Система автоматического регулирования уровня металла в кристаллизаторе машины непрерывного литья заготовок

Ток на термопаре в момент измерения температуры [6]:

I = 10-9 A,

ЭДС = 10 мВ.

Диапазон измеряемых температур составляет 0ч600°С.

Выбираем Хромель-копелевую  термопару марки ТХК-146, сталь  Х18Н10Т, общая длина 500 мм [5].

Преобразовательное устройство ПУ1 – для преобразования сигнала управления гидроприводом стопорного затвора.

Преобразовательное устройство ПУ2 – для преобразования и усиления сигнала от термопары.

Для данной системы регулирования  подходит преобразовательное устройство марки П9701, с рабочим током 20 мА [5].

 

4. Расчет динамических  характеристик и передаточных  коэффициентов элементов системы

 

1. Расчёт постоянных времени  элементов системы.

Так как гидропривод «жёсткий», следовательно, время работы гидроцилиндра  и стопора одинаково:

 

Тгц = Тст

 

где Тгц – постоянная времени гидроцилиндра;

Тст – постоянная времени стопора.

Для данной системы подходит стандартный гидроцилиндр с диаметром 200 мм и ходом плунжера 50 мм [7].

 

P = 

   = 198 Н (8)

 

где P – усилие на штоке, Н;

– давление масла в поршневой  полости, Па;

 – диаметр плунжера, м.

Масса стопора m = 300 кг [6].

 

P = m a ® a = 

=  = 0,66 м/с2 (9)

 

где а – ускорение штока.

 

S = 

 (10)

Так как начальная скорость штока равна нулю, следовательно формула будет иметь вид

 

S = 

 ® t =   =   = 0,38 с

 

Следовательно, Тгц = Тст = 0,38 с.

Термопара [5] Тт = 10 с.

2. Расчёт передаточных  коэффициентов элементов системы.

Преобразовательное устройство ПУ1

Давление масла в системе 6,3 МПа, питание осуществляется от сети переменного тока напряжением 220 В с частотой 50 Гц.

 

k1 = 

 =  = 2,8 . 104 

 

где   – давление масла, подаваемое на клапан, Па;

– напряжение, В.

Золотниковый клапан k2 = 1

Гидроцилиндр

 

k3 = 

 =   = 3,14 . 10-4 

 

где   – усилие на штоке, кгс;

 – давление масла в гидроцилиндре, Па.

Стопор

Шток гидроцилиндра и  стопор выполнены как одно целое, следовательно, k4 = 1

 

Кристаллизатор

k5 = 1 

Термопара

 

k6 = 

 =  = 6,26 . 10-13 

 

где   – измеряемая температура, °С;

 – ток на термопаре, А.

Преобразовательное устройство ПУ2

 

k7 = 

 =   = 2 . 107

 

где  – ток преобразовательного устройства ПУ2, А;

 – ток на термопаре, А.

 

 

5. Выбор принципа  регулирования

 

В данной системе автоматического  регулирования целесообразно применить  принцип компенсации ошибки, так  как основное координатное возмущение – износ стакана пром. ковша, невозможно контролировать в каждый момент времени. Данный принцип даёт возможность компенсировать и другие возмущения, оказывающие непосредственное влияние на процесс непрерывной разливки стали (минимизация динамических отклонений стопора, и др.).

 

6. Определение  передаточной функции по каналу  управления

 

Передаточная функция  системы определяется по формуле [1]:

 

, (11)

 

 

 

W(p) = 

 

В результате алгебраических преобразований формула имеет вид:

 

Так как свободный коэффициент   по сравнению с 1 является несоизмеримо малой величиной, следовательно, ей можно пренебречь.

Структурная схема системы  регулирования представлена на с. 14.

 

7. Оценка устойчивости  системы автоматического регулирования

 

1,444р3 + 7,744р2 + 10,76р + 1 = 0

 

Так как характеристическое уравнение третьего порядка, следовательно, при оценке устойчивости системы  можно воспользоваться критерием  Вышнеградского.

По этому критерию для  устойчивости системы третьего порядка  необходимо и достаточно выполнение двух условий:

· все коэффициенты характеристического  уравнения должны быть положительными

1,444 > 0; 7,744 > 0; 10,76 > 0; 1 > 0;

· произведение средних коэффициентов  должно быть больше произведения крайних

83,32

1,444

83,32 > 1,444

Согласно критерию Вышнеградского, система устойчива.

 

 

 

 

 

 

Список использованной литературы

 

1. ГОСТ 6540-68. Цилиндры гидравлические  и пневматические.

2. Целиков А. И. Машины  и агрегаты металлургических  заводов. Том 2.– М.: Металлургия, 1987. 440с.

3. Г. М. Глинков, В. А. Маковский. АСУ ТП в чёрной металлургии. – М.: Металлургия, 1999. 310 с.

4. Б. И. Краснов. Оптимальное  управление режимами непрерывной  разливки стали. – М.: Металлургия, 1970. 240 с.

5. М. Д. Климовицкий, А. П. Копелович. Автоматический контроль и регулирование в чёрной металлургии. Справочник. – М.: Металлургия, 1967. 788 с.

6. Система стабилизации  уровня металла в кристаллизаторах  МНЛЗ челябинского металлургического  комбината. Техническое описание  и инструкция по эксплуатации (2ж2, 570, 043 ТО).