CC BY
62
УДК 621.311+621.34.001 И.А. Селиванов, А.С. Каравдаев
ИННОВАЦИОННЫЕ РАЗРАБОТКИ МГТУ В ОБЛАСТИ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ
_ ____ ____ ______ _______ _ ______ ___ _______ _ *
ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА
Приоритетными направлениями совместных научных разработок электротехнических кафедр МГТУ и электротехнических служб ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат» (ОАО «ММК») в области совершенствования автоматизированных электроприводов являются:
- энергосбережение в электроприводах металлургического производства;
- совершенствование автоматизированных электроприводов и систем управления технологических комплексов;
- разработка систем мониторинга и диагностирования технического состояния электромеханических систем технологических агрегатов.
Энергосбережение в электроприводе
В течение последних лет учеными МГТУ выполняется комплекс исследовательских работ под общим названием «Оптимальное управление энергоемкими объектами горно-металлургического производства» (научный руководитель направления - д-р техн. наук, проф. Селиванов И.А.).
Наиболее энергоемкими электромеханическими системами металлургических предприятий являются синхронные электроприводы (единичная установленная мощность двигателя достигает 20 МВт) и электроприводы (ЭП) постоянного тока прокатных станов. Для примера, единичная мощность тиристорного электропривода клети широкополосного стана горячей прокатки 2500 ОАО «ММК» составляет 8,9 МВт, мощность электропривода клети стана 2000 равна 16 МВт. Суммарная установленная мощность ЭП стана 2500 превышает 180 тыс. кВт, в том числе мощность главных ЭП постоянного тока -89 тыс. кВт. Годовой расход электроэнергии более 20 млн кВт.ч, из них более половины приходится на тиристорные ЭП чистовой группы.
Энергетические показатели электроприводов металлургических агрегатов далеки от оптимальных. Для синхронных ЭП это вызвано от-
* В подготовке материала статьи принимали участие В.В. Головин, С.А. Евдокимов, Г.П. Корнилов, В.И. Косматов, С.И. Лукьянов, Ю.В. Мерзляков, А.С. Сарваров.
сутствием либо несовершенством систем автоматического регулирования возбуждения (АРВ) синхронных двигателей (СД). Для тиристорных ЭП постоянного тока большая часть потерь связана с потреблением реактивной мощности, вызванной фазовым регулированием напряжения. Это предопределило два основных направления поиска резервов экономии электроэнергии в электроприводах названных классов.
Первое направление исследований связано с разработкой систем автоматического регулирования возбуждения синхронных двигателей (научный руководитель - канд. техн. наук, доц. Корнилов Г.П.).
Разработка и внедрение систем АРВ позволяет использовать СД в качестве потребителей-регуляторов и за счет этого значительно повы-сигь эффективность установленного оборудования при минимальных капитальных затратах.
Исследования режимов работы СД, проведенные в цехах ОАО «ММК», показали, что большая часть СД, оборудованных системами АРВ, работа -ет в “ручном ” режиме, с постоянным током воз -буждения, величина которого составляет (0,7-0,9) номинального значения. На рис. 1 представлена диаграмма, из которой следует, что около 65,5% двигателей работает со спокойной (вентиляторной) нагрузкой (компрессоры, насосы, вентиляторы и др.), остальные (главные ЭП клетей прокатных станов, приводы вспомогательных механизмов и преобразовательных агрегатов) - с переменной [1]. Системы АВР на большинстве СД отсутствуют, что приводит к неоправданным потерям электрической энергии, повышению загрузки оборудования , снижению надежности его работы.
В тех случаях, когда в системе электроснабжения нет необходимости в дополнительной ре -активной мощности, наиболее экономичным является режим работы СД с cosp = 1, т.к. обеспечивается минимум электрических потерь в двигателе. Ток статора в этом случае минимален и определяется только моментом нагрузки СД.
Для реализации этого режима разработана система векторного управления возбуждением, которая обеспечивает устойчивую работу двигателя с коэффициентом мощности, близким к единице
при изменении напряжения и момента на валу двигателя [2]. В основе векторного управления СД
лежиг представление тока возбуждения I f двумя ортогональными составляющими, одна из которых пропорциональна активной составляющей тока
статора I f а и создает магнитный поток двигателя, другая пропорциональна реактивной составляющей тока I fp и определяет электромагнитный мо-
мент при заданном напряжении: If = I fa +1 fp .
Функциональная схема системы АРВ СД, реализующей данный принцип, представлена на рис. 2. Векторное сложение составляющих выполнено на переменном токе. Суммируются два синусовдальных напряжения, сдвинутых по фазе на 90°, что поясняется векторной диаграммой (рис. 3, а). Напряжение питающей сети ивс, пропорциональное реактивной составляющей тока возбуждения, снимается со вторичной обмотки трансформатора напряжения, а напряже-ние на вторичной обмотке трансформатора тока, установленного в фазе А, пропорционально активной составляющей тока возбуждения.
Система работает в устойчивом режиме, если
60
50
40
30
20
10
0
□ Двигатели главных приводов, вспомогательных механизмов и преобразовательных агрегатов, работающие с переменной нагрузкой В Двигатели, работающие со спокойной нагрузкой (компрессоры, насосы, вентиляторы)
її 1„ і „
СО Ю I4- <Л
СО Ю I4- <Л
Рис. 1. Гистограмма распределения синхронных двигателей по мощности для ОАО «ММК»
ток является чисто активным (совпадает по фазе с вектором иА). В этом режиме СД работает в нижнем экстремуме и-образной характеристики (рис. 3, б), что соответствует соъу = 1 и оптимальному режиму работы СД с точки зрения потерь электрической энергии.
Исследования разработанной системы, выполненные с помощью математической модели и в промышленных условиях, подтверждают ее работоспособность и высокую эффективность применения [2].
Второе направление связано с разработкой тиристорных электроприводов прокатных станов с улучшенными энергетическими показателями (научный руководитель - д-р техн. наук, проф. Каравдаев А.С.). Большинство ЭП клетей прокатных станов выполняется с двухзонным ре -гулированием скорости (ДЗРС). К ним предъявляются жесткие требования в отношении быстродействия и надежности при отработке ударного приложения нагрузки, возникающего при захвате металла валками, а также в режиме разгона под нагрузкой, возникающем при прокатке с ускорением. Данные требования выполняются, если динамиче -ский запас системы регулирования, и в первую очередь запас выпрямленной ЭДС тиристорного
А
Рис. 2. Функциональная схема системы векторного управления
б
Рис. 3. Векторные диаграммы (а) и /7-образные характеристики (б), поясняющие принцип управления СД
преобразователя (ТП), будет обеспечен в названных динамических режимах. Дополнигельше увеличение запаса обеспечивает повышение надежности ЭП, однако это приводит к ухудшению энерге-тических показателей за счет увеличения потребления реактивной составляющей, зависящей от степени регулирования выпрямленной ЭДС.
С целью улучшения энергетических показателей разработана концепция систем двухзонного регулирования, в основу которой положен принцип перераспределения запаса выпрямленной ЭДС тиристорного преобразователя в установившемся и динамических режимах, вызванных изменением нагрузки ЭП [3].
В рамках названной общей концепции предложены способ и система зависимого управления потоком возбуждения в функции выпрямленной ЭДС ТП [3, 4]. Суть способа заключается в том, что задающее воздействие на регулятор внешнего контура в цепи возбуждения формируется пропорциональным номинальной выпрямленной ЭДС. Реализация способа позволяет уменьшить запас выпрямленной ЭДС ТП при относительно плавном изменении нагрузки (для тиристорных ЭП прокатных станов - в режиме разгона под нагрузкой). Применение разработанной системы рекомендуется в ЭП непрерывных и реверсивных станов холодной прокатки, работающих в широком диапазоне изменения нагрузки.
Для ограничения запаса выпрямленной ЭДС ТП при отработке ударного приложения нагруз-ки разработаны способ и система зависимого управления потоком возбуждения с автоматическим изменением уставки выпрямленной ЭДС [ 3 ], а также системы ДЗРС с переключением координаты , регулируемой по цепи возбуждения (см. статью в настоящем номере).
Проведенные теоретические и экспериментальные исследования предложенных систем двухзонного регулирования продемонстрировали возможность снижения запаса выпрямленной ЭДС ТП практически без ухудшения динамических показателей и надежности работы электропривода. Улучшение энергетических показателей обеспечивается практически без капитальных затрат за счет снижения вторичного напряжения преобразовательного транс форматора.
Энергосбережение средствами электропривода (научный руководитель - д-р техн. наук, проф. Сарваров А.С.).
В рамках совместных проектов по программе энергосбережения и повышения эффективности электропотребления была впервые обоснована
концепция целесообразности ступенчатого регулирования частоты вращения электроприводов вентиляторного типа и на этой основе сформулирована задача создания относительно простых, дешевых и надежных объектно-ориентированных тиристорных непосредственных преобразователей с программным формированием различных ступе -ней частоты напряжения [5]. Для существенного упрощения системы управления были разработаны специальные алгоритмы программного формирования напряжения. В их основе лежат коммута-ционные функции, реализующие алгоритмы 2фазного питания обмоток асинхронного двигателя (АД) и питания с чередованием интервалов 2- и 3фазного питания. Их реализация позволила отка-заться от контроля проводящего состояния вентилей и заметно упростить систему управления. На основе перепрофилирования преобразователей постоянного тока с использованием силовых блоков типа «трехфазный мост» были созданы опыт -ные варианты НПЧ с программным управлением на базе простейшего микроконтроллера типа АТ89Б8252 [6].
Исследования, проведенные в ОАО «ММК», показали целесообразность реализации алгоритмов 2-фазного питания. На их основе полностью исключается возникновение коротких замыканий между вентильными триадами. Кроме того, ис-следования гоказали, что при соединении обмоток статора АД в схеме «треугольник» алгориг-мы 2-фазного питания позволяют формировать на фазах двигателя 2-ступенчатое напряжение (рис. 4), что еще раз подтверждает эксплуатационные преимущества данного типа алгоритмов (в цехах ОАО «ММК» достаточно много вентиля -торных установок с двигателями, обмотки которых соединены в «треугольник»).
Проблемы пуска мощных электродвигателей переменного тока являются весьма острыми. Речь идет о преодолении тяжелых условий пуска высоковольтных машин. Количество прямых пусков для них, как известно, лимитировано. В этих условиях возникла идея использования трансформато -ров для создания высоковольтных трансформаторно-тиристорных пусковых устройств с исполь-зованием высвобождаемого оборудования (транс-форматоров и тиристорных силовых блоков). На рис. 5 показан вариант схемной реализации такого пускового устройства.
Перспективы применения такого пускателя для высоковольтного электродвигателя весьма оптимистичны, так как трансформатор является
Рис. 4. Осциллограммы линейного и фазного тока при формировании алгоритмов 2-фазного питания
нагрузки по схеме «треугольник» с частотой 25 Гц
простым и относительно дешевым устройством, а в качестве коммутатора может быть использован любой тиристорный преобразователь постоянного тока низковольтного исполнения.
Разработка и внедрение импульсных датчиков скорости и угла поворота вала двигателя (научный руководитель - канд. техн. наук, доц. Косматов В.И.).
В быстродействующих системах автоматического регулирования скорости электроприводов наличие оборотных пульсаций тахогенераторов приводит к появлению значительных вынужденных колебаний тока (момента) двигателя (до 100% и более), что, в свою очередь, вызывает снижение качества готовой продукции, делает технологиче-ский процесс неустойчивым и плохо управляемым.
На кафедре ЭиАПУ разработан ивдукционный импульсный датчик скорости (ИДС) без механической стыковки с валом двигателя. Принцип действия датчика основан на измерении частоты ЭДС зубцовой гармонической, обусловленной пульсациями магнитного потока, вызванными зубчатостью якоря двигателя, с последующим умножением этой частоты и формированием выходных сиг-
1
Рис. 5. Схема реализации трансформаторнотиристорного пускового устройства
налов. Конструктивно ИДС состоит из двух изме-ригельных элементов (основного и резервного), установленных на поверхности главного полюса, и блока преобразователя, установленного в шкафу системы регулирования.
Разработанный ИДС прошел длительные испы-тания, внедрен в промышленную эксплуатацию в системах регулирования скорости главных электроприводов на ряде прокатных станов акционерных обществ «ММК», «Нижне-Тагильский металлургический комбинат», «Синарский трубный за -вод», «Ново-Липецкий металлургический комбинат», «Череповецкий металлургический комбинат».
Длительный (более 10 лет) опыт эксплуатации датчика показал его высокую эксплутацион-ную надежность, стабильность параметров, что позволило отказаться от серийно выпускаемых прецизионных тахогенераторов и им пульс ных датчиков скорости для электроприводов механизмов и агрегатов, работающих в широком диа-пазоне скоростей, в условиях повышенных уровней вибраций, загрязненности и температуры окружающей среды, что наиболее характерно для предприятий металлургии и некоторых других отраслей промышленности.
Разработка и внедрение систем регулирования электроприводов валков листовых станов холодной прокатки с целью устранения дефекта полосы «ребристость» (научный руководитель - кавд. техи наук, доц Евсеев О.М.).
«Ребристость» является основным дефектом, ограничивающим выпуск листа с 1 группой отделки поверхности Дефект этот существует практически на всех станах холодной прокатки и до сих пор нет эффективных способов его устра-нения. Автором направления исследован сам дефект , выявлены причины его возникновения, которые согласуются с экспериментальными исследованиями, проведенными на станах 2500, 2030, 630, 1700 и др., и с теоретическим описанием процесса зарождения и существования «ребристости».
Для устранения дефекта на дрессировочном стане ЛПЦ-5 ОАО «ММК» спроектирована система регулирования, для реализации которой требуется изготовление ячейки регулятора, выполнение электромонтажных работ, связанных с подключением к действующей схеме, и наладка.
Включение системы регулирования совместно с изменением режима обжатий на дрессировочном стане позволяет практически полностью избавиться от дефекта «ребристость». В настоящее время кафедрой электропривода и автоматики промышленных установок МГТУ совместно с центральной электротехнической лабораторией и электрослужбами цехов ОАО «ММК» проводятся научно-ис-следовательские работы в принятом направлении.
Разработка автоматизированных электроприводов тянуще-правильного участка МНЛЗ (научные руководители - д-р техн. наук, проф. Се -Ливанов И.А., д-р техи наук, проф. Лукьянов С.И.).
Разработана обобщенная методика проектирования электропривода ТПУ МНЛЗ, в составе которой содержатся следующие методики [7, 8]: анализа случайных и детерминированных изменений токов нагрузки электродвигателей тянущих роликов, общего тока электропривода ТПУ и скорости литья заготовки в различных технологиче -ских режимах работы МНЛЗ; анализа распределения общего момента электропривода ТПУ по электродвигателям тянущих роликов; статистического влияния показателей настройки электропривода ТПУ на показатели качества макроструктуры непрерывнолитых заготовок; рационального рас -пределения электроприводов тянущих роликов вдоль технологического канала зоны вторичного охлаждения (ЗВО) МНЛЗ; технического диагностирования текущего состояния электроприводов тянущих роликов и точности выставки тянущих роликов вдоль технологической линии МНЛЗ как факторов негативного влияния на качество макроструктуры заготовок; проектирования автоматизированного электропривода ТПУ. Методики базируются на авторских математических моделях расчета: требуемых по технологии значений моментов нагрузки на тянущих роликах ТПУ с уче-том усилия сопротивления вытягиванию слитка из кристаллизатора, усилий ферростатического давления на ролики, нормальной и тангенциальной составляющих силы тяжести слитка на криволинейном участке МНЛЗ, усилий давления на ролики от температурных поводок заготовки, усилий сопротивления вытягиванию выпученной корки заготовки и усилий давления затвердевшей заготовки на ролики горизонтального участка МНЛЗ; распределения статических продольных усилий, создаваемых в слитке электроприводом ТПУ в
процессе вытягивания заготовки из роликовой проводки МНЛЗ; динамических продольных усилий, создаваемых в слитке электроприводами тянущих роликов при периодических буксовках последних и в результате прогиба бочки тянущих роликов; динамической модели электропривода ТПУ с учетом упругой связи якорь электродвига-теля - тянущий ролик, фрикционной связи тянущий ролик - слиток и взаимосвязи электроприво-дов тянущих роликов через кристаллизующийся слиток; параметров девяти диагностических функций (периодических и случайных буксовок электроприводов тянущих роликов, износа и прогиба бочки тянущих роликов, автоколебаний скорости литья заготовки, распределения статических и динамических продольных усилий вдоль технологического канала ЗВО, точности выставки роликовой проводки МНЛЗ, исправности редукторов линий привода); растягивающих продольных усилий, возникающих в слитке по малому радиусу от разгиба заготовки на криволинейном участке ЗВО.
Разработаны принципы построения и варианты реализации силовой части электропривода ТПУ, а также способы, системы и алгоритмы управления электроприводом, позволяющие не -посредственно в ходе разливки металла:
- минимизировать растягивающие статические продольные усилия, создаваемые в кристаллизирующемся слитке электроприводом ТПУ, посредством целесообразного перераспределения моментов нагрузки между электроприводами тянущих роликов;
- выполнить коррекцию числа рабочих электроприводов за счет исключения неисправных линий привода и приводов, не имеющих контакта со слитком;
- обеспечить неизменность скорости литья заготовки в процессе перераспределения моментов нагрузки по электродвигателям тянущих роликов и их группам;
- ограничить динамические продольные усилия в слитке за счет «мягкого» восстановления контакта тянущий ролик - слиток при буксовке и целесообразного управления электроприводом тянущего ролика с прогибом его бочки;
- стабилизировать скорость разливки в пределах ±2% от заданного значения при появ-лении гармонической составляющей в общем моменте сопротивления вытягиванию заготовки;
- выполнить по девяти диагностическим функциям диагностику текущего состоя -ния тянущих роликов, контроля прав иль -ной выставки роликов вдоль технологиче-
ской оси ЗВО и исправности механинеско-го и электрического оборудования линий привода тянущих роликов.
Внедрение разработки на МНЛЗ № 2 ОАО «ММК» позволило:
- стабилизировать скорость разливки стали в пределах ±2% от заданного значения;
- снизить растягивающие статические продольные усилия в слитке с 600 до 50 кН;
- ограничить динамические продольные усилия в слитке со 100 до 10 кН;
- повысить коэффициент использования агрегата посредством сокращения времени проведения ремонтных работ за счет свое-
Рис. 6. Функциональная схема разработанной САРНиП с комбинированным воздействием ---------------------------------------------------Вестник МГТУ им. Г. И. Но сова. № 2.2006.
временной подготовки к их проведению в соответствии с информацией от системы технического диагностирования.
Совершенствование системы автоматического регулирования натяжения полосы непрерывного широкополосного стана горячей прокатки.
В настоящее время научной группой, возглавляемой А.С. Каравдаевым, проводятся исследования , направленные на создание высокодинамич-ных систем автоматического регулирования натяжения и высоты петли (САРНиП) широкополое -ных станов горячей прокатки Практические разработки выполняются совместно со специалистами ЦЭТЛ ОАО «ММК» применительно к широкополосному стану горячей прокатки 2500.
Действующая САРНиП стана 2500, построенная по косвенному принципу, обеспечивает требуемую точность регулирования натяжения тонкой полосы лишь в установившихся технологических режимах. Значительное влияние на качество регулирования удельного натяжения в динамических режимах оказывают инерционность электромеханического петледержателя и инерционность прокатной клети. Это не позволяет эффективно использовать ресурсы быстродействующей системы автоматического регулирования толщины полосы чистовой группы, выполненной на базе современных гвдравлических нажимных устройств (НУ) [9].
Основным требованием к современной САРНиП при прокатке тонких полос является обеспечение удельных натяжений в диапазоне
0,5...17 Н/мм2 во всех динамических режимах,
при этом допустимые отклонения могут состав -лять не более ±10%, разнотолщинность полосы не должна превышать 3,7%.
В результате совместных исследований специалистов Магнитогорского государственного технического университета и ОАО “ММК” разработана электромеханическая САРНиП с перекрестной внутренней связью, с контурами регулирования удельного натяжения, воздействующими как на скорость валков, так и на положение гвд-равлических НУ последующей клети. Функциональная схема системы представлена на рис. 6.
Разработка системы потребовала решения следующих задач [10]:
- разработка математической модели существующей САРНиП, включающей главные электроприводы клетей, электропривод петледержателя, гвдравлический привод НУ с учетом их взаимосвязи через прокатываемый металл; разработка наиболее точной математической модели взаимосвязи удельного натяжения и толщины полосы;
- проведение теоретических и экспериментальных исследований действующей
САРНиП с целью анализа динамических показателей, а также оценка адекватности разработанных моделей промышленному объекту;
- разработка функциональных и принципиальных схем комбинированной САРНиП с улучшенными показателями регулирования; разработка способа выделения сигнала удельного натяжения по параметрам электропривода петледержателя;
Таблица 1
Показатели регулирования для действующей и разработанной систем
Технологический режим Время регулирования удельного натяжения, с Перерегулирование, %
удельного натяжения угла петледержателя приращения толщины
Дейст -вующая система стана 2500 Предлагаемая комбинированная система Дейст -вующая система стана 2500 Предлагаемая комбинированная система Действующая система стана 2500 Предлагаемая комбинированная система Действующая система стана 2500 Предлагаемая комбинированная система
Прокатка переднего конца полосы 0,8-1,1 0,15-0,3 68-79 5-10 3-4,2 0,4-0,7 3,5-4,5 2-2,1
Прокатка заднего конца полосы 0,7-0,9 - 65-80 0,7-1,5 2,5-4 0,2-0,5 4-4,5 2,8-2,9
Изменение задания положения петледержателя 0,9-1,0 - 50-57 0,2-0,4 4-5 0,5-1 3,2-3,8 1,9-2,1
Изменение межвалко-вого зазора последующей клети 0,4-0,6 0,15-0,2 25-32 7,5-9,3 3,2-5 0,2-0,4 3,6-3,9 3,0-3,2
Изменен иескорости последующей клети 0,6-0,8 0,14-0,2 22-29 6,4-9,8 3-4,2 0,3-0,46 3,5-3,7 3,1-3,2
Реверсивный черновой Уширительная клеть № 1 окалиноломатель
X
Реверсивная клеть № 2
63GG кВт
ТП ТП
САР САР
САР САР
ТП ТП
САР САР
САР САР
Информационные
сигналы
нив
Эксплуатационные и диспетчерские службы
ПК Э
Система регистрации
Ethernet
I 4
'--------V-----------
К чистовой группе стана
Электромеханическая и гидравлическая САР толщины
КЛ 5
Г V к / 1 ]
/
САР натяжения
эп
зпвЛі зп ^ ЗП8Д зп 9Д зп 10Лі эп
і . Локальные системы к і регулирования 1 главных электроприводов
САУ скоростными режимами чистовой группы клетей стана
Эксплуатационные и диспетчерские службы
к
черновой
группе
стана
ZX
□ □ □
:zx
Архивный
сервер
Switch
ПК 1
t____P
Информационные
сигналы
Система регистрации
ПК 2
б
Рис. 7. Главные электроприводы и системы автоматизации участка черновой (а) и чистовой (б) групп кпетей стана 2500 с интегрированной структурой системы регистрации:
ТП - тиристорные преобразователи; САР - системы автоматического регулирования электроприводов; ПК - промышленные компьютеры системы регистрации; КЛ5-КЛ11 - кпети чистовой группы стана; ЭП5-ЭП11 - главные электроприводы прокатных клетей; ПД1-ПД6 - петледержатели;
НУ - нажимные устройства
Клеть № Э
5
- исследования разработанной комбинированной системы на математической модели, экспериментальных исследований и промышленного внедрения результатов.
Результаты сравнения показателей регулирования для действующей и предлагаемой САРНиП в основных динамических режимах пред -ставлены в табл. 1.
Динамические отклонения удельного натя-жения не выходят за требуемые пределы +10%, динамическая составляющая толщины полосы не превышает 3,2%. Применение в комбинированной системе перекрестного регулятора позволяет исключить влияние системы регулирования по -ложения петледержателя на систему регулирования удельного натяжения.
По результатам выполненных разработок и ис-следований приняты следующие решения по реконструкции САРНиП стана 2500 ОАО «ММК»:
- замена в трех последних межклетевых промежутках существующей САРНиП на разработанную систему при сохранении установленного механического и силового электрического оборудования;
- техническое исполнение системы на базе внедряемых промышленных контроллеров.
Диагностика технического состояния электрооборудования электротехнических и энергетических комплексов (научный руководитель -кавд. техн. наук, доц Евдокимов С.А.).
Своевременное выявление и предупреждение возникновения неисправностей позволяют пе-рейги от проведения традиционных планово-предупредигельных ремонтов к практике ремонтов по техническому состоянию. Это требует ОС -нащения сложных, энергоемких агрегатов (прокатных станов, промышленных печей, турбоге-нераторов ит.п) современными средствами контроля и визуализации параметров технологиче-ского процесса и технического состояния оборудования. В настоящее время находятся в эксплуатации системы диагностирования автоматизированных электроприводов нескольких широкополосных станов горячей и холодной прокат -ки В их числе система мониторинга технического состояния электроприводов шестиклетьевого стана 630 холодной прокатки [11]. Успешно экс -плуатируется стационарная система регистрации и мониторинга параметров главных электроприводов широкополосного стана 2500 горячей прокатки Функциональная схема узлов системы представлена на рис. 7 [12].
В процессе разработки данной системы решены следующие задачи:
- обоснованы и сформулированы требования к системе регистрации в соответствии с техническими характеристиками контролируемых объектов, определяющие эффективную скорость информационного потока;
- разработана общая структура системы регистрации параметров главных электроприводов и систем управления стана на базе четырех промышленных компьютеров, укомплектованных адаптерами ввода аналоговых и дискретных сигналов;
- определены оптимальный аппаратный состав и операционные характеристики промышленных компьютеров в составе системы;
- разработана децентрализованная сетевая топология, реализованная в машинном зале № 1 ЛПЦ-4;
- разработано специализированное программное обеспечение, основными модулями которого являются программа «Клиент реального времени», обеспечивающая непрерывную визуализацию на мониторах осциллограмм работы электрооборудова-ния в реальном времени, программа «Клиент архивный», позволяющая просматривать ранее записанную информацию в ввде непрерывной виртуальной ленты с глубиной хранения до двух месяцев (либо информацию за заданный интервал времени с возможностью выбора количества отобра-жаемых сигналов). Кроме того, программное обеспечение включает серверную часть и непосредственно архив.
Наряду с рассмотренной стационарной системой разработан переносной вариант компью-терного регистратора сигналов (ПКР), общий вид которого представлен на рис. 8 [13].
Аппаратная часть ПКР включает в себя компактный системный блок промышленного компь-
Рис. 8. Переносной компьютерный регистратор
ютера, оснащенного многоканальными адаптерами ввода аналоговых и дискретных сигналов, а также блок нормализации и гальванического разделения регистрируемых сигналов. Блок обеспечивает гальваническую изоляцию как между входными и выходными цепями, так и между ка -налами, что полностью исключает электрическое влияние входных цепей ПКР на работу систем автоматизации исследуемого объекта (табл. 2).
В настоящее время ведутся работы по применению разработанных регистраторов для диагностирования технического состояния мощного энергетического оборудования. Кроме того, портативные регистраторы успешно эксплуатируют -ся при ремонтах и пуско-наладочных работах.
Применение информационных технологий в области технического обслуживания обеспечивает повышение экономической эффективности произ-водства за счет сокращения количества аварий и продолжительности простоев, а также снижения затрат на планово-предупредительные ремонты.
Заключение
Исследования в области совершенствования автоматизированных электроприводов и систем управления технологических агрегатов проводятся всеми электротехническими кафедрами МГТУ при тесном сотрудничестве с подразделениями управления главного энергетика ОАО «ММК». Основные направления научных исследований связаны с энергосбережением, повышением качества продукции и интенсификацией производства и поэто-му являются актуальными и востребованными.
Работы по улучшению энергетических характеристик синхронных и тиристорных электроприводов ведутся в направлении разработки новых способов автоматического регулирования возбуждения, реализация которых обеспечивает снижение потерь электрической энергии за счет схемных решений при минимальных капитальных затратах. Для асинхронных электроприводов с вентиляторной нагрузкой ведутся разработки непосредственных преобразователей частоты с программным формированием напряжения,
обеспечивающих длительную работу на фиксированных пониже иных ступенях частоты враще-
Таблица 2
Основные технические характеристики ПКР
Системныепараметры промышленного компьютера CPU Pentium III 1000 МГц, ОЗУ DIMM PC-133 512 Мб, HDD UDMA100 80 Гб, Ethernet 100 Мбит/с
Количество каналов аналогового ввода 16 каналов с диапазоном напряжений от +0,1В до +10В
Частота оцифровки аналоговых сигналов до 100 кГц на 16 каналов, устанавливается программно
Количество каналов дискрет -ного ввода 24 каналас входным напряжением от 0 до 24 В
Полоса пропускания каналов дискретного ввода до 1 кГц
Время непрерывной записи параметров в архквную базу данных при объеме НЮй 80 Гб до 30 суток
ния. Реализуется идея использования трансфор-маторов для создания высоковольтных транс -форматорш-тиристорных пусковых устройств.
Не менее важным и успешно реализуемым направлением является создание и совершенствование автоматизированных электроприводов и сис-тем автоматического регулирования технологиче-ских параметров агрегатов литейного и прокатного производств. Исследования касаются машин непрерывного литья заготовок, главных электроприводов и систем автоматического регулирова-ния натяжения непрерывных прокатных станов. Данное направление развивается в тесной взаимосвязи с решением актуальных задач компьютерного мониторинга и диагностики состояния электрооборудования технологических агрегатов.
По результатам исследований в перечисленных направлениях за истекшие пять лет сотрудниками МГТУ и ОАО «ММК» защищены четыре докторские и более пятнадцати кандидатских дис-сертаций Выполнение совместных научнотехнических разработок электротехнических кафедр университета и электротехнических служб комбината является взаимовыгодной формой сотрудничества, расширение которого способствует общему делу развития отечественного автоматизированного электропривода.
Библиографический список
1. Энергосбережение в электроприводах металлургического производства / А.С. Карандаев, Г.П. Корнилов, В.В. Головин // Образование, наука, производство и управление в XXI веке: Сб. трудов М ©кдунар. науч. конференции: В 4 т. / Под ред.
В.Б. Крахта. Старый Оскол: ООО «ТНТ», 2004. Т. 2. С. 63-67.
2. Система векторного управления возбуждением синхронного двигателя / Г.П. Корнилов, Т.Р. Храмшин, Г.В. Шурытна и др. // Изв. вузов. Электромеханика. 2004. № 2. С. 28-30.
3. Концепция построения электроприводов прокатных станов с двухзонным регулированием скорости и улучшенными энергетическими показателями / А.С. Карандаев, А.А. Радионов, В.В. Головин и др. // Труды IV Международной (XV
Всероссийской) конференции по автоматизированному электроприводу «Автоматизированный электропривод в XXI веке: путиразвития» (АЭП-2004). Ч. 2. Магнитогорск, 2004. С. 260-264.
4. Карандаев А.С., Радионов А.А., Головин В.В. Система двухзонного зависимого регулирования скорости в функции вы -прямленной ЭДС тиристорного преобразователя // Изв. вузов. Электромеханика. 2004. № 2. С. 40-46.
5. Сарваров А.С. Энергосберегающий электропривод вентиляторных механизмов по системе НПЧ-АД с программным формированием напряжения: Автореф. дис. ... д-ратехн. наук. Челябинск: ЮУрГУ, 2002. 36 с.
6. Сарваров А.С. Асинхронный электропривод на базе НПЧ с программным формированием напряжения: Монография. Магнитогорск: МГТУ, 2002. 236 с.
7. Лукьянов С.И. Электропривод тянуще-правильного устройствам НЛЗ: Монография. Магнитогорск: МГТУ, 2002. 100 с.
8. Селиванов И.А., Лукьянов Д.С. Исследование моментов нагрузки электроприводов тянущих роликов горизонтального участкамашины непрерывного литья заготовок // Изв. вузов. Электромеханика. 2004. № 2. С. 53-57.
9. Система автоматического регулирования натяжения и высоты петли с перекрестными связями для широкополосного стана горячей прокатки / А.С. Карандаев, С.А. Евдокимов, А.А. Чертоусов // Изв. вузов. Электромеханика. 2004. № 2. С. 21-27.
10. Совершенствование системы автоматического регулирования натяжения полосы непрерывного широкополосного стана горячей прокатки / А.С. Карандаев, В.Р. Храмшин, А.А. Чертоусов идр. // Электромеханические преобразователи энергии: Материалы Междунар. науч.-техн. конф., 20-22 октября 2005 г. Томск: ТПУ, 2005. С. 293-296.
11. Компьютерная система регистрации параметров и диагностики технического состояния электрооборудования и систем автоматизации широкополосного стана горячей прокатки / С.А. Евдокимов, А.С. Карандаев, А.А. Чертоусов и др. // Вестник УГТУ-УПИ. Электромеханические и электромагнитные преобразователи энергии и управляемые электромеханические системы: Сборник статей. Ч. I: Общие вопросы электрических машин и трансформаторов. Машинно-вентильныесистемы. Вопросы диагностики. Екатеринбург: ГОУВПОУГТУ-УПИ, 2003. № 5 (25). С. 428-431.
12. Система технического мониторинга автоматизированных электроприводов широкополосного стана горячей прокатки /
С.А. Евдокимов, А.С. Карандаев, А.Л. Копцев и др. // Изв. вузов. Электромеханика. 2004. № 2. С. 31-39.
13. Новые информационные технологии для технического обслуживания и диагностирования электроприводов технологических агрегатов / С.А. Евдокимов, К.Э. Одинцов, В.Б. Славгородский // Труды IV Международной (XV Всероссийской) конференции по автоматизированному электроприводу «Автоматизированный электропривод в XXI веке: пути развития» (АЭП-2004). Ч. 1. Магнитогорск, 2004. С. 258-264.
УДК 621.314.001.5
В.В. Головин
АНАЛИЗ СОСТАВЛЯЮЩИХ ЗАПАСА ВЫПРЯМЛЕННОЙ ЭДС ТИРИСТОРНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДА КЛЕТИ ШИРОКОПОЛОСНОГО СТАНА ГОРЯЧЕЙ ПРОКАТКИ
Надежная, безаварийная работа электропривода (ЭП) может быть обеспечена лишь в том случае, если будут обеспечены динамический запас системы регулирования и, в первую очередь, запас выпрямленной ЭДС тиристорного преобразователя (ТП), определяемый как разность между выпрямленной ЭДС при нулевом угле управления и значением выпрямленной ЭДС в установившемся режиме работы при максимальной статической нагрузке.
Следствием ударного увеличения нагрузки электропривода, происходящем при захвате металла валками, является снижение его скорости Скорейшее восстановление скоростного режима имеет для непрерывных станов важное значение в связи с необходимостью поддержания постоян-ства секувдного объема металла, проходящего через каждую клеть. Время восстановления скорости зависит от темпа нарастания тока, так как он определяет динамический момент двигателя.
При настройке двухконтурной автоматической системы регулирования (АСР) скорости на модульный оптимум максимальная производная тока якоря при ударном приложении нагрузки определяется зависимостью [1]:
I
1,4ТТ ■ а
При настройке на симметричный оптимум
( Л I
V аТ У тах 1,05ТТ • а ’
где I - ток статической нагрузки; ТТ - постоянная времени контура тока; а - отношение постоянных времени контуров скорости и тока.
Производная | | , наряду с максималь-
I ЛТ у тах
ным током статической нагрузки 1тах, определяет
