CC BY
124
Рис. 4. Система управления, позволяющая снижать амплитуду переходных процессов
при перерегулировании
Т Л ---- пи
Т ок якоря двигателя, А
40 30 20 10 о -10 -20 -30 -40
Рис. 5. Отклонение от заданной скорости (в моменты изменения задания на графике видны рывки)
1І
1 I
1 1
И'іІІШіііЧііУмчіп
і і т у
т ' у
Литература
1. Денисенко, В.В. Компьютерное управление технологическим процессом, экспериментом, оборудованием /
В.В. Денисенко. - М., 2009.
2. Йепсен, У.Н. Системное моделирование станов горячей и холодной прокатки на примере исследования вибраций в непрерывных станах холодной прокатки / У.Н. Йепсен, Г.К. Кнеппе, В. Роде // Черные металлы. - 1996. -№ 8. - С. 17 - 25.
3. Коцарь, С.Л. Динамика процессов прокатки / С.Л. Коцарь. - М., 1997.
4. Крот, П.В. Исследование дефекта «ребристость» и высокочастотных колебаний станов холодной прокатки полос / П.В. Крот // Производство проката. - 2002. - № 3. -
С. 21 - 23.
5. Рыбаков, Ю.В. Определение источников вибрации, вызывающих явление резонанса на станах холодной прокатки / Ю.В. Рыбаков, Г.Н. Субботин // Производство проката. - 2002. - № 10. - С. 13 - 16.
УДК 621.771.23:658.562
В.В. Мухин, М.К. Харахнина, Е.В. Рудаков
МЕТОД ОБНАРУЖЕНИЯ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ПОЛОСЫ МЕТАЛЛА НА СТАНАХ НЕПРЕРЫВНОЙ ХОЛОДНОЙ ПРОКАТКИ НА ОСНОВЕ ВЫЧИСЛЕНИЯ ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ МАССЫ ДВИЖУЩЕЙСЯ ПОЛОСЫ
Предложен способ обнаружения сварного шва посредством вычисления теоретической массы движущейся полосы металла. Приведен новый способ вычисления теоретической массы на основе измерения толщины полосы, использующий метод Монте-Карло вычисления интеграла. Разработаны функциональные схемы системы вычисления теоретической массы и обнаружения сварного шва.
Стан бесконечной холодной прокатки, теоретическая масса, система обнаружения, система вычисления, сварной шов, движущаяся полоса.
The method of detecting the weld by calculating the theoretical mass of the moving metal strip is proposed in the paper. The new way of calculating the theoretical mass by measuring the thickness of the strip, using the Monte Carlo method of calculation of the integral is presented in the article. The functional schemes of calculating system of the theoretical mass and detection of the weld are developed in the paper.
Infinite cold-rolling mill, theoretical mass, detection system, calculating system, weld, moving strip.
При производстве холоднокатаного листа на станах непрерывной холодной прокатки существует ряд проблем, связанных с обработкой полосы со сварными соединениями. Необходимым условием прокатки сварного шва является снижение скорости рабочей прокатки полосы (20 и более м/с) до скорости пропуска шва (2,5 - 3 м/с). Раннее снижение скорости полосы ведет к потере производительности стана, позднее - приводит к попаданию сварного шва в первую клеть стана на недопустимо высокой скорости, что, в свою очередь, является причиной обрывов полосы, простоев оборудования и порче дорогостоящих валков. В хвостовой части стана межрулон-ные сварные соединения подлежат вырезке.
Т аким образом, повышение точности слежения за сварными соединениями в головной части стана и на выходе полосы металла из стана путем разработки новых алгоритмов работы подсистемы слежения за положением сварного шва является актуальной производственной задачей [2].
Нами предложен новый метод обнаружения сварных соединений полосы металла на станах непрерывной холодной прокатки. Метод основан на законе сохранения массы и методе вычисления теоретической массы движущейся полосы металла [3]. Разработана функциональная схема системы обнаружения сварных соединений, основанная на совместной работе двух измерительных каналов: измерения длины и измерения толщины полосы.
На рис. 1 изображена полоса металла постоянной ширины В, ограниченная двумя смежными сварными соединениями. Три датчика толщины полосы металла расположены на прямой, перпендикулярной полосе металла. Датчик № 2 расположен посредине полосы, датчики № 1 и № 3 - на расстоянии 0 < Ь < В2 от
краев полосы.
Рис. 1. Полоса металла, ограниченная сварными соединениями
Измерения толщины полосы осуществляются в дискретные моменты времени одновременно всеми тремя датчиками. Измерения нумеруются от первого измерения, сразу после прохождения сварного шва линии расположения датчиков, до последнего, непо-
средственно предшествующего расчетному сварному соединению.
Пусть , И2,, к'3 - толщины полосы металла, из-
меренные датчиками под № 1, 2, 3 соответственно при /'-ом измерении / = 1, 2, ... .
Датчик длины полосы выдает данные о длине
У/ (/ = 1, 2,...) участка полосы металла от прой-
денного сварного шва до линии расположения датчиков.
Расчет массы Мп участка полосы длиной уп осуществляем по формуле [2]:
м„
p
4(b - B)2 i=1 2
£ A \(h + h;-1)
BL
12
+2
(hi + h2-1)
BJ
+B ■ b (b -B)
+(h3+h31)
где hk° = h1, к = 1,2Д Ai = yt - y i-1, і = 2Д...; A1 = У1;
p - плотность металла.
Замечания
1. Из теории интерполирования известно, что для получения лучшей точности интерполирования функции узлы интерполирования необходимо выбирать в соответствии со значениями корней многочлена Чебышева первого рода, наименее уклоняющихся от нуля. В нашем случае для значения параметра Ь имеем: Ь = 0,067В.
2. Учитывая, что величины Д/, Ик получаются в результате измерений, то есть с некоторой погрешностью, а также учитывая смещение полосы от центральной линии агрегата, расчет массы М п участка
полосы длиной Уп можно осуществлять, используя
метод Монте-Карло вычисления интеграла от функции двух переменных:
Mn =PB £ Ai £ hk.
i=1 к=1
3. При Мп < М , где М - известная масса текущего участка полосы между двумя сварными соединениями, заключаем, что следующий сварной шов еще не подошел к линии расположения датчиков к моменту п-го измерения.
Предложены следующие три варианта обнаружения сварных соединений. Эти варианты реализуются при передаче данных Д/, Ик в АСУ ТП стана.
В первом из них предполагается размещать датчики толщины металла непосредственно перед пер-
+
З
6
вой клетью стана. Зная расстояние Ь от линии измерения толщины металла до рабочего контакта валков с полосой в первой клети стана, оцениваем длину листа от первой клети стана до очередного сварного М - Мп
шва по формуле-------------уп + Ь . Учитывая время
Мп
перехода стана от рабочей скорости до скорости прохождения клети и закон снижения этой скорости, АСУ ТП стана определяет управляющие параметры для снижения скорости прокатки, а затем после прохождения сварного шва через первую клеть стана к переходу к рабочей скорости прокатки.
Во втором варианте предполагается устанавливать датчики толщины полосы металла и датчик длины листа непосредственно за последней клетью стана.
В этом случае решаются следующие задачи:
1. Обнаружение сварного соединения с целью прохождения их через клети стана на требуемых скоростях прокатки.
2. Вырезка летучими ножницами сварных соединений после прохождения ими всех клетей стана.
3. Раскрой готового листа в соответствии с техническим заданием, определяемым заказами потребителя.
Рассмотрим алгоритмы решения первой и второй задачи, алгоритм решения третьей задачи изложен в [3].
Пусть іі - расстояние между і-й и і + 1-й клетями
стана (і = 1, 2, ..., т - 1), кі - коэффициент сжатия толщины листа при прохождении і-й клети стана (і = 1, 2, ., т), М0 - длина полосы, которая проходит через первую клеть стана за время от начала снижения скорости прокатки от рабочей до скорости прохождения сварного соединения.
Если
1т-1 * кт + 1т-2 * кт * кт-1 + — + 11 * кт '■■■ * к2 +
м - Мп М„
• уп + Ь1 - длины готовой полосы, которая
+ М0 • кт • к1 <
м - Мп М„
-Уп
пройдет через линию реза летучими ножницами за время от и-го измерения до времени прохождения сварного шва линии реза, АСУ ТП стана определяет управляющие параметры для вырезки летучими ножницами сварного соединения. Функциональная схема реализации второго способа показана на рис. 2.
В блоке 3 хранятся данные об исходных массах всех рулонов, подаваемых на стан. Рулон полосы движется к вычислителю массы 5, находящему значение массы полосы по результатам измерения толщины в трех точках и расположенному между последней клетью стана и летучими ножницами. Перед ним установлен датчик наличия металла 4, который при обнаружении полосы посылает сигнал включения на вычислитель массы 5. Подробно схема работы системы вычисления массы по результатам измерения толщины описана в [3].
Найденное в вычислителе 5 значение массы подается в компаратор 9, где сравнивается с заданной массой, значение которой поступает из 3. При равенстве масс из компаратора подаются следующие сигналы:
1) на обнуление вычислителя массы 5;
2) в подсистему управления летучими ножницами 11 о необходимости сделать рез полосы спустя время Т = Ь1/Кпр, где Кдр - это скорость пропуска шва, Ь1 - расстояние от линии измерения толщины металла до расположения летучих ножниц;
3) в подсистему управления скоростью стана 10 для начала разгона стана до рабочей скорости после проведения реза.
Также при этом в самом компараторе изменяется значение исходной массы для сравнения на следующее в очереди.
Данные из вычислителя оставшейся до шва длины полосы 6 отправляются в компаратор 8, где сравнивается с необходимым для начала торможения стана расстоянием от шва до толщиномера, вычисляемое в задатчике 7 по формуле:
то стан работает на рабочей скорости. В противном случае АСУ ТП стана переводит стан на режим уменьшения скорости прокатки до скорости прохождения сварного шва. На скорости прохождения сварного шва стан работает до тех пор, пока М п < М . В противном случае АСУ ТП стана переходит на режим набора скорости прокатки до рабочей и кроме того начинается новый цикл измерения толщин и длины полосы.
Используя предложенную систему как систему поддержки принятия решений при работе с известными системами обнаружения сварных соединений, повышается их надежность, с одной стороны, а с другой - появляется возможность вносить коррективы в систему расчета координаты очередного сварного соединения.
Для решения второй задачи необходимо знать расстояние Ь1 от линии измерения толщины металла до расположения летучих ножниц. С учетом инерционности механизма летучих ножниц и оценкой
1т-1 * кт + 1т-2 ' кт ' кт-1 + ••• +
+ 11 * кт * ...к2 * +М0 * кт * - * к1-
При равенстве длин из компаратора подается сигнал в систему управления скоростью стана 10 для начала торможения стана до скорости пропуска шва.
Рассмотрим третий вариант, в котором предполагается устанавливать датчики толщины полосы металла и датчики длины листа одновременно и перед первой и за последней клетью стана. Функциональная схема реализации третьего способа показана на рис. 3.
Рулон полосы движется по роликам к вычислителю массы 6, находящему значение массы полосы по результатам измерения толщины в трех точках и расположенному между последней клетью стана и летучими ножницами. Перед ним установлен датчик наличия металла 4, который при обнаружении полосы посылает сигнал включения на вычислитель массы 6.
1. Стыкосварочная машина
В
Рис. 2. Функциональная схема системы
. Стыкосварочная машина
3. Задатчик массы
8. Компаратор 1
Рис. 3. Функциональная схема системы
Найденное в вычислителе 6 значение массы подается в компаратор 8, где сравнивается с заданной массой, значение которой поступает из 3. При равенстве масс из компаратора подаются следующие сигналы:
1) на обнуление вычислителя массы 6;
2) в подсистему управления скоростью стана 10 для начала торможения стана до скорости пропуска шва.
После этого первый рулон движется по роликам к вычислителю массы 7, находящему значение массы полосы по результатам измерения толщины в трех точках и расположенному между последней клетью стана и летучими ножницами. Перед ним установлен датчик наличия металла 5, который при обнаружении полосы посылает сигнал включения на вычислитель массы 7.
Найденное в вычислителе 7 значение массы подается в компаратор 9, где сравнивается с заданной массой, значение которой поступает из 3. При равенстве масс из компаратора подаются следующие сигналы:
1) на обнуление вычислителя массы 7;
2) в подсистему управления летучими ножницами 11 о необходимости сделать рез полосы спустя время Т = £1/Кпр, где Упр - это скорость пропуска шва, Ь1 - расстояние от линии измерения толщины металла до расположения летучих ножниц;
3) в подсистему управления скоростью стана 10 для начала разгона стана до рабочей скорости после проведения реза.
Выводы:
1. Разработан метод обнаружения сварных соединений полосы металла на станах непрерывной холодной прокатки на основе вычисления теоретической массы движущейся полосы.
2. Включение в существующую систему обнаружения сварных соединений вспомогательной подсистемы для принятия решений, использующую в своей основе разработанный метод, повышает ее надежность и позволяет корректировать в расчет координаты шва.
Литература
1. Патент на полезную модель № 100437 Система вычисления теоретической массы движущейся полосы / М.К. Харахнина, В.В. Мухин, Д.Н. Перов. Зарегист. в Гос. реестре полезных моделей РФ 20.12.2010 г.
2. Харахнин, К.А. Подсистема управления станом бесконечной холодной прокатки при прохождении сварных соединений / К.А. Харахнин, А.Л. Смыслова, В.В. Плашенков // Технология машиностроения. Машиностроение. - 2007. - № 6. - С. 61 - 64.
3. Харахнина, М.К. Математические основы построения системы вычисления теоретической массы движущейся полосы металла / М. К. Харахнина, В. В. Мухин, Д.Н. Перов // Производство проката. - 2010. - № 7. - С. 22 - 26.
УДК 66.011
Н.Н. Синицын, А.С. Андреев, М.М. Клычьян
ИМИТАЦИОННАЯ МОДЕЛЬ ДИНАМИКИ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ В ТЕПЛОФИКАЦИОННЫХ СИСТЕМАХ
В статье проведена разработка имитационной макромодели динамики энергосбережения при применении в системах теплофикации тепловых насосов. Для комплексной оценки технико-экономической эффективности в качестве определяющего параметра выбрана эксергия тепловой энергии. Модель ориентирована на использование в качестве имитационного блока в системе Matlab-Simulink.
Имитационная макромодель, энергосбережение, теплофикационные системы, тепловой насос, эксергия, отопительный коэффициент, динамическое звено, передаточная функция, блок Matlab-Simulink.
The article develops a simulation macromodel of dynamics of energy savings used in the systems of central heating of thermal pumps. The exergy of thermal energy is considered to be a key parameter for complex assessment of technical and economic efficiency. The model is to be used as a simulation block in the Matlab-Simulink system.
Simulation macromodel, energy conservation, cogeneration systems, thermal pump, exergy, heating factor, dynamic element, transfer function, Matlab-Simulink block.
В специальной научной литературе широко обсуждаются вопросы моделирования энергосбережения и экономии топлива в теплофикационных системах. При этом проблема, в основном, рассматривается и отражается на уровне технических и технологических решений. Меньшее внимание уделяется мак-
роэкономическим аспектам энергосбережения. Вместе с тем, наметившаяся тенденция повышения роли энергосбережения предполагает прогнозировать последствия включения энергосберегающих технологий в экономику еще на стадии макромоделирования. Это позволяет оценить степень «разумной»
