CC BY
146
Information in English
Mathematical Model for Research and Optimisation of Diesel Train Electric Drive
Dmitrienko V.D., Zakovorotnyj A.Yu.
A synthesis of linear mathematical model of a diesel train with an asynchronous traction drive based on the dynamic object of model linearization control by means of geometric control theory is considered. On the basis of the sequence of involutive distributions the authors obtained the linear mathematical model in the form of Brunovski nonlinear model.
Keywords: linear mathematical model, asynchronous traction drive, geometric control theory, involutive distributions.
References
1. Kovalskij A.N. Sintez sistemi avtomaticheskogo upravleniya poezdom metropolitena (SAU-M) i eyo modernizatsiya [Synthesis of subway train automatic control (SAU-M) and its modernization] // Proceedings of MIIZhT Conference. Issue 276. M.: MIIZhT, 1968, pp. 3 - 13.
2. Petrov Ju.P. Optimalnoe upravlenie dvizheniem transportnyh sredstv [Optimal control of vehicles movement]. L.: Energiya, 1969. 96 p.
3. Shinskaja Ju.V. Raschet optimalnyh rezhimov vedeniya poezdov metropolitena metodom dinamicheskogo prognozirovaniya [Calculation of optimal mode of conducting underground trains using dynamic forecasting]. Proceedings of LIIZhT Conference. Issue 315. L.: LIIZhT, 1970, pp. 18-23.
4. Legostaev E.N., Isaev I.P., Kovalskij A.N. Avtomatizatsiya upravleniya dvizheniyem poezdov na metropolitenah [Automation of train control in subways] M.: Transport, 1976. 96 p.
5. Kudrjavtsev Ja.B. Printsip maksimuma i optimalnoe upravlenie dvizheniem poezda [Maximum principle and optimal train control]. Bulletin of VNIIZhT. 1977. no. 1, pp. 57-61.
6. Kostromin A.M. Optimizatsiya upravleniya lokomotivom [Optimization of locomotive control]. M.: Transport, 1979. 119 p.
7. Noskov V.I., Dmitrienko V.D., Zapolovskij N.I., Leonov S.Ju. Modelirovanie i optimizatsiya sistem upravleniya i kontrolya lokomotivov [Simulation and optimization of locomotive management and control systems]. Harkiv: HFI "Transport Ukrainy", 2003. 248 p.
8. Dmitrienko V.D., Noskov V.I., Lipchanskij M.V. Matimaticheskoye modelirovanie i optimizatsiya sistemy
upravleniya tyagovym elektroprivodom [Mathematical modeling and optimization of traction electric drive control]. Information processing systems. Harkiv: HUPS. 2004. Issue 11(39), pp. 5562.
9. Dmitrienko V.D., Noskov V.I., Lipchanskij M.V., Zakovorotnyj A.Ju. Opredelenie optimalnyh rezhimov vedeniya dizel-poezda s ispolzovaniem neironnyh setey ART [Determination of optimal modes of diesel train operation using ART neural networks]. Bulletin of NTU "HPI". Harkiv: NTU "HPI". 2004. No. 46, pp. 90- 96.
10. Dmitrienko V.D., Zakovorotnyj A.Ju. Sintez optimalnyh zakonov upravleniya tyagovym elektroprivodom metodami differentsialnoy geometrii i printsipa maksimuma [Synthesis of optimal laws of traction electric drive control using methods of differential geometry and the maximum principle]. Information processing systems. Harkiv: HUPS. 2009. Issue 4(78), pp. 42-51.
11. Metody klassicheskoi i sovremennoi teorii avtomaticheskogo upravleniya [Methods of classical and modern automatic control theory]: Tutorial in 5 volumes. Vol. 4: Optimization Theory of Automatic Control Systems; edited by K.A. Pupkova and I.D. Egunova. M.: Bauman MGTU, 2004. 744 p.
12. Metody klassicheskoi i sovremennoi teorii avtomaticheskogo upravleniya [Methods of classical and modern automatic control theory]: Tutorial in 5 volumes. Vol. 5: Methods of modern control theory; edited by K.A. Pupkova, N.D. Egupova. M.: Bauman MGTU, 2004. 784 p.
13. Dmitrienko V.D., Zakovorotnyj A.Ju., Mezentsev N.V. Sintez optimalnyh zakonov upravleniya dvizheniem dizel-poezda s pomoschyu matematicheskoi modeli v forme Brunovskogo [Synthesis of optimal control laws of diesel train movement using mathematical model in the form of Brunovsky]. Information management system for rail transport. Harkiv: UkrDAZT. 2010. Issues 5-6, pp. 7-13.
14. Krasnoshhjochenko V.I., Grishhenko A.P. Nelineinye sistemy: geometricheskii metod analiza i sinteza [Nonlinear systems: geometry method of analysis and synthesis]. Moscow: Bauman MGTU, 2005. 520 p.
15. Qiang Lu, Yuangzhang Sun, Shengwei Mei Nonlinear control systems and power system dynamics. 2001. 376 p.
УДК 621.313.333 Мещеряков В.Н., Диденко Е.Е.
Регулирование натяжения полосы в чистовой группе непрерывного
ШИРОКОПОЛОСНОГО СТАНА ГОРЯЧЕЙ ПРОКАТКИ ПО КОСВЕННОМУ ПРИНЦИПУ
В статье содержится общее описание работы системы автоматического регулирования натяжения (САРН) чистовой группы непрерывного широкополосного стана горячей прокатки, построенной на основе «безразличных» петледержателей с косвенным измерением натяжения. Также сравнивается прокатка на примере одного межклетевого промежутка с применением петледержателей и без.
Ключевые слова система автоматического регулирования натяжения (САРН), петледержатель, натяжение полосы, регулятор петли.
При прокатке в непрерывных листовых станах полоса на участке между клетями находится в упруго-напряжённом состоянии, что является одной из главных особенностей технологического процесса. Основ-
ная причина, определяющая необходимость прокатки с натяжением, заключается в том, что без натяжения полосы процесс прокатки в непрерывном листовом стане осуществить невозможно, так как при прокатке
без натяжения полоса теряет устойчивость в валках, что приводит к аварийному режиму. В то же время чрезмерное натяжение полосы в промежутке между клетями приводит к «утяжкам» металла и потере качества проката [1, 2].
Представим условно (рис. 1), что имеются две клети непрерывного стана, прокатывающие раздельно полосу, причём толщина полосы, выходящей из первой клети равна а скорость выхода V-, толщина полосы, входящей во вторую клеть, равна Нт, а скорость входа металла во вторую клеть V ¿+1. Если режимы подобрать так, чтобы hi=Hi+1, а V = V ¿+1 и мысленно соединить полосу, выходящую из первой клети с полосой, входящей во вторую клеть, то в полосе на участке между клетями не возникает каких-либо напряжений. Если теперь увеличить скорость вращения валков клети ¿+1, воздействуя соответствующим образом на её привод, то количество металла, входящего во вторую клеть, будет больше, чем количество металла, выходящего из первой клети, так как скорость V + стала больше скорости V-. Это приведёт к возникновению напряжений растяжения в полосе на участке между клетями.
Рис. 1. Структура межклетевого промежутка
На основе свойств стана, определяемых зависимостью опережения металла от натяжения и упругостью клетей, наступит новый установившийся режим, при котором скорость Vi = V ¿+1, но при другом их абсолютном значении, а на участке полосы между клетями будет действовать постоянное натяжение Т--+1.
Рассмотрим пример прокатки стальной полосы марки 08Ю в межклетевом промежутке, состоящим из двух клетей с основными параметрами прокатки: длина межклетевого промежутка ¿¿+ = 6 м; радиус рабочих валков Я = 0,4 м; радиус опорных валков Яоп = 0,8 м; толщина прокатываемого в межклетевом промежутке металла hi = 24,57 мм; ширина прокатываемого металла В = 1,6 м; средняя температура металла / = 850°С. Кроме этого, примем, что прокатка ведётся без ускорения, т.е. рассмотрим захват металла клетями и прокатку на «заправочной» скорости клетей. Допустим, заданное удельное натяжение ° ьг+х = 3,166 МПа. Также примем, что заправочная линейная скорость рабочих валков ¿-й клети VI = 2,64 м/с. С помощью математического моделирования, данных параметров прокатки и методике, изложенной в [3], получим, что для обеспечения вышеуказанного задан-
ного натяжения линейная скорость рабочих валков клети ¿+1 должна быть равна Vi+l = 3,93 м/с.
На рис. 2 время /1 - разгон клетей до своих заправочных скоростей, /2 - вход металла в клеть ¿, /3 - вход металла в клеть ¿+1 (появление натяжения), /4 - изменение скорости клети ¿+1, /5 - изменение скорости клети ¿.
Рис. 2. Графики удельного натяжения и скоростей двух смежных клетей при прокатке без ускорения и без петледержателей
Из рис. 2 видно, что возмущения в электромеханической системе двух клетей, связанных прокатываемой полосой (в частности, изменение скоростей приводов клетей), влияют на натяжение полосы металла и отклонения его от заданного. То есть для регулирования натяжения необходимо воздействовать на скорости смежных клетей соответствующим образом для поддержания заданного натяжения - в этом заключается работа САРН.
Системы регулирования натяжения за период своего развития прошли ряд этапов. Одно время на непрерывных широкополосных станах применялись «мо-ментные» петледержатели, а прокатка производилась с «силовой» петлёй [2]. В таком режиме петледержатель используется в качестве индикатора натяжения. Величиной, индицирующей межклетевое натяжение, является угол подъёма петледержателя. Большому углу подъёма петледержателя соответствует малое натяжение, и наоборот. В данном режиме регулирование натяжения в автоматическом режиме не производится. Натяжение регулируется вручную оператором прокатки путём коррекции скорости клетей с пульта управления. Точность регулирования натяжения очень низкая (рис. 3). На рис. 3 время /1 - разгон клетей до своих заправочных скоростей, /2 - вход металла в клеть ¿, /3 -вход металла в клеть ¿+1 (появление натяжения при подъёме «моментного» петледержателя и появления «силовой» петли), /4 - изменение скорости клети ¿+1.
Рис. 3. Графики удельного натяжения и скоростей двух смежных клетей при прокатке без ускорения с «моментным» петледержателем
Схематично прокатка металла в межклетевом промежутке с петледержателем показана на рис. 4.
Здесь V, - скорость выхода металла из клети г; V ,-+1 - скорость входа металла в клеть г+1; а - угол подъёма петледержателя; в, - угол наклона касательной к восходящей ветви петли в сечении выхода металла из валков клети в,+1 - угол наклона касательной к нисходящей ветви петли в сечении входа металла в клеть 1+1; Т, ,+1 - натяжение полосы в промежутке (а,-ш = Тц+1/(Б-Иц+1) - удельное натяжение) ; Р и МдВ -сила и момент, развиваемые приводом петледержателя, действующие на полосу в промежутке (для состояния покоя петледержателя - уравновешены воздействием со стороны полосы); Я - радиус рычага петледержателя; - длина межклетевого промежутка [4].
увеличение скорости последующей и предыдущей клети.
Рис. 4. Схема межклетевого промежутка при работе петледержателя
Теперь рассмотрим прокатку металла в межклетевом промежутке с применением «плавающего» или «безразличного» электромеханического петледержателя. На применении такого рода петледержателя основана работа САРН по косвенному принципу регулирования натяжения, которая до сих пор широко распространена на отечественных непрерывных широкополосных станах горячей прокатки [5]. На рис. 5 показана упрощённая структура САРН, работающая по косвенному принципу регулирования натяжения полосы с применением «плавающего» или «безразличного» пет-ледержателя. В такой системе электромеханический (как правило) петледержатель развивает момент на своём валу, рассчитываемый системой автоматики и соответствующий нагрузке при фактическом угле подъёма. При неравенстве моментов электропривода петледержателя и момента нагрузки со стороны прокатываемой полосы (из-за несоответствия заданного и фактического натяжения) рама петледержателя отклоняется в ту или иную сторону. Сигнал рассогласования заданного и фактического угла и сигнал скорости пет-ледержателя подаётся на регулятор петли, который, в свою очередь, выдаёт корректирующий сигнал в задание на скорость прокатной клети, стоящей до петле-держателя (в некоторых САРН может быть по ходу прокатки, после петледержателя). Воздействуя, таким образом, на скорость этой клети, регулируется натяжение металла в межклетевом промежутке. На рис. 6 показаны графики переходных процессов при работе САРН по косвенному принципу регулирования натяжения для одного межклетевого промежутка. В качестве возмущающих воздействий в системе приняты
Рис. 5. Упрощённая структурная схема САРН с применением «безразличного» электромеханического петледержателя
На рис. 6 время /1 - разгон клетей до своих заправочных скоростей, /2 - вход металла в клеть г, /3 - вход металла в клеть г+1, подъём петледержателя до заданного рабочего угла, отработка САРН возмущения при входе металла в клеть ,+1, регулирование заданного натяжения с1>1+1 = 3,166 МПа /4 - увеличение скорости клети (по скачкообразному заданию на скорость) ,+1, отработка САРН данного возмущения, /5 - увеличение скорости клети (по скачкообразному заданию на скорость) ,, отработка САРН данного возмущения.
Графики переходных процессов в электромеханической системе, состоящей из двух смежных клетей, связанных прокатываемой полосой, с применением петледержателя (как силового, так и «плавающего») и без такового, показанные на рис. 2,3,6, получены в результате математического моделирования с применением пакета МаШЬаЪ 6.0. Как видно из вышеприведённых графиков, регулирование и поддержание заданного натяжения может быть осуществлено только с применением системы автоматического регулирования натяжения (САРН), один из вариантов САРН, осуществляющий регулирование натяжения по косвенному принципу, изложен выше.
Рис. 6. Графики удельного натяжения и скоростей двух смежных клетей при прокатке без ускорения с «плавающим» петледержателем и работой САРН
Список литературы
1. Стефанович В.Л. Автоматизация непрерывных и полунепрерывных широкополосных станов горячей прокатки. М.: Металлургия, 1975. 208 с.
2. Дружинин Н.Н. Непрерывные станы как объект автоматизации. М.: Металлургия, 1975. 336 с.
3. Зайцев В.С., Третьяков В.А. Проектирование параметров и режимов работы оборудования листопрокатных
цехов: учеб. пособие Липецк: ЛГТУ, 2009. 660 с.
4. Мещеряков В.Н., Диденко Е.Е. Математическое описание сил и моментов нагрузки петледержателя // Электротехнические комплексы и системы. 2010. №4. С. 18-23.
5. Фомин Г.Г., Дубейковский А.В., Гринчук П.С. Механизация и автоматизация широкополосных станов горячей прокатки. М.: Металлургия, 1979. 232 с.
Information in English
Adjustment of Strip Tension in Finishing Train of Continuous Hot-Rolling Mill on Indirect Principle
Mescheryakov V.N., Didenko E.E.
The article contains the general description of the automatic control system operation of strip tension in the finishing train of a continuous hot-rolling mill constructed on the basis of "indifferent" loopers with the indirect tension measurement. Rolling processes with looper application and without it are compared.
Keywords: the system of automatic tension control, looper, strip tension, loop regulator.
References
1. Stefanovich V.L. Avtomatizatsiya nepreryvnyh i polynepreryvnyh shirokopolosnyh stanov goryachei prokatki [Automation of continuous and semicontinuous wide strip hot rolling mills]. Moscow: Metallurgy, 1975. 208 p.
2. Druzhinin N.N. Nepreryvnye stany kak object
avtomatizatsii [Continuous rolling mills as the automation object]. Moscow: Metallurgy, 1975. 336 p.
3. Zaitsev V.S., Tretyakov V.A. Proektirovanie parametrov i regimov raboty oborudovaniya listoprokatnyh tsehov [Development of operating conditions and modes for sheet rolling mill facilities]: a tutorial. Lipetsk: LGTU, 2009, 660 p.
4. Mescheryakov V.N., Didenko E.E. Matematicheskoe opisanie sil i momentov nagruzki petlederzhatelya [Mathematical description of forces and load torques of looper]. Electrical complexes and systems, 2010, no.4. pp. 18-23.
5. Fomin G.G., Dubeikovskii A.V., Grinchuk P.S. Mehanizatsiya i avtomatizatsiya shirokopolosnyh stanov goryachei prokatki [Mechanization and automation of wide strip hot rolling mills]. Moscow: Metallurgy, 1979. 232 p.
УДК 669.013.6
Омельченко Е.Я., Козин А.Н., Маколов В.Н., Бовшик П.А., Попов С.Н.
Электрооборудование современных цехов ОАО «ММК»
Приведены основные характеристики по мощностям и производителям систем электроснабжения, систем электропривода, системам управления и крановому электрооборудованию электросталеплавильного цеха, листопрокатных цехов горячей и холодной прокатки ОАО «ММК».
Ключевые слова: электрооборудование, электропривод переменного тока, микропроцессорное управление.
Введение
В сентябре 2004 г. в г. Магнитогорске под эгидой ОАО «ММК», МЭИ и МГТУ им. Г.И. Носова проведена IV Международная (XV Всероссийская) конференция по автоматизированному электроприводу АЭП-2004. На конференции был сделан анализ состояния силового электрооборудования на ОАО «ММК» [1]. Намечены перспективы развития систем электропривода [2-4]. За эти 10 лет в ОАО «ММК» произошли существенные перемены в технологии производства, выведено из схемы мартеновское производство, существенно расширено конверторное производство стали и запущено электросталеплавильное производство, построены и введены в работу мощные листопрокатные станы горячей и холодной прокатки, на новый уровень вышли системы управления электрооборудованием. В связи с этим в статье приводятся краткие основные характеристики силового электрооборудования новых цехов ОАО «ММК», по которым можно определить тенденции развития систем электроснабжения, систем электропривода и управляющих систем,
как составляющие современного технологического оборудования.
Электросталеплавильный цех (ЭСПЦ)
Создан на основе Мартеновского цеха №2. Предназначен для выплавки стали электродуговым способом и получения стальных заготовок для сортопрокатного передела и листопрокатных цехов.
Основное технологическое оборудование:
- дуговые сталеплавильные печи ДСП-1,2 (запущены в работу 03.09.06 и 24.04.06);
- агрегаты «печь-ковш» АПК-1,2,3 (запущены в работу 02.07.04, 11.07.06 и 10.12.08 соответственно);
- машины непрерывного литья заготовок МНЛЗ-1,2 сортовые и МНЛЗ-5 слябовая двухручьевая (запущены в работу 30.09.04, 2.07.04 и 27.08.06).
Мартеновский цех в 1988 г. выпустил 8345 тыс. т мартеновской стали. Переименован в электросталеплавильный 01.03.06. ЭСПЦ выдал 10.12.06 первый миллион тонн электростали, а в 2007 году выдал 3185 тыс. т стали при плане 3410 тыс. т. Проектная
