяжения (рис. 5.9, б), которое достигает 30% и обусловлено одновременным изменением задания на натяжение и на положение петледержателя. Обратное влияние (системы регулирования натяжения на систему регулирования положения) оказывается менее существенным: перерегулирование по положению с замкнутыми и разомкнутыми связями отличается не более чем на 1%.

   При изменении задания на положение петледержателя прослеживаются аналогичные различия в изменениях удельного натяжения (рис.. 5.11,6% кривые регулирования положения (рис. 5.11, а) практически совпадают В системе «без компенсации» изменение натяжения имеет колебательный характер, максимальная амплитуда составляет около 1 МН(м , тогда как для системы с перекрестными связями максимальное отклонение натяжения равно 0,1МН/м2.

   Таким образом,. очевидно, что использование перекрестных связей в предлагаемой системе обеспечивает существенное ослабление влияния регулирования положения петледержателя на регулирование натяжения, значительно ослабляя тем самым взаимное влияние двух систем регулирования в составе САРНиП.

   Поскольку наибольший интерес для исследования представляют последние межклетевые промежутки, в которых толщина полосы изменяется в диапазоне 1,8—10 мм, а также возникают максимальные отклонения натяжения, выполнен анализ переходных процессов положения /3 и удельного натяжения а при захвате полосы последующей клетью для трех последних межклетевых промежутков. Результаты представлены на. рис.. 5Л2. В отличие от переходных процессов, представленных на рис. 3.6, в существующей системе, не имеющей контура регулирования натяжения, в предлагаемой системе процессы изменения удельного натяжения и положения для различных промежутков практически идентичны, различия в характерных точках не превышают 1%. Время переходного процесса составляет 06...0,8 с. На рис. 5.13 представлены кривые, полученные при изменении на 1% скорости последующей клети для исследуемых промежутков, на рис. 5.14 — те же кривые при изменении межвалкового зазора предыдущей клети на 1%. Общая тенденция этих процессов такова: в каждом последующем промежутке максимальное отклонение удельного натяжения больше чем в предыдущем. Так, при изменении скорости клети (рис. 5.13,6) максимальные отклонения составляют: для 4-го промежутка - 0,5МН/м2 , для 5-го — 0,75 МНJ м , для 6-го — 1,05 МН/м ,. Время регулирования - 0,3с. Отклонения при изменении межвалкового зазора (рис. 5 Л4, б): для 4-го промежутка — 0,5МН/м2 , для 5-го - 0,7МН/м2 , для 6-го - 0,9МН/м2 . Отклонение петледержателя во всех случаях не превышает 5%. Аналогичная ситуация наблюдается при исследовании прокатываемых полос различной толщины в одном межклетевом промежутке (рис. 5.15, был принят последний 6-й промежуток). Ширина всех полос 1250 мм, толщины составляли 2 мм, 5 мм, 8 мм и 10 мм. В процессе захвата кривые положения петледержателя (рис, 5.15, а) и удельных: натяжений (рис. 5.15, б), как и в случае с различными межклетевыми промежутками, совпадают с погрешностью не более 1%... Кривые положения петледержателя и удельного натяжения.при изменении задания на положение и изменении межвалкового зазора представлены на рис. 5.16 и рис. 5.17, соответственно. Величины отклонений и время регулирования натяжения в этих режимах представлены в табл. 5.6. Анализ позволяет сделать вывод, что во всех режимах с уменьшением толщины полосы наблюдается увеличение максимальных динамических отклонений удельного натяжения, однако эти отклонения существенно меньше, чем в существующей САРНиП.

   Похожие диссертации на Совершенствование электромеханической системы регулирования натяжения полосы широкополосного стана горячей прокатки

   

   Совершенствование электромеханической системы косвенного регулирования натяжения полосы широкополосного стана горячей прокаткиШиляев Павел Владимирович

   

   Электромеханическая система регулирования натяжения тонкой полосы широкополосного стана горячей прокатки Храмшин Вадим Рифхатович

   Совершенствование системы управления электроприводом отводящего рольганга широкополосного стана горячей прокаткиШвидченко, Николай Владимирович

   

   Совершенствование системы управления скоростными режимами электроприводов непрерывной группы широкополосного стана горячей прокаткиАндрюшин, Игорь Юрьевич

   Электротехническая система автоматического регулирования толщины полосы широкополосного стана горячей прокаткиПетряков, Сергей Анатольевич

   

   Разработка электротехнических систем непрерывной группы стана горячей прокатки при расширении сортамента полосХрамшин, Вадим Рифхатович

   

   Система управления реактивной мощностью тиристорных электроприводов широкополосного стана горячей прокаткиЖуравлев Юрий Петрович

   

   Модернизация многосвязной системы электропривода непрерывного листового стана холодной прокаткиБодров Евгений Эдуардович

   

   Система диагностирования электропривода отводящего рольганга широкополосного стана горячей прокаткиПишнограев Роман Сергеевич

   

   Электропривод механизма подачи стана холодной прокатки труб с синхронной реактивной машиной независимого возбужденияБелоусов Евгений Викторович