CC BY
63
system of steel reinforcing bar production line], Electrical systems and complexes. Magnitogorsk, Nosov Magnitogorsk State Technical University, 2014, vol. 3(24), pp. 17 - 24.
16. Bodrov E.E., Lukyanov S.I., Safin I.R. Ustroistvo dlya upravlenia elektroprivodom razmativaushego mehanizma [Control device for uncoiler electric drive]. Patent for utility model no. no. 152968, MPC7 H02P25/02, H02P27/06, B21C47/18. Pub-
lished 27.06.2015, bulletin no. 18.
17. Lukyanov S.I., Panov A.N., Vasilyev A.E. Osnovy inzhenernogo eksperimenta [Basics of scientific experiment], Magnitogorsk, Nosov Magnitogorsk State Technical University, 2006, 94 p.
УДК 621.311+621.34.001
Шубин А.Г., Гостев А.Н., Храмшин Р.Р., Одинцов К.Э.
Исследование системы компенсации межклетевых усилий
в черновой группе прокатного стана методом математического моделирования
Проблемы ограничения динамических нагрузок электромеханических систем непрерывной подгруппы универсальных клетей широкополосного стана горячей прокатки требуют проведения исследований методами математического моделирования. Рассмотрена функциональная схема системы автоматического регулирования нулевого натяжения стана 2000 ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат» (ОАО «ММК»). Подчеркнуто, что она не соответствует возрастающим требованиям к точности регулирования межклетевых усилий. Представлена структурная схема математической модели взаимосвязанных электромеханических систем горизонтальных валков непрерывной подгруппы. Сделана ссылка на разработанную математическую модель взаимосвязанных электромеханических систем вертикальных и горизонтальных валков универсальной клети. Представлены результаты моделирования переходных процессов за цикл прокатки при существующих алгоритмах управления электроприводами. Подтверждено определяющее влияние взаимного несоответствия скорости выхода полосы из предыдущей (вертикальной либо горизонтальной) клети и окружной скорости валков следующей клети на натяжение либо подпор в межклетевом промежутке. Дано описание разработанного способа последовательного согласования скоростей электроприводов клетей непрерывной подгруппы. Представлены результаты исследования, выполненного с помощью разработанных математических моделей. Сделан вывод, что предложенный способ управления процессом прокатки обеспечивает компенсацию межклетевых усилий за счет установки наиболее точного соотношения скоростей валков перед захватом полосы.
Ключевые слова: широкополосный стан горячей прокатки, черновая непрерывная группа клетей, универсальная клеть, межклетевые усилия, электропривод, математическая модель, структура, способ согласования скоростей, исследование.
Введение
Для ограничения ударных нагрузок, возникающих в электромеханических системах непрерывной подгруппы широкополосного стана горячей прокатки, разработан способ согласования горизонтальных составляющих линейных скоростей вертикальных и горизонтальных валков универсальной клети [1]. Результаты экспериментальных исследований алгоритма, реализующего способ на стане 2000 горячей прокатки ОАО «ММК», рассмотрены в [2-4].
В настоящее время в структуре АСУ ТП непрерывной подгруппы функционирует система автоматического регулирования нулевого натяжения (САРНН), представляющая собой управляющую программу, загруженную в контроллер DR125, который задает скоростные режимы работы электроприводов горизонтальных и вертикальных клетей [5, 6]. На рис. 1 приведена упрощенная функциональная схема САРНН. Система поддерживает заданное натяжение проката между 4-й и 5-й клетями изменением скорости 4-й клети, натяжение между клетями 5 и 6 регулируется изменением скорости 6-й клети. На скорость 5-й клети в процессе работы САРНН влияния не оказывает. Поддержание заданной величины натяжения в межклетевых промежутках осуществляется безлуперным способом (косвенное регулирование).
© Шубин А.Г., Гостев А.Н., Храмшин Р.Р., Одинцов К.Э.
Рис. 1. Функциональная схема системы автоматического регулирования нулевого натяжения:
иос4, иос5, иот4, иот5, ион4, ион5, иор4, иор5 - сигналы,
пропорциональные скоростям вращения двигателей, токов якорей и напряжений на двигателях, давлению металла на валки 4 и 5 клетей соответственно; им, ик5 -сигналы, пропорциональные величинам зазоров
горизонтальных валков; Т4-5, Т5-6, - сигналы, пропорциональные натяжению в межклетевых промежутках между 4, 5 и 5, 6 клетями; икс4, икс6 -сигналы задания на коррекцию скоростей вращения валков 4 и 6 клетей; изс4, изс6, - сигналы задания на скорости вращения валков 4 и 6 клетей
Натяжение в межклетевом промежутке между 4 и 5 клетями рассчитывается по формуле
Т
1 4-5
Р,
R
^4-0
в4
где Р4 - давление металла в 4-й клети; Rв4 - радиус рабочих валков; L4-0 - плечо свободной прокатки (значение плеча прокатки до момента входа металла в 5-ю клеть); L4 - текущее значение плеча прокатки (при на-
хождении металла одновременно 4-й и в 5-й клетях).
Косвенный расчет мгновенного плеча прокатки осуществляется по параметрам электропривода 4-й клети
_ J d®0e4 4' dt
р:
где ПЯ4_1,1Я4_], ЯЯ4_1, ПЯ4_2, 1Я4-2, К-я4-2 - напряжения, токи и сопротивления 1-го и 2-го якорей двухякорного двигателя 4-й клети; J4 - суммарный момент инерции
электропривода валков, приведенный к валу электродвигателя; тде4 - угловая скорость вращения двигателя 4-й клети.
Аналогично рассчитываются натяжение Т5-6 и плечо Ь5 прокатки в промежутке между 5-й и 6-й клетями.
Вычисленные мгновенные значения межклетевых натяжений Т4-5 и Т5-6 поступают в блок регулирования, где сравниваются с заданными значениями межклетевых натяжений. В зависимости от рассогласований между расчетными и заданными значениями корректируются скорости 4-й и 6-й клетей. Пределы величин коррекции составляют [7]:
- для 4-й клети от -0,2 до +0,2 м/с;
- для 5-й клети от -0,25 до +0,25 м/с.
Задания натяжений вводятся в контроллер DMC АСУ 2-го уровня и для большей части сортамента:
- между 4 и 5 клетями Т4-5 = 5 т;
- между 5 и 6 клетями Т5-6 = 10 т.
Эта система, по существу, является системой поддержания «нулевого тока». Она не соответствует современным требованиям и малоэффективна в условиях расширения сортамента полос. В результате прокатка ведется с натяжениями, в несколько раз превышающими требуемые минимальные значения [8].
С целью совершенствования существующей САРНН разработаны технические решения, направленные на ограничение усилий в межклетевых промежутках при совместной прокатке [9-16].
Вопросы настройки регуляторов, проверки достоверности разработанных алгоритмов управления потребовали проведения исследований методом математического моделирования. С этой целью разработаны математические модели взаимосвязанных электромеханических систем непрерывной подгруппы клетей прокатного стана, отдельные звенья которых представлены в [17, 18].
Постановка задачи Структурные схемы математических моделей
ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ СИСТЕМ НЕПРЕРЫВНОЙ ПОДГРУППЫ
На основе разработанных математических моделей отдельных объектов составлена комплексная математическая модель взаимосвязанных электромеха-
нических систем трехклетевои группы горизонтальных валков, схема модели представлена на рис. 2. Она содержит модели электроприводов горизонтальных клетей №4, 5, 6 и модели полосы в межклетевых промежутках 4-5 и 5-6. На схеме выделены технологические параметры прокатки: толщина полосы на выходах клетей №4 (Н4), №5 (Н5), №6 (Н6) и опережения S04, S05 и S06 при прокатке в соответствующих клетях.
Структурные схемы моделей двухконтурной системы автоматического регулирования скорости электропривода, показанные на рис. 2, соответствуют известной системе уравнений, описывающей взаимосвязь координат силовой цепи и механической части электропривода г-й клети [19].
Блок переключения БП введен в структуру электропривода для моделирования разработанного способа ограничения динамических нагрузок в электромеханических системах универсальной клети. С его помощью запоминается среднее значение тока свободной прокатки, при входе полосы в следующую клеть осуществляется размыкание контура регулирования скорости, при этом запомненное значение тока подается на вход регулятора тока.
Математическая модель полосы в межклетевом промежутке получена на основе интегральных уравнений упругой деформации [20] и подробно рассмотрена в [21-24]:
Г =-
e-S:
■ ir
J
-vrx ■dt-T
Е-Я? г. О =-[ Г" -Г"" -с11-0 .
Т J "г "«-11 —
о
т-т овх овых
где Е/ - модуль упругости материала; а , \ - площади поперечных сечений полосы на входе и выходе /-го очага деформации; Ьп, £ - длины участков полосы, на которых действуют силы т и О соответственно; Т , О - начальные натяжения в полосе.
Также разработана математическая модель взаимосвязанных электромеханических систем универсальной клети (вертикальных и горизонтальных валков). Структура и описание представлены в [25]. Модели реализованы в программной среде Simulink, являющейся приложением пакета МАТЬАВ. Их адекватность исследуемому объекту доказана по результатам сопоставления динамических процессов, полученных при моделировании, реальным процессам, зафиксированным в ходе экспериментов на стане [26].
Разработанные модели позволяют анализировать совместную работу электроприводов вертикальных и горизонтальных валков универсальной клети, оценить степень их взаимного влияния и используются при исследовании усовершенствованных алгоритмов управления.
Ниже представлены результаты исследований, выполненных с помощью данных моделей.
1
о
Рис. 2. Математическая модель взаимосвязанных электромеханических систем горизонтальных валков
трехклетевой непрерывной подгруппы
Основная часть Моделирование переходных процессов за цикл
ПРОКАТКИ В СУЩЕСТВУЮЩЕЙ СИСТЕМЕ РЕГУЛИРОВАНИЯ НУЛЕВОГО НАТЯЖЕНИЯ
С помощью разработанных моделей проведены исследования процесса прокатки при существующих алгоритмах управления электроприводами. Результаты моделирования представлены на рис. 3. В момент времени t1 прокатываемый металл входит в валки эд-жера №4. Система регулирования электропривода этих валков до входа металла в валки 4-й горизонтальной клети обеспечивает пропорциональное регулирование скорости с внутренним контуром регулирования тока. При входе металла (рис. 3, а) происходит просадка скорости валков эджера от 0,709 до 0,664 м/с, что составляет 6,4%. При этом ток двигателя (рис. 3, б) достигает 1310 А, что вызвано обжатием прокатываемого металла по ширине.
После входа металла в горизонтальную клеть №4 в момент времени t2 система регулирования электропривода эджера размыкается по скорости и обеспечивает регулирование тока (момента) двигателя. При этом скорость эджера №4 повышается за счет связи клетей через металл (клеть №4 разгоняет эджер №4) и становится равной скорости прокатки металла в горизонтальной клети №4. Это следует из рис. 3, в момент времени ^ происходит разгон валков эджера №4 до скорости 0,71 м/с, при динамическом снижении тока двигателя на 250-300 А. При дальнейшей работе изменения скорости эджера полностью повторяют изменения скорости валков горизонтальной клети №4.
Из рис. 3, а видно, что неучет статической просадки скорости валков эждера №4 или же неверный расчет скорости заправки приводят к дополнительному разгону (торможению) валков в момент входа металла в горизонтальные валки клети №4.
Система регулирования скорости горизонтальных валков также выполнена двухконтурной: внутренний контур регулирования с ПИ-регулятором тока и внешний контур регулирования с П-регулятором скорости. На рис. 3, в показано, что вследствие пропорционального регулирования при входе прокатываемого металла в валки скорость снижается от 1,0 до 0,976 м/с, т.е. на 2,8%. Ток двигателя этой клети (рис. 3, г) увеличивается от уровня тока холостого хода 180 А до тока прокатки 10500 А. Дополнительного воздействия на электропривод валков клети №4 до входа металла в валки горизонтальной клети №5 не происходит.
В момент времени t3 прокатываемый металл входит в валки эджера №5. Из рис. 3, е следует, что линейная скорость снижается от1,198 до 1,155 м/с, т.е. на 3,6 %. Ток двигателя эджера №5 (рис. 3, ж) увеличивается до 750 А. В момент времени t4 осуществляется захват проката горизонтальными валками клети №5. Скорость валков (рис. 3, з) снижается на 2% - от 1,624 до 1,597 м/с. С этого момента времени осуществляется совместная прокатка в двух смежных клетях. В металле создается усилие растяжения/сжатия (натяжение/подпор), обусловленное разностью скоростей входа в клеть №5 и выхода из клети №4.
На рис. 3, д представлены кривые усилий, возникающих в прокатываемом металле в межклетевом промежутке 4-5. Видно, что первоначальная разница скоростей смежных клетей 4 и 5 создает в прокатываемом металле усилие сжатия (подпора) достигающее -11 т. При этом системой регулирования натяжения задается значение +5 т. Для обеспечения заданного натяжения осуществляется корректирующее воздействие на скорость валков предыдущей горизонтальной клети №4 (рис. 3, в). Их скорость снижается с заданным темпом от значения 0, 976 до 0,952 м/с. Аналогично изменяется и скорость валков эджера №4.
Рис. 3. Результаты моделирования переходных процессов в черновой группе: ¿3 и ¿5 - вход переднего конца проката в валки эджеров №4, 5 и 6; ¿2, ¿4 и ¿6 - вход переднего конца проката в валки клетей №4, 5 и 6; ¿7, ¿9 и ¿11 - выход заднего конца проката из валков эджеров №4, 5 и 6; ¿10 и ¿12 - выход заднего конца проката из валков клетей №4, 5 и 6; и Д£6 - время регулирования натяжения проката в межклетевых промежутках 4-5 и 5-6
Рис. 3. Продолжение
1,95 2&> 2,35 2М -'.
2. 711 2>65 2,6(1'
2,30' 2.45■
Оиумка1ь валков кнпМ Л*/с 1 ______1.....
г 1 1 н
.......... | 1
I I 1
Г"
__________ . I..........г \ \
1 \ ................/ \
......1" ^ ..........)........ \ \
I |-1
/!Ш 10009 7500 5(100-2500 О
Т,к .■лм^'^.гтгч-1 г.ч гтггаи . Л
Ю
20
¡0
. .1. р..'¿г. I
*0
J.
I
1,1 I I: [
о
г
н>
60
Рис. 3. Окончание
В результате корректирующего воздействия за время Д/4 в полосе устанавливается заданное значение +5 т. Корректирующий сигнал не выходит за пределы допустимого значения ±0,2 м/с. Скорость валков клети №5 остается неизменной в течение всей прокатки.
В момент времени прокатываемый металл входит в валки эджера №6, а в момент времени - в валки горизонтальной клети №6. С этого времени и до момента времени t8 металл прокатывается во всех трех клетях непрерывной группы. При входе металла в валки горизонтальной клети №6 их линейная скорость снижается от 2,73 до 2,69 м/с, что составляет 1,9 %. Первоначальное рассогласование скоростей валков клетей №5 и 6 приводит к созданию в прокатываемом металле значительного натяжения величиной +53 т
(рис. 3, к). При этом заданное значение натяжения в промежутке между 5-й и 6-й клетями +10 т. Система регулирования натяжения осуществляет коррекцию скорости последующей клети №. Как видно из рис. 3, н, скорость валков снижается от 2,69 до 2,48 м/с. Это максимально допустимая коррекция, предусмотренная системой регулирования натяжения. Однако даже максимальная коррекция скорости валков клети №6 не позволяет достичь требуемого натяжения, в результате натяжение остается на уровне +20 т. Время регулирования натяжения на рис. 3 составляет
По результатам моделирования видно, что создание натяжения в межклетевом промежутке 5-6 сказывается на натяжении в промежутке 4-5. Для устранения этого влияния система регулирования натяжения до-
полнительно корректирует скорость валков клети №4, как показано на рис. 3, а-д. В результате натяжение в промежутке 4-5 возвращается к заданному значению +5 т.
Процессы, возникающие при выходе прокатываемого металла из валков черновой группы, показаны на рис. 3 в промежутке времени ^ - t12 . В момент времени t7 металл выходит из валков эджера №4, а в момент времени t8 - из валков горизонтальной клети №4. В промежутке 4-5 натяжение в прокатываемом металле снижается до нуля, скорость валков клети устанавливается на уровне, заданном для прокатки следующей заготовки. Как видно из рис. 3, к, исчезновение натяжения в промежутке 4-5 в момент времени 4, приводит к уменьшению натяжения в промежутке 5-6. Это подтверждает существенную связь между натяжениями в смежных промежутках, т.е. возмущающее воздействие передается через клеть. При этом дополнительных воздействий на электропривод валков клети №6 не оказывалось.
Аналогично в момент времени t9 металл выходит из валков эджера №5, а в момент времени t10 - из валков горизонтальной клети №6. Натяжение в прокатываемом металле в промежутке 5-6 снижается до нуля. Скорости валков клети устанавливаются на уровне, заданном для прокатки следующей заготовки. Аналогичные процессы происходят и при выходе металла из валков эджера №6 в момент времени t11, а также из валков горизонтальной клети №6 в момент времени t12.
ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЕ СОГЛАСОВАНИЕ СКОРОСТЕЙ
ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ НЕПРЕРЫЮНОЙ ПОДГРУППЫ
Согласно разработанному способу управления скоростными режимами [1] при свободной прокатке полосы в вертикальных валках универсальной клети до ее захвата горизонтальными валками скорость электропривода горизонтальных валков устанавливается равной
1
созаг
(1)
Это выражение получено из условия совместной прокатки без натяжения:
уг°р со8(Хг _
где У"р - горизонтальная составляющая линейной скорости у горизонтальных валков в точке захвата полосы; Ув - линейная скорость вертикальных валков; В, В - диаметры горизонтальных и вертикальных валков; аГ - угол захвата полосы горизонтальными валками.
Косинус угла захвата со* а,. полосы горизонтальными валками рассчитывается по зависимости
Н, ~Нп С08аг = 1--
где н, Н - толщина полосы на входе и выходе горизонтальной клети.
В результате к моменту захвата полосы валками
горизонтальной клети линейная скорость У^ полосы становится равной горизонтальной составляющей Уг°р линейной скорости УГ (принимают К,, = к,.). Это обеспечивает захват полосы горизонтальной клетью с меньшими динамическими нагрузками. Кроме того, решается главная задача: ограничиваются динамические удары в валках вертикальной клети, возникающие при повторном переходном процессе в момент захвата полосы горизонтальными валками.
Расчет горизонтальных составляющих линейных скоростей поясняется с помощью рис. 4. Он выполняется по известным зависимостям постоянства секундного объема при совместной прокатке [27].
Горизонтальная составляющая линейной скорости вертикальных валков в точке захвата при пренебрежении обжатием равна линейной скорости вертикальных валков
УГ = Ув .
Без учета опережения она определяется по зависимости
V™ р =угЕ± = &Кё± = ^пК-х-
г
н
Н, 60
нГ
Ч -"1
где п - скорость вращения горизонтальных валков клети (об/мин).
Рис. 4. Пояснение к расчету горизонтальных составляющих скоростей валков
утр _ роризонтальная составляющая линейной скорости
вертикальных валков в точке захвата
Данный способ получил развитие, обеспечивающее устранение ударных нагрузок при захвате полосы вертикальными валками. Это достигается путем согласования скорости выхода полосы из горизонтальных валков предыдущей клети и горизонтальной составляющей линейной скорости вертикальных валков следующей клети согласно зависимости
В
В
(2)
где о)||(_1, - скорость горизонтальных валков (;'-1)-й клети в режиме свободной прокатки.
Техническая реализация способа обеспечит установку более точного соотношения скоростей вертикальных и горизонтальных валков перед захватом полосы. За счет этого снижаются динамические нагрузки механического и электрического оборудования.
=
Исследование способа последовательного
СОГЛАСОВАНИЯ СКОРОСТЕЙ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ НЕПРЕРЫВНОЙ ПОДГРУППЫ
Исследования разработанного способа согласования скоростей электроприводов последовательно расположенных (вертикальных либо горизонтальных) клетей непрерывной подгруппы проводились путем поочередных расчетов процессов, происходящих в электромеханических системах каждой универсальной
клети с использованием упомянутой выше модели, представленной в [25]. Далее полученные результаты вводились в качестве исходных данных в модель электромеханических систем горизонтальных валков межклетевого промежутка (см. рис. 2). Это обеспечило возможность анализа процессов прокатки без разработки универсальной модели всей непрерывной подгруппы, что является трудоемкой самостоятельной задачей.
Результаты моделирования процесса прокатки при реализации способа представлены на рис. 5.
«7« а, 7н 0.77 «, ГЛ <1.7* 4,74 0.7) 4.7!
0.71
1.0}
1.а: 1.01 1.00 0,99 О. 9Н
0,97 0.9Л
0.95
1.22 1.21 1.20
1.19 1.1 К 1,17 1.1« 1.13
и*
1.63
1,Л4 1.Я.1 1.Л1 1.61 1.Л0
1.39
1.М 1.37
2.Ы
2.40 ХМ!
2.20 2.10 2.00 1.90
1.Я0 1.70
2.90
2,яо
2.70 2.ло 2.40 2.М 2.20 2.10 2,оо
д
V
\
V к.
д
»
< А . V*А, те. ГВц и «и/ шЛт \ и* \
• 1 1
г. л»., ——' п 1г 1 • 1 \ к
( Ж1 ум к мм (и 1т> ВЦ * Л»-1, ЛЬ' '•И 1
/ \ л,.
/ 1
1 V. к
\
1 \
( »•г/НМ ни. 1 Ы К ||«1№ Ж г.,1 »А* 1—Л {
1
Л Г. , 11
л / — 117 \ к
\
С »1* НП к Л<*А, . №
г
\ л...
v
\ Л1..
\ й
\
\ ■
Гхлумм шм / Н кчши -МЧУ I IV *тФ («1
1 л...
Г v
и, I..
Рис. 5. Результаты моделирования разработанного способа согласования
скоростей:
¿нв4> ¿нв5> ¿нв6 - моменты захвата вертикальными валками клетей №4, 5, 6; ¿ш4> ¿нг6 - моменты захвата горизонтальными валками клетей №4, 5, 6, ¿кв4, ¿кв5,1кв6 - моменты начала коррекции скорости в вертикальных валках; ¿кг4, ¿кг5, ¿кг6 - моменты начала коррекции скорости в горизонтальных валках
После входа полосы в вертикальные валки клети №4 (момент ^е4) возникает просадка ее скорости АУв4 от 0,78 до 0,753 м/с. Согласно разработанному способу выполняется расчет коррекции скорости горизонтальных валков АУкг4 пропорционально произведению скорости вертикальных валков Ув4 на отношение диаметров вертикальных и горизонтальных валков с учетом угла захвата полосы горизонтальными валками по зависимости (1). По рассчитанному значению в момент времени tкг4 происходит повышение скорости горизонтальных валков этой клети. После входа полосы в горизонтальные валки возникает статическая просадка скорости АУг4 от 1,01 до 0,99 м/с.
Далее при свободной прокатке в горизонтальных валках клети №4 (при движении полосы в межклетевом промежутке от горизонтальных валков клети №4 к вертикальным валкам клети №5) осуществляется кор-рекциия скорости вертикальных валков клети №5 пропорционально скорости горизонтальных валков Уг4 и отношению диаметров горизонтальных и вертикальных валков по зависимости (2). В момент времени tкe5 происходит увеличение скорости вертикальных валков этой клети на величину АУке5.
После входа полосы в вертикальные валки клети №5 (момент 4в5) возникает просадка скорости от 1,21 до 1,19 м/с. Выполняется расчет корректирующего значения скорости горизонтальных валков АУкг5 согласно зависимости (1), после чего в момент времени 4г5 происходит разгон горизонтальных валков этой клети. После входа полосы в горизонтальные валки возникает просадка скорости АУг5 от 1,63 до 1,61 м/с.
Аналогичные процессы происходят в моменты входа полосы в вертикальные и горизонтальные валки клети №6. В качестве отличия принято то, что до заправки полосы скорость Уг6 горизонтальных валков была установлена выше требуемой при совместной прокатке. Поэтому в момент времени tкг6 происходит корректирующее снижение (а не увеличение, как в клети №5) скорости горизонтальных валков на величину АУкгб.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Анализ результатов исследований, выполненных на математической модели, подтвердил, что предложенный способ управления процессом прокатки обеспечивает автоматическое согласование линейной скорости валков каждой последующей (горизонтальной либо вертикальной) клети и скорости выхода полосы из предыдущей клети. За счет последовательной коррекции обеспечивается установка наиболее точного соотношения скоростей валков перед захватом полосы, что дает улучшение динамических процессов.
Результаты исследования переходных процессов электроприводов вертикальных и горизонтальных валков при захвате полосы горизонтальными валками, полученные методом математического моделирования, представлены в [18].
Проведенные исследования были приняты за основу при разработке алгоритма управления электроприводами универсальных клетей электроприводов непрерывной подгруппы стана 2000. Результаты экспериментальных исследований, представленные в [2, 3], подтвердили достоверность основных теоретиче-
ских выводов. Результаты промышленного внедрения рассмотрены в [25, 28].
Список литературы
1. Пат. 2494828 РФ, МПК B21B37/52. Способ автоматического регулирования натяжения полосы в черновой группе клетей непрерывного прокатного стана / И.Ю. Анд-рюшин, В.В. Галкин, А.Н.. Гостев, И.В. Казаков, С.А. Евдокимов, А.С. Карандаев, В.Р. Храмшин, Р.Р. Храмшин // БИПМ. 2013. №28.
2. Снижение динамических нагрузок в универсальных клетях прокатного стана / В.Р. Храмшин, А.С. Карандаев, С.А. Евдокимов, И.Ю. Андрюшин, А.Г. Шубин, А.Н. Гостев // Металлург. 2015. №4. С. 41-47.
3. Khramshin V.R., Karandaev A.S., Evdokimov S.A., Andryushin I.Yu., Shubin A.G., Gostev A.N. Reduction of the Dynamic Loads in the Universal Stands of a Rolling Mill. Metallurgist. Vol. 59. №3-4, July 2015. Pp. 315-323. doi:10.1007/s11015-015-0103-8.
4. Снижение динамических нагрузок механического и электрического оборудования черновой подгруппы клетей стана горячей прокатки / В.Р. Храмшин, А.С. Карандаев,
A.А. Радионов, И.Ю. Андрюшин, А.Н. Гостев // Машиностроение: сетевой электронный научный журнал. 2013. №2. С. 69-77.
5. Согласование скоростных режимов электроприводов клетей непрерывной группы прокатного стана /А.С. Карандаев, В.Р. Храмшин, А.А. Радионов, И.Ю. Андрюшин,
B.В. Галкин, А.Н. Гостев // Вестник ИГЭУ. 2013. Вып. 1. С. 98-103.
6. Согласование скоростей взаимосвязанных электроприводов клетей черновой группы прокатного стана / А.С. Карандаев, В.Р. Храмшин, А.А. Радионов, И.Ю. Андрюшин, В.В. Галкин, А.Н. Гостев // Труды VII Международной (XVIII Всероссийской) научно-технической конференции по автоматизированному электроприводу; ФГОУ ВПО «Ивановский государственный энергетический университет». -Иваново, 2012. С. 652-657.
7. Совершенствование алгоритма согласования скоростей электроприводов клетей черновой группы стана горячей прокатки /А.С. Карандаев, В.Р. Храмшин, В.В. Галкин, А.Н. Гостев // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика. Вып. 16. 2011. № 34 (251). - С. 35-41.
8. Khramshin V.R., Evdokimov S.A., Karandaev A.S. Andryushin I.Yu., Shubin A.G. Algorithm of No-Pull Control in the Continuous Mill Train. Proceedings of the 2015 International Siberian Conference on Control and Communications (SIBCON-2015). - Omsk: Omsk State Technical University. Russia, Omsk, May 21-23, 2015. doi 10.1109/SIBCON.2015.7147263.
9. Пат. 2477187 РФ, МПК7 В 21 В 37/52. Способ автоматического управления процессом прокатки в непрерывной группе клетей / И.Ю. Андрюшин, В.В. Галкин, В.В. Головин, П.В. Шиляев, А.С. Карандаев, В.Р. Храмшин, Р.Р. Храмшин // БИМП. 2013. №7.
10. Новые технические решения в электроприводах и системах регулирования технологических параметров станов горячей прокатки / А.С. Карандаев, В.Р. Храмшин, И.Ю. Андрюшин, В.В. Головин, П.В. Шиляев, С.А. Петряков, А.А. Лукин // Известия ТулГУ. Технические науки. Вып. 3: в 5 ч. Тула: Изд-во ТулГУ, 2010. Ч. 2. С. 34-40.
11. Карандаев А.С. Храмшин В.Р. Совершенствование электроприводов и систем автоматического регулирования технологических параметров широкополосных станов горячей прокатки при расширении сортамента полос // Электротехнические системы и комплексы. 2014. № 1(22). С. 22-31.
12. Карандаев А.С. Совершенствование автоматизированных электроприводов агрегатов прокатного производства // Машиностроение: сетевой электронный научный журнал. 2014. №1. С. 3-15.
13. Басков С.Н., Карандаев А.С., Осипов О.И. Энергосиловые параметры приводов и система профилированной прокатки слябов стана 2800 // Приводная техника. 1999. №12. С. 21-24.
14. Автоматическая коррекция скоростей электроприводов клетей стана 2000 при прокатке трубной заготовки / И.Ю. Андрюшин, В.В. Галкин, В.В. Головин, А.С. Карандаев, А.А. Радионов, В.Р. Храмшин // Изв. вузов. Электромеханика. 2011. № 4. С.31-35.
15. Совершенствование автоматизированных электроприводов и диагностика силового электрооборудования / И.А. Селиванов, А.С. Карандаев, С.А. Евдокимов, В.Р. Храмшин, А.А. Шеметова, А.А. Лукин // Изв. вузов. Электромеханика. 2009. №1. С. 5-11.
16. Храмшин В.Р. Способы компенсации статических отклонений скорости электроприводов клетей широкополосного стана горячей прокатки // Электротехника. 2013. №4. С. 49-55.
17. Математическое моделирование взаимосвязанных электромеханических систем непрерывной подгруппы клетей прокатного стана. Ч.1. Разработка математической модели / А.А. Радионов, А.С. Карандаев, А.С. Евдокимов, И.Ю. Анд-рюшин, А.Н. Гостев, А.Г. Шубин // Вестник ЮжноУральского государственного университета. Серия: Энергетика. 2015. Т. 15. № 1. С. 59-73.
18. Математическое моделирование взаимосвязанных электромеханических систем непрерывной подгруппы клетей прокатного стана. Ч.2. Исследование динамических нагрузок в универсальных клетях / А.А. Радионов, А.С. Карандаев,
A.С. Евдокимов, И.Ю. Андрюшин, А.Н. Гостев, А.Г. Шубин,
B.Р. Гасияров // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика. 2015. Т. 15. № 2. С. 6776.
19. Математическое моделирование тиристорного электропривода с переключающейся структурой / А.С. Каранда-ев, В.Р. Храмшин, В.В. Галкин, А.А. Лукин // Изв. вузов. Электромеханика. 2010. №3. С. 47-53.
20. Дружинин Н.Н. Непрерывные станы как объект ав-
INFORMATION IN ENGLISH
томатизации. М.: Металлургия, 1975. 336 с.
21. Математическая модель взаимосвязанных электротехнических систем непрерывной группы широкополосного стана / В.Р. Храмшин, И.Ю. Андрюшин, А.Н. Гостев, А.С. Карандаев // Машиностроение: сетевой электронный научный журнал. 2013. №1. С. 12-21.
22. Математическое моделирование взаимосвязанных электромеханических систем межклетевого промежутка широкополосного стана горячей прокатки / А.С. Карандаев, В.Р. Храмшин, И.Ю. Андрюшин, Шиляев П.В., В.В. Головин // Изв. вузов. Электромеханика. 2009. №1. С. 12-20.
23. Храмшин В.Р. Разработка электротехнических систем непрерывной группы стана горячей прокатки при расширении сортамента полос: дис. ... д-ра техн. наук. Магнитогорск: ФГБОУ ВПО «МГТУ», 2013. 360 с.
24. Храмшин, В.Р. Разработка и внедрение автоматизированных электроприводов и систем регулирования технологических параметров широкополосного стана горячей прокатки // Вестник Ивановского государственного энергетического университета. 2012. № 6. С. 100-104.
25. Гостев, А.Н. Ограничение динамических нагрузок электроприводов универсальных клетей непрерывной подгруппы широкополосного стана горячей прокатки: дис. ... канд. техн. наук. Магнитогорск: ФГБОУ ВПО «МГТУ», 2015. 166 с.
26. Андрюшин И.Ю., Шубин А.Г., Гостев А.Н. Разработка математической модели взаимосвязанных электромеханических систем черновой группы прокатного стана // Электротехнические системы и комплексы. 2014. №3(24). С. 24-31.
27. Бычков В.П. Электропривод и автоматизация металлургического производства. М.: Высш. шк., 1977. 391 с.
28. Автоматическая коррекция скоростей электроприводов клетей стана 2000 при прокатке трубной заготовки / Андрюшин И.Ю., Галкин В.В., Головин В.В., Карандаев А.С., Радионов А.А., Храмшин В.Р. // Изв. вузов. Электромеханика. 2011. № 4. С. 31-35.
System of Interstand Tension Compensation in Roughing Train of Rolling Mill Research Using Mathematical Modeling Method
Shubin A.G., Gostev A.N., Khramshin R.R., Odintsov K.E.
The problems of limiting dynamic loads on electromechanical systems of the continuous train of universal rolling stands of the wide strip hot rolling mill require intensive research using methods of mathematical modeling. The functional scheme of the automatic no pull control system of OJSC "Iron and Steel Works" rolling mill 2000 was examined. It was pointed out, that it does not meet the increasing requirements to the accuracy of the interstand tension control. The structural diagram of the mathematical model of electromechanical systems of horizontal rolls in the continuous train is given. The authors refer to the developed mathematical model of interrelated electromechanical systems of vertical and horizontal rolls of a universal rolling stand. They describe the results of transient processes modeling per rolling cycle for the current algorithms of electric drives control. The research confirmed the determining influence of the mutual mismatch of the strip exit speed from the previous (vertical or horizontal) stand and the roll rotating speed of the next stand on the tension or backing in the interstand space. The developed method of speed coordination for electric drives of continuous train is described. The results of research work carried out by means of the developed mathematical models are given. It is concluded that the offered control method of the rolling process is capable of compensating interstand tension
thanks to the more accurate roll speed matching before the strip grip.
Keywords: wide strip rolling mill, roughing continuous train, universal rolling stand, interstand tension, electric drive, mathematical model, structure, method of speed matching, research.
References
1. Andryushin I.Yu., Galkin V.V., Gostev A.N., Kazakov I.V., Evdokimov S.A., Karandaev A.S., Khramshin V.R., Khramshin R.R. The Russian Federation patent for an invention no.2494828, MnK B21B37/52. Sposob avtomaticheskogo regulirovaniya natyazheniya polosy v chernovoy gruppe kletey nepreryvnogo prokatnogo stana [Method of Automatic Control of Strip Tension in Roughing Train of Continuous Rolling Mill], BIPM, 2013, no.28.
2. Khramshin V.R., Karandaev A.S., Evdokimov S.A., Andryushin I.Yu., Shubin A.G., Gostev A.N. Snizhenie dinamicheskikh nagruzok v universalnykh kletyakh prokatnogo stana [Reduction of Dynamic Loads in Universal Stands of Rolling Mill], Metallurgist, 2015, no.4, pp. 41-47.
3. V.R. Khramshin, A. S. Karandaev, S. A. Evdokimov, I. Yu. Andryushin, A. G. Shubin, A. N. Gostev Reduction of the
Dynamic Loads in the Universal Stands of a Rolling Mill. Metallurgist. Vol. 59. no.3-4, July 2015. pp. 315-323. doi:10.1007/s11015-015-0103-8.
4. Khramshin V.R., Karandaev A.S., Radionov A.A., Andryushin I.Yu., Gostev A.N. Snizhenie dinamicheskikh nagruzok mekhanicheskogo i elektricheskogo oborudovaniya chernovoy podgruppy kletey stana goryachey prokatki [Reduction of Dynamic Loads on Mechanical and Electrical Equipment of Roughing Train of Hot Rolling Mill], Machine-building: network electronic scientific journal, 2013, no.2, pp. 69-77.
5. Karandaev A.S. Khramshin V.R., Radionov A.A., Andryushin I.Yu., Galkin V.V., Gostev A.N. Soglasovanie skorostnykh rezhimov elektroprivodov kletey nepreryvnoy gruppy prokatnogo stana [Synchronization of speeds of electric drives in rolling stands of continuous train], Bulletin of IGEU, 2013, issue 1. pp. 98-103.
6. Karandaev A.S. Khramshin V.R., Radionov A.A., Andryushin I.Yu., Galkin V.V., Gostev A.N. Soglasovanie skorostey vzaimosvyazannykh elektroprivodov kletey chernovoy gruppy prokatnogo stana [Synchronization of Speeds of Interrelated Electric Drives of Roughing Train of Rolling Mill], Trudy VII mezhdunarodnoy (XVIII vserossiyskoy) naucho-tekhnicheskoy konferentsii po avtomatizirovannomu elektroprivodu [Proceedings of VII International (XVIII All-Russian) scientific conference on automated electric drive], Ivanovo State Powerengineering University. Ivanovo, 2012, pp. 652-657.
7. Karandaev A.S., Khramshin V.R., Galkin V.V., Gostev A.N. Sovershenstvovanie algoritma soglasovaniya skorostey elektroprivodov kletey chernovoy gruppy stana goryachey prokatki [Improvement of Speed Synchronization Algorithm for Electric Drives of Roughing Train at Hot Rolling Mill], Bulletin of the South-Ural State University. Power engineering series. Issue 16, 2011, no. 34 (251), pp. 35-41.
8. Khramshin V.R., Evdokimov S.A., Karandaev A.S. Andryushin I.Yu., Shubin A.G. Algorithm of No-Pull Control in Continuous Mill Train. Proceedings of the 2015 International Siberian Conference on Control and Communications (SIBCON-2015). Omsk: Omsk State Technical University. Russia, Omsk, May 21-23, 2015. doi 10.1109/SIBCON.2015.7147263.
9. Andryushin I.Yu., Galkin V.V., Golovin V.V., Shilyaev P.V., Karandaev A.S., Khramshin V.R., Khramshin R.R. The Russian Federation patent for an invention 2477187, МПК7 В 21 В 37/52. Method of Automatic Control of Rolling Process in Continuous Train, BIMP, 2013, no.7.
10. Karandaev A.S. Khramshin V.R., Andryushin I.Yu., Golovin V.V., Shilyaev P.V., Petryakov S.A., Lukin A.A. Novye tehnicheskie resheniya v elektroprivodakh i sistemakh regulirovaniya tekhnologicheskikh parametrov stanov goryachey prokatki [New Technical Solutions in Electric Drives and Control Systems of Technological Parameters of Hot Rolling Mills], Bulletin of TulGU. Engineering Sciences. Issue 3, in 5 vol., Tula, Publishing centre of TulGU, 2010. Vol. 2, pp. 34-40.
11. Karandaev A.S., Khramshin V.R. Sovershenstvovanie elektroprivodov i sistem avtomaticheskogo regulirovaniya tekhnologicheskikh parametrov shirokopolosnykh stanov goryachey prokatki pri rasshirenii sortamenta polos [Enhancement of Electric Drives and Automatic Control Systems of Technological Parameters of Wide Strip Hot Rolling Mills in the Process of Product Range Extension], Electrotechnical systems and complexes, 2014, no. 1(22), pp. 22-31.
12. Karanadev A.S. Sovershenstvovanie avtomatizirovannykh elektroprivodov agregatov prokatnogo proizvodstva [Enhancement of Automated Electric Drives of Rolling Units], Machine-building: network electronic scientific journal, 2014, no.1, pp. 3-15.
13. Baskov S.N., Karandaev A.S., Osipov O.I. Enrgosilovye parametry privodov i sistema profilirovannoy prokatki slyabov stana 2800 [Power Parameters of Drives and System of Shaped Rolling of Plate Slabs at Rolling Mill 2800], Power-driven equipment, 1999, no. 1-2, pp. 21-24.
14. Andryushin I.Yu., Galkin V.V., Golovin V.V., Karandaev A.S., Radionov A.A., Khramshin V.R. Avtomaticheskaya korrektsiya skorostey elektroprivodov kletey stana 2000 pri prokatke trubnoy zagotovki [Automatic Speed Adjustment of 2000 Mill Electric Drives in the Process of Tube Stock Rolling], Proceedings of Universities. Electrical engineering, 2011, no. 4, pp. 31-35.
15. Selivanov I.A., Karandaev A.S., Evdokimov S.A., Khramshin V.R., Shemetova A.A., Lukin A.A. Sovershenstvovanie avtomatizirovannykh elektroprivodov i diagnostika silovogo elektrooborudovaniya [Enhancement of Automated Electric Drives and Diagnostics of Power Electrical Facilities], Proceedings of Universities. Electrical engineering. 2009, no.1, pp. 5-11.
16. Khramshin, V.R. Sposoby kompensatsii staticheskikh otkloneniy skorosti elektroprivodov kletey shirokopolosnogo stana goryachey prokatki [Methods of Static Deflection Compensation for Rolling Stand Electric Drive Speed at Hot Rolling Mill], Electrical engineering, 2013, no. 4, pp. 49-55.
17. Radionov A.A., Karandaev A.S., Evdokimov A.S., Andryushin I.Yu., Gostev A.N., Shubin A.G. Matematicheskoe modelirovanie vzaimosvyazannykh elektromekhanicheskikh sistem nepreryvnoy podgruppy kletey prokatnogo stana. Chast 1. Razrabotka matematicheskoy modeli [Mathematical Modeling of Interrelated Electromechanical Systems of Continuous Train of Rolling Mill. Part 1. Mathematical Model Development], Bulletin of the South-Ural State University. Power engineering series. 2015, vol. 15, no. 1, pp. 59-73.
18. Radionov A.A., Karandaev A.S., Evdokimov A.S., Andryushin I.Yu., Gostev A.N., Shubin A.G., Gasiyarov V.R. Matematicheskoe modelirovanie vzaimosvyazannykh elektromekhanicheskikh sistem nepreryvnoy podgruppy kletey prokatnogo stana. Chast 2. Issledovanie dinamicheskikh nagruzok v universalnykh kletyakh [Mathematical Modeling of Interrelated Electromechanical Systems of Continuous Train of Rolling Mill. Part 2. Investigation of Dynamic Loads in Universal Rolling Stands], Bulletin of the South-Ural State University. Power engineering series, 2015, vol. 15, no. 2, pp. 67-76.
19. Karandaev A.S., Khramshin V.R., Galkin V.V., Lukin A.A. Matematicheskoe modelirovanie tiristornogo elektroprivoda s pereklyuchayuscheysya strukturoy [Mathematical Modeling of Thyristor Drive with Switching Structure], Proceedings of Universities. Electrical engineering, 2010, no.3, pp. 47-53.
20. Druzhinin N.N. Nepreryvnye stany kak obyekt avtomatizatsii [Continuous Rolling Mills as Automation Object]. Moscow: Metallurgy, 197, 336 p.
21. Khramshin V.R. Andryushin I.Yu., Gostev A.N., Karandaev A.S. Matematicheskaya model vzaimosvyazannykh elektrotekhnicheskikh sistem nepreryvnoy gruppy shirokopolosnogo stana [Mathematical Model of Interrelated Electrotechnical Systems of Continuous Train of Wide Strip Mill], Machine-building: network electronic scientific journal, 2013, no.1, pp. 12-21.
22. Karandaev A.S., Khramshin V.R., Andryushin I.Yu., Shilyaev P.V., Golovin V.V. Matematicheskoe modelirovanie vzaimosvyazannykh elektromekhanicheskikh sistem mezhkletevogo promezhutka shirokopolosnogo stana goryachei prokatki [Mathematical Modeling of Interrelated Electromechanical Systems of Interstand Space at Wide Strip Hot Rolling Mill], Proceedings of Universities. Electrical engineering, 2009, no.1, pp. 12-20.
23. Khramshin V.R. Razrabotka elektrotekhnicheskikh system nepreryvnoy gruppy stana goryachey prokatki pri rasshirenii sortamenta polos [Development of Electrotechnical Systems for Continuous Train of Hot Rolling Mill in the Process of Product Range Extension]: Doctoral thesis in Engineering. Magnitogorsk: «MSTU», 2013. 360 p.
24. Khramshin V.R. Razrabotka i vnedrenie avtomatizirovannykh elektroprivodov i system regulirovaniya tekhnicheskikh parametrov shirokopolosnogo stana goryachey
prokatki [Development and Implementation of Automated Electric Drives and Technological Parameters Control Systems of Wide Strip Hot Rolling Mills], Bulletin of Ivanovo State Power Engineering University, 2012, no. 6, pp. 100-104.
25. Gostev A.N. Ogranichenie dinamicheskikh nagruzok elektroprivodov universalnykh kletey nepreryvnoy podgruppy shirokopolosnogo stana goryachei prokatki [Dynamic Loads Limiting for Electric Drives of Universal Stands of Continuous Train at Wide Strip Hot Rolling Mill]: Ph.D. thesis in Engineering. Magnitogorsk: «MSTU», 2015, 166 p.
26. Andryushin I.Yu., Shubin A.G., Gostev A.N. Razrabotka matematicheskoy modeli vzaimosvyazannykh elektromekhanicheskikh system chernovoy gruppy prokatnogo stana [Development of Mathematical Model for Interrelated
Electromechanical Systems of Roughing Train of Rolling Mill], Electrotechnical systems and complexes, 2014, no. 3(24), pp. 2431.
27. Bychkov V.P. Elektroprivod i avtomatizatsiya metallurgicheskogo proizvodstva [Electric Drive and Automation in Metallurgy], Moscow: High School, 1977, 391 p.
28. Andryushin I.Yu., Galkin V.V., Golovin V.V., Karandaev A.S., Radionov A.A., Khramshin V.R. Avtomaticheskaya korrektsiya skorostey elektroprivodov kletey stana 2000 pri prokatke trubnoy zagotovki [Automatic Speed Adjustment of Electric Drives of Rolling Stands at Rolling Mill 2000 in the Process of Tube Stock Rolling], Proceedings of Universities. Electrical engineering, 2011, no. 4, pp. 31-35.
Информация о других журналах издательства
Журнал «Математическое и программное обеспечение систем в промышленной и социальной сферах»
основан в 2011 году на базе сборников, которые издавались в период работы кафедры вычислительной техники и прикладной математики (с 2013 кафедры вычислительной техники и программирования): 2003 и 2004 годах -сборник трудов «Новые программные средства для предприятий Урала», в 2005 и 2007 годах - «Создание и внедрение корпоративных информационных систем (КИС) на промышленных предприятиях Российской Федерации»; в 2006 - «Разработка новых программных средств для предприятий Урала».
Журнал публикует научные работы по следующим рубрикам: технические средства обеспечения информационных процессов; обыкновенные дифференциальные уравнения и дифференциальные уравнения с частными производными; математические модели естественных и технических наук; уравнения математической физики; теория систем автоматического управления; теория моделирования; теория информации; искусственный интеллект; системный анализ; общие вопросы автоматики и вычислительной техники; теория автоматического управления; теоретические основы программирования; вычислительные сети; программное обеспечение вычислительных машин, комплексов и сетей; системы автоматического управления, регулирования и контроля; автоматизированные системы управления технологическими процессами; автоматизация проектирования; автоматизация научных исследований; педагогика и методика подготовки кадров высшей квалификации в области математики, программирования, разработки автоматизированных систем и информационных технологий.
Электронная версия журнала доступна:
• на информационном портале ФГБОУ ВПО «МГТУ» www.magtu.ru (раздел «Журнал «Математическое и программное обеспечение систем в промышленной и социальной сферах»);
• на платформе еLIBRARY._
