Введение к работе
Актуальность работы.
При производстве холоднокатаного листа на станах бесконечной холодной прокатки существует ряд проблем, связанных с обработкой полосы со сварными соединениями.
Необходимым условием прокатки сварного шва является снижение рабочей скорости полосы с 25-27 м/с до скорости пропуска шва, составляющей 2,5-5 м/с на выходе стана. Раннее снижение скорости полосы ведет к потере производительности оборудования, позднее - приводит к попаданию сварного шва в первую клеть стана на недостаточно сниженной скорости, что в свою очередь является причиной обрывов полосы, простоев оборудования и порчи дорогостоящих рабочих валков.
В хвостовой части стана межрулонные сварные соединения подлежат вырезке. Подсистема слежения стана бесконечной холодной прокатки 1700 ПХЛ ЧерМК ОАО «Северсталь» обеспечивает поперечный рез полосы, с погрешностью ±2.5 м, что приводит к существенным потерям металла в обрезь.
Существующие подсистемы слежения за сварным швом, входящие в АСУ ТП стана, работают с погрешностями, возникающими по ряду причин. В головной части стана расчет координаты шва осуществляется на основе данных о текущем запасе полосы в петлевом устройстве, полученных от кодового датчика, сигнал которого пропорционален положению тележки петлевого устройства. Движение тележки петлевого устройства посредством лебедки при формировании и расходовании запаса полосы приводит со временем к вытягиванию троса, соединяющего тележку петлевого устройства и лебедку. При изменении длины троса, а также при выборе провисаний полосы после останова стана, кодовый датчик тележки формирует сигнал, не соответствующий фактическому запасу полосы в петлевом устройстве, что требует постоянной корректировки показаний датчика и ведет к погрешности при определении координаты сварного шва в головной части стана.
Слежение за сварным швом при его прохождении через рабочие клети стана осуществляется косвенным методом по аналитическим зависимостям в функции вытяжки полосы между первой и пятой клетями. Расчетный метод является источником значительной ошибки в определении координаты местоположения шва, особенно при обработке рулонов с колебаниями физико-механических свойств, разнотолщинности подката, а также в связи с различием свойств металла шва и стыкуемых полос. На точность поперечного реза полосы также влияют инерционности летучих ножниц и подсистемы управления ими.
Таким образом, повышение точности слежения за координатой сварного шва в головной части и на выходе полосы из стана путем разработки новых алгоритмов работы подсистемы слежения и применения новых методов прямого контроля за положением шва является актуальной научной задачей.
Цель работы: повышение точности и надежности определения координаты сварных соединений на станах бесконечной холодной прокатки
В соответствии с этим в работе поставлены следующие основные задачи:
-
Разработать математическую модель процесса формирования запаса и расхода полосы в петлевом устройстве непрерывного агрегата.
-
Разработать функциональную схему устройства управления летучими ножницами с учетом их инерционности и его имитационную модель.
-
Экспериментально исследовать сигналы сварных швов, характеристики сигналов технологических параметров на пятиклетьевом стане бесконечной холодной прокатки 1700 ПХЛ ЧерМК ОАО «Северсталь».
-
Разработать подсистему слежения с повышенной точностью определения координат сварных соединений на стане бесконечной холодной прокатки.
-
Определить оптимальные скоростные режимы прокатки в функции толщины подката с целью повышения производительности.
Методы исследований.
Для решения поставленных в работе задач использованы методы теоретической механики, математического и имитационного компьютерного моделирования, аппарат математической статистики, основы теории построения алгоритмов, элементы теории управления. В процессе эксперимента использовалась программа ibaANALYZER, которая записывает все входные и управляющие сигналы прокатного стана в режиме реального времени. Исследование разработанных математических и имитационных моделей проводилось с применением пакета MatLab и среды Simulink.
Научная новизна результатов работы заключается в следующем:
-
Впервые разработана и исследована математическая модель процесса расходования и формирования запаса полосы в петлевом устройстве непрерывного агрегата.
-
Разработана новая методика расчета текущего запаса полосы в петлевом устройстве непрерывного агрегата.
-
Разработаны подсистема слежения за координатами сварных соединений с повышенной точностью контроля и алгоритм ее работы.
-
Разработана имитационная модель подсистемы слежения за координатами сварных швов.
-
Впервые была аналитически получена целевая функция для определения оптимальных скоростных режимов работы стана бесконечной холодной прокатки в функции толщины подката с целью обеспечения максимальной производительности.
Практическая ценность.
Комплексное исследование параметров технологического процесса позволило повысить точность контроля, выявить резервы повышения производительности станов бесконечной холодной прокатки и разработать подсистему слежения за координатами сварных соединений.
Разработанные математические модели и алгоритмы могут быть использованы при проектировании головной части станов бесконечной холодной прокатки и других непрерывных агрегатов металлургического производства, а также в системе АСУ ТП.
Определено условие гарантированного обнаружения сигнала шва толщиномером и разработан формирователь импульсов, позволяющий выделить сигнал шва на фоне разнотолщинности полосы.
Разработано устройство управления режущим механизмом при прокатке металла со сварным швом (Патент №56245, опубл. в Б.И. №25, 2006).
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и получили положительную оценку на Международной конференции:
- «Прогрессивные процессы и оборудование металлургического производства» (г. Череповец, 2005 г.)
а также на научно-технических семинарах кафедры автоматизации и систем управления Череповецкого государственного университета.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 6 печатных работ, в том числе 1 статья в журнале, рекомендованном ВАК, 1 патент РФ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и приложений. Содержит 174 страницы основного текста, включая 64 страницы приложений, 69 рисунков, 8 таблиц, список литературы из 40 наименований.
