Непрерывный широкополосный стан горячей прокатки. Регулирование толщины полосы

 

Рис.4 Структурная схема системы возбуждения двигателя (а) и контура регулирования тока возбуждения двигателя (б)

На схеме рис. 4, (б) апериодическим звеном с передаточной функцией

представлен статический преобразователь с системой импульсно-фазового управления, питающий обмотку возбуждения двигателя.

В соответствии с требованием настройки на технический оптимум контура регулирования силы тока, передаточная функция регулятора силы тока возбуждения будет иметь вид

В связи с тем что действие форсирующего звена рТвк+1 в прямом канале контура регулирования силы тока на выходе системы регулирования противо-э. д. с. не проявляется благодаря наличию апериодического звена с обратной передаточной функцией в контуре противо-э. д. с, регулятор силы тока выбирается с передаточной функцией

Таким образом, передаточная функция замкнутого контура регулирования силы тока возбуждения может быть представлена в следующем виде:

Структурная схема контура регулирования" противо-э. д. с. двигателя показана на рис. 5.

Передаточная функция регулятора противо-э. д. с. находится решением уравнения

относительно передаточной функции регулятора противо-э. д. с.

Найденной передаточной функции соответствует интегральный регулятор.

Рис. 5 Структурная схема контура регулирования противо-э. д. с двигателя.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Система автоматизированного  регулирования толщины полосы (САРТ)

 

Система автоматического регулирования толщины полосы (САРТ) — одно из ключевых звеньев в АСУ ТП непрерывного широкополосного стана. Ее назначение — обеспечение минимальной продольной разнотолщинности готовой полосы. Основным критерием оценки САРТ является точность регулирования, обеспечиваемая совершенной аппаратурой управления и быстродействующими приводами изменения раствора валков.

САРТ на основе метода Головина-Симса

Наибольшее распространение в составе САРТ современных широкополосных станов горячей прокатки получили системы, реализующие зависимость Головина-Симса:

, где 

h1 — толщина прокатываемой полосы;

S0 — раствор ненагруженных валков (при отсутствии металла в клети);

P — сила прокатки (вертикальная  составляющая силы давления металла  на валки);

Ск — коэффициент жесткости клети в направлении силы прокатки.

Другими словами, сила прокатки определяет величину деформации клети (разряжение станины, сжатие нажимных винтов, прогиб валков и т.д.), из-за чего зазор между валками при прокатке и, соответствоенно, толщина прокатанной полосы увеличиваются. Коэффициент Ск представляет собой обобщенную оценку жесткости клети и является для данной клети константой.

В соответствии с данной выше формулой для обеспечения полной компенсации продольной разнотолщинности (поддержания постоянной величины h1) необходимо регулировать раствор валков S0 в процессе прокатки в зависимости от изменения илы прокатки P, выполняя условие

, где

S — изменение раствора валков, необходимое для обеспечения  заданной толщины полосы h1 при  изменении силы прокатки на  величину  P.

Таким образом, при увеличении силы прокатки относительно некоторого номинального значения на P, система регулирования должна уменьшить раствор валков на величину S и наоборот. Очевидно, что изменение раствора валков повлечет за собой изменение силы прокатки. Процесс стабилизируется при изменении силы прокатки на величину

 — величина скомпенсированной  продольной разнотолщинности при  идеально работающем регуляторе  толщины;

Сп — коэффициент жесткости прокатываемой полосы, Сп = -dP/dh1;

 — изменение силы прокатки  при полной компенсации разнотолщинности.

Недостатком метода является невозможность устранения отклонений толщины, обусловленных эксцентриситетом валков. При уменьшении величины раствора вследствие эксцентриситета валков увеличивается сила прокатки, что воспринимается системой регулирования как увеличение раствора, для компенсации которого требуется включить привод нажимного устройства в сторону сведения валков. В результате система регулирования вместо увеличения раствора и возвращения его величины к заданному значению будет, наоборот, уменьшать этот зазор, увеличивая тем самым колебания толщины полосы.

Структурная схема САРТ на основе метода Головина-Симса применительно к регулятору толщины одной клети приведена на рис.2.

Рабочая клеть снабжена измерителем силы прокатки ИС (месдоза) и датчиком положения нажимных винтов ДП, с помощью которого измеряется раствор валков. При настройке регулятора толщины ему задаются номинальное значение силы прокатки Pз и соответствующая этой силе начальная величина раствора валков Sз.

В устройстве сравнения УС1 вырабатывается сигнал отклонения как разность действительной PД и заданной Pз сил прокатки. С выхода УС1 напряжение, пропорциональное , подается на вход фильтра Ф, который подавляет гармонические составляющие сигнала , обусловленные эксцентриситетом валков. С выхода фильтра Ф сигнал без гармоник ср поступает на вход суммирующего усилителя СУ. Коэффициент передачи СУ по этому входу настраивается таким образом, чтобы обеспечить учет коэффициента жесткости Ск в соответствии с .

 

Рис.2. САРТ, реализующая зависимость Головина-Симса.

 

Подача напряжения с выхода Ф на вход СУ осуществляется только в том случае, если металл находится в валках, что обеспечивается электронным ключом К1. Сигнал на замыкание ключа — логическая «1» поступает с нагрузочного реле НР, срабатывающего при появлении сигнала РД на выходе измерителя силы ИС. Отключение сигнала при отсутствии прокатки необходимо для начальной настройки нажимного механизма на заданный размер Sз.

На второй вход сумматора СУ поступает сигнал отклонения , формируемый устройством сравнения УС2 как разность действительного Sд и заданного Sз растворов валков.

Если в процессе прокатки сила РД не отличается от номинального значения Рз, а

Установленный раствор валков SД равен заданному Sз, сигналы P и равны 0, и напряжение на выходе сумматора СУ, соответственно, отсутствует. Изменение силы прокатки, вызванное колебаниями толщины подката, наличием участков с различной температурой и другими факторами, приводит к возникновению сигнала , что вызывает появление на выходе СУ управляющего напряжения . Это напряжение поступает на вход системы управления двигателем привода нажимного устройства СУД. Двигатель запускается и начинает перемещать валки в направлении, при котором знак противоположен знаку . При этом напряжение , пропорциональное сумме  , начинает уменьшаться по мере перемещения валка (по мере увеличения ). Работа привода прекращается при достижении на выходе сумматора СУ.

Динамические показатели двигателей привода нажимного устройства являются одним из основных факторов повышения точности регулирования, а частота и продолжительность включений двигателей определяются частотой возмущающих воздействий и шириной зоны нечувствительности регулятора. В этой связи на станах горячей прокатки все более широкое распространение получают гидравлические нажимные устройства (например, в виде гидроцилиндров, установленных под подушками нижнего опорного валка), которые совмещают в себе функции силового канала регулирования толщины и защиты клети от перегрузок.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Применение ЭВМ.

 

Наличие УВМ в системе управления прокатным станом требует организации соответствующего программного обеспечения. Рассмотрим конкретный пример программного обеспечения системы управления чистовой группы клетей стана 2000.

Для автоматизации процессов управления на стане 2000 применены две вычислительные машины из класса мини-УВМ, причем одна из них предназначена для управления нагревательными печами, другая — для управления прокатным станом (черновая, чистовая группы, отводящий рольганг с душирующей установкой и моталки). Согласно иерархической структуре построения АСУ ТП на нижнем уровне управления расположены локальные системы регулирования технологических параметров, получающие уставки либо от оператора (ручной режим), либо от управляющей вычислительной машины, которая предназначена для решения задач управления второго уровня.

Система управления чистовой группой стана обеспечивает выполнение следующих основных функций:

• слежение за движением полосы с индикацией на световое табло и сигнализацией аварийных режимов с остановом стана;
• сбор и обработка информации с датчиков технологических параметров;
• расчет стратегии прокатки, заключающийся в задании программы обжатий и величин межклетевых натяжений при машинном расчете или проверке на допустимость ручных заданий;
• расчет плана прокатки, включающий расчет уставок для локальных систем с применением уравнений математической модели;
• адаптация уравнений модели при отклонении фактических параметров настройки от расчетных;
• протоколирование (в форме печатных таблиц) хода различных технологических процессов.

Перечисленные задачи реализуются комплексом программ, который подразделяется на две части:

• стандартное (внутреннее) математическое обеспечение;
• рабочие программы, реализующие алгоритм управления (внешнее математическое обеспечение). Стандартное математическое обеспечение состоит из организующей программы, программ, обслуживающих внешние устройства, и набора вспомогательных библиотечных программ, увеличивающих удобство и скорость программирования. Основной функцией организующей программы является  управление  прохождением рабочих программ в реальном масштабе времени. Она позволяет вести одновременное решение 48 задач, оформленных в виде рабочих программ, в псевдопараллельном режиме, дает возможность организовать две дисциплины обслуживания: дисциплину квантования по времени и дисциплину приоритетов.
• В первом случае каждой программе, запущенной в режим решения, предоставляется фиксированный интервал времени, по истечении которого управление передается следующей программе. Программе, которая была прервана, управление будет передано только через следующее время:

где N — число программ, работающих в режиме квантования; — квант времени, tорг — время, затраченное на работу организующей программы, с.

При организации дисциплины приоритетов программа, находящаяся в решении, в любой момент может быть прервана программой, имеющей более высокий приоритет. Приоритет рабочей программы определяется ее номером и может принимать значения от 0 до 47. При этом наивысший приоритет нулевой. Общий объем имеющихся программ намного превышает объем оперативной памяти. Поэтому постоянно в ОЗУ находится только часть программ, от которых требуется высокое быстродействие. Остальные программы находятся на внешних накопителях и вызываются в ОЗУ по мере надобности в так называемые «области пробела». Вызов осуществляется во время работы системы по счетчику блокирования, который дает разрешение на загрузку, если в это время для этой области нет обмена данными с внешними устройствами.

Все программы системы написаны в косвенных (мнимых) адресах и загружаются в разные места ОЗУ в зависимости от конкретной ситуации. При загрузке в ОЗУ для привязки косвенно адресованной программы к конкретному месту в УВМ имеется 16 базовых регистров. В эти регистры заносятся начальные абсолютные адреса. Любой относительный адрес при обработке автоматически превращается в абсолютный прибавлением к значению базового регистра.

Обращение к ОЯО осуществляется посредством макровызовов, когда рабочая программа доходит до макровызова управления, при этом рабочая программа передается ОЯО— программе, которая осуществляет стандартные функции (операции ввода — вывода, передачу данных в общую область или другие программы и т.д.). После отработки вызова ОЯО передает управление либо на ту же программу, либо на другую, если во время отработки возникла ситуация прерывания.

Предусмотрена защита программных полей. Если в какой-либо программе ошибочно записан адрес, выходящий за отведенное поле, то он не будет отработан, а оператору будет выдано сообщение об ошибке.

Основным языком программирования является ПРОЗА—300 (типа АССЕМБЛЕР), кроме того, применимы ФОРТРАН и АЛГОЛ. В программах, написанных на ФОРТРАНЕ, можно делать вставки на ПРОЗЕ. Это удобно в тех случаях, когда в какой-либо задаче, которую в целом целесообразно программировать на ФОРТРАНЕ, встречаются участки, трудно реализуемые, тогда делают вставки на ПРОЗЕ.

Рис Структура программного обеспечения управления от УВМ чистовой группой клетей на стане 2000.