CC BY
39
ЭНЕРГЕТИКА МЕТАЛЛУРГИИ, ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ И ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЕ КОМПЛЕКСЫ
УДК 621.771.06-114-52
Селиванов И.А., Петухова О.И., Бодров Е.Э., Суздалев И.В.
СИСТЕМЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ НЕПРЕРЫВНЫХ СТАНОВ С МНОГОВАЛКОВЫМИ КАЛИБРАМИ
Анализ литературных источников [1-3] показывает, что с целью уменьшения отклонений размеров сечения готового проката на непрерывных станах, на которых нет возможности изменять зазоры между валками во время прокатки, возможно применение двух типов систем регулирования:
- систем стабилизации натяжения;
- систем, в которых натяжение изменяется по заданному закону в зависимости от величины какого-либо технологического параметра, характеризующего размеры сечения раската.
Первый тип систем регулирования позволяет уменьшить отклонения размеров профиля, вызванные изменениями только одного технологического фактора - натяжения. Другие факторы, влияющие на точность прокатываемых профилей, не контролируются.
Второй тип систем регулирования требует наличия датчика, дающего информацию или непосредственно (прямо), или косвенно о размерах прокатываемого профиля в клетях непрерывного стана.
1. Система косвенного регулирования межклетевых натяжений
Все технологические параметры непрерывной прокатки (натяжения, моменты, давления, размеры ит.д) взаимосвязаны. Поэтому для вычисления межклетевых натяжений возможны несколько способов. Один из них наиболее простой, это вычисление натяжения по моменту приводного двигателя. Момент двигателя на валу любой клети определяется уравнением
м^. — м^' Г. + м^ ^ п. — м^ . + м^ ^ .,
1 С,1 F0,1 F 1,1 Д,1 -
(1)
где Мс,1 - момент свободной прокатки в 7-й клети; Мд, - динамический момент; Мщ7, Мр\,7 - моменты, определяемые задним и передним натяжением:
МР 0, = №. = № ,; Мт . = Я^1 , = № . (2)
F 0,7 0,7 7-1 ’ ^1,7 1,7 7 4 7
Момент свободной прокатки зависит от обжатия в клети (входного и выходного размеров), коэффициента трения (/), предела текучести прокатываемого металла (ох).
+С8,А/1 + С9,А°8,і,
(3)
где с61, с71с9і - технологические коэффициенты.
дм дм дм
С6 =------, С =-------, С =------
дБ да 8/
ем „
с9 =-; ДД-, Да, -
сЪ
приращения входного и выходного размеров.
При необходимости в уравнении (3) можно учесть влияние на МС1 и других технологических параметров, например температуры (сТ7 ДТ7).
При постоянном магнитном потоке приводного двигателя уравнение (1) можно привести к виду
I =
/0. -1, ,
0, 1,
I
Д ,1'
(4)
где I - полный ток 7 -го двигателя; 1С,7 - ток свободной прокатки в установившемся режиме в 7-й клети; 10,7, /1> г - токи, пропорциональные заднему и переднему натяжению; 1д7 - динамический ток.
Из последнего уравнения вытекает
I, ■ = 1С
1,1 С,1
I,
0,1
I п -1
д ,1 1
(5)
Если поддерживать неизменной составляющую тока 11,7, то переднее натяжение ^ будет стабилизировано.
На рис. 1 представлена система, реализующая описанный способ косвенного регулирования натяжения.
Основную сложность при реализации предложенной схемы косвенного регулирования натяжения представляет блок вычисления и задания тока свободной прокатки (блок 6). Для вычисления текущего задания этого тока во время прокатки необходима информация о технологических параметрах (2). Эгу информацию можно получить с помощью технологических датчиков или с помощью математической модели, работающей в реальном масштабе. В первом случае потребуется несколько датчиков вместо одного датчика натяжения, а во втором - целый вычислительный комплекс на базе микропроцессора. В том и другом случае система косвенного регулирования натяжения из-за сложности выполнения и наладки скорее проигрывает, чем выигрывает по сравнению с системой прямого регулирования.
Если не вводить коррекции в блок 6 об изменяющихся технологических параметрах, то этот блок превращается в простой блок задания, реализация которого не представляет никаких трудностей. Однако
точность поддержания натяжения на заданном уровне в этом случае невысокая.
При изменении диаметра на входе клети на 12% натяжение поддерживается с точностью 19% [3].
При изменении коэффициента трения на 10% точность поддержания натяжения равна 3,4%. При изменении предела текучести катанки на 10% натяжение поддерживается с точностью 9,6% [3].
Из сказанного можно сделать следующие выводы:
1. Система косвенного регулирования натяжения с вычислительным блоком момента свободной прокатки из-за своей сложности не имеет каких-либо преимуществ перед системой прямого регулирования.
2. Без ввода коррекции об изменяющихся технологических параметрах рассмотренная система поддерживает натяжения на заданном уровне с невысокой точностью. В этом случае она работает как система стабилизации полного тока (момента) приводного двигателя.
2. Разработка нового способа управления непрерывным станом
Анализ работы системы косвенного регулирования натяжения показал, что без ввода коррекции в ток свободной прокатки система работает в режиме стабилизации полного тока двигателя. При изменении технологических параметров, например при увеличении диаметра катанки, увеличиваются и межклетевые натяжения. На давление металла на валки эти два фактора (увеличение диаметра и натяжения) действуют в разные стороны, вследствие чего размер на выходе из клети возрастает в меньшей степени, чем в случае стабилизации межклетевых натяжений.
Таким образом, в рассматриваемом случае вырав-
Клеть \
Т —I
ш
|=:
*Е£-
_й
□_ < о.
ш
10
Клеть 1+1
гО
10
ч
(И
с;
о
о
с
О-
О
ьт
Рис.1. Блок-схема косвенного регулирования натяжений: 1 - датчики токов приводных двигателей; 2 - силовые преобразователи с системами регулирования скорости клетей; 3 - блоки задания переднихнатяжений; 4 - регуляторы натяжений;
5 - сумматоры; 6 - блоки вычисления и задания тока свободной прокатки; 7 - блок выделения и задания динамического тока; 8 - блок задатчика интенсивности и задания скорости по клетям
нивающие свойства непрерывного стана не ослабляются, а усиливаются. Сказанное легло в основу нового способа управления непрерывным станом как способ косвенного регулирования размеров профиля на непрерывном стане [4].
Сущность способа состоит в поддержании статических моментов (токов) двигателей клетей (кроме одной) постоянными, независимо от изменения технологических условий. При изменении технологических параметров (поперечного сечения исходной заготовки, коэффициента трения, предела текучести) эффект постоянства момента достигается за счет из -менения межклетевых натяжений в ту или другую сторону. При этом изменения натяжений способствуют уменьшению колебаний давления металла на валки, а значит, и уменьшению продольной разнотол-щинности раската, вызванного изменением технологических параметров.
Эффективность предлагаемого способа управления в выравнивании продольной разнотолщинности можно проиллюстрировать с помощью несложных расчетов [3].
По результатам расчетов на рис. 2 и 3 построены зависимости изменения выходного размера Да,- по клетям пятиклетевого стана.
0. 14 0. 12 0 1 0. 08 0. 06 0 04 0 02 0
-0. 02 -0. 04 -0 06
А а
Ста бил из ац 1я натяжения
клети
? , 1 ,—-^5
-1 Стлбил 11 дцил палнаг^ ■ такд /
Рис. 2. Изменение выходного размера по клетям при
Дй1 = 0,8 мм, Ы = 0, Доб = 0
0.2
0 . 15
0. 1
0 05
-0 05
-0. 1
Д а
ьилизация ьй' ЯЖЕНИЯ
клети
■
Стабилизация полнот тока
Рис. 3. Изменение выходного размера по клетям при
Дй1 = 0,8 мм; Д[ = 0,1; Доб = 8 кгс/мм2
0
Анализ полученных результатов позволяет сказать следующее:
1. Система стабилизации момента прокатки в ведомых клетях, реализующая предложенный способ управления непрерывным станом, как и система стабилизации межклетевых натяжений, обеспечивает получение передельной проволоки с допусками, не превышающими допусков наволоченную проволоку.
2. При возмущающих воздействиях в ввде изменения входного размера, коэффициента трения, предела текучести металла выравнивающая способность предложенного способа больше, чем при стабилизации натяжения, если рассматривать каждую клеть в отдельности.
Если рассматривать стан в целом и в качестве критерия взять выходной размер готовой проволоки, то выравнивающая способность стана при стабилизации натяжения несколько выше. Последнее объясняется перерегулированием выходного размера в первых клетях стана (см. рис. 2, 3) при стабилизации моментов
Рис. 4. Влияние номера ведущей клети (1, 2, ..., 5) на выходные размеры по клетям
при Дй1 = 0,8 мм, Д[ = 0, Доб = 0
Рис. 5. Влияние коррекции задания на момент ведомой клети (1, 2, 3) навыходн ые размеры по клетям при Дй1 = 0,8 мм, Д[ = 0, Доб = 0 (кривая 0 для системы стабилизации момента первых 4 клетей без коррекции)
прокатки в ведомых клетях, т.е. отклонения размеров в первых клетях не только сводятся к нулю, но и получают обратный знак. Этот недостаток предложенного способа можно существенно ослабить, если в качестве ведущей клети взять не последнюю клеть.
Аналогичного эффекта можно достичь при изменении задания на момент (ток) одной из ведомых клетей пропорционально изменению момента прокатки ведущей клети, т.е. при коррекции момента ведомой клети по уравнению
где к кор - коэффициент пропорциональности, определяемый расчетным или опытным путем.
Сказанное подтверждается расчетами, приведенными на рис. 4 и 5 [3].
Проведенные исследования нового способа управления непрерывным станом позволяют утверждать:
1. Система стабилизации моментов прокатки всех клетей, кроме последней, реализующая предложенный способ, по своей выравнивающей способности продольной разнотолщинности практически равноценна системе стабилизации межклетевых натяжений.
2. Соответствующий выбор ведущей клети или коррекция задания на момент двигателя какой-либо ведомой клети дают возможность получить точность размеров передельной проволоки на 2-3 порядка выше, чем в случае стабилизации натяжений [3].
3. Системы регулирования с регуляторами полного тока
Основная идея способа управления непрерывным станом заключается в разделении клетей стана на ве-
приводных двигателей ведомых клетей: 1 - двигатели клетей; 2 - датчики тока; 3 - преобразователи и системы управления с регуляторами тока, скорости, полного тока; 4 - измерительные приборы; 5 - сумматоры; 6 - блок динамического тока; 7 - блок ручного задания полного тока; 8 - запоминающий блок; 9 - команда «запомнить»
домые и ведущую. Системы управления электроприводом ведомых клетей должны обеспечивать стабилизацию моментов приводных двигателей на заданном уровне. Система электропривода ведущей клети строится по традиционной схеме управления, замкнутом по скорости, и должна обеспечивать выход стана на заданную скорость прокатки и компенсацию всех неточностей и ошибок в определении заданий на моменты ведомых клетей за счет изменения межклетевых натяжений.
Метод стабилизации моментов ведомых клетей и определение их заданий зав к; иг от конкретных схемных решений [5, 6]. По сути система косвенного регулирования натяжений (см. рис. 1), рассмотренная в п. 2 при неизменных заданиях на статический ток свободной прокатки и ток переднего натяжения является сш-темой стабилизации моментов ведомых клетей (рис. 6).
Система управления станом (см. рис. 6) предусматривает работу в «ручном» и «автоматическом» режимах. В режиме ручного управления интегральные регуляторы полного тока выведены из работы. Системы электроприводов ведомых и ведущей клетей имеют одинаковую структуру двухконтурных САР скорости. В этом режиме осуществляется заправка полосы в стан и моталку. После заправки полосы стан от общего задатчика интенсивности ЗИ разгоняется до заправочной скорости. На этой скорости оператор в случае необходимости корректирует межклетевые натяжения соответствующим изменением скоростей приводных двигателей. Далее он выставляет задания на токи прокатки ведомых клетей: с помощью блоков 7 (см. рис. 6) добивается нулевых показаний измерительных приборов 4 (вольтметров), включенных на выходы сумматоров 5. В режиме автоматического запоминания токи прокатки запоминаются блоком 8.
После установки заданий на токи прокатки ведомых клетей подаются команды на ввод в работу регуляторов полного тока и разгон стана до рабочей скорости.
Список литературы
1. Дружинин Н.Н. Непрерывные станы как объект автоматизации. М.: Металлургия, 1975. 336 с.
2. Филатов А.С. Автоматическое ре(улирование толщины полосы в реверсивных станах холодной прокатки // Труды V Все-союз. конференции по автоматизированному электроприводу. М.: Энергия, 1971. С. 168-171.
3. Продольная разнотолщ^нность при холодной прокатке в многовалковых калибрах / Никифоров БА., Селиванов И.А и др. // Изв. вузов. Черная металлургия. 1976. №9. С. 113-116.
4. А.с. 555928 СССР. Способ регулирования размеров проката на непрерывном проволочном стане / Поляков М.Г., Селиванов И.А. идр.
5. Система регулирования размеров проката для непрерывных сортовых и проволочных станов / Селиванов И.А., Шохин В.В., Лебединский ИЛ. // Электропривод. 1981. № 5 (94). С. 17-19.
6. А.с. 950459 СССР. Устройство ограничения межклетевых натяжений на непрерывном прокатном стане / БычковВ.П., Селиванов И.А идр.
List of literature
1. Druzhinin N.N. Continuous Mills as an Object of Automation. M.: Metallurgy, 1975. 336 p.
2. Filatov A.S. Automatic Control of Roll Strip Gauge in Cold- Roll Reversing Mills // Transactions of the V All-Union Conference in Automatic Electric Drive. M.: Energy, 1971. P. 168-171.
3. Longitudinal Cold Roll Uneven Gauge in Multiroll Calibers / Nikiforov B.A., Selivanov I.A. and others // Proceedings of Higher Educational Institutions. Ferrous Metallurgy. 1976. № 9. P. 113-116.
4. Author's Certificate 555928 (USSR). The way of Control of Rolled Stock Sizes on Continuous Rod Mill / Polyakov M.G., Seli-vanov I.A. and others.
5. Control System of Rolled Stock Sizes for Continuous Roll Merchant and Rod Mills / Selivanov I.A., Shokhin V.V., Lebedinsky I.L. // Electrical Drive. 1981. № 5 (94). P. 17-19.
6. Author's Certificate 950459 (USSR). Limitation Unit of Interstands Tention on Continuous Rolling Mill / Bychkov V.P., Selivanov I.A. and others.
