Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ системы автоматического регулирования натяжения и петли полосы широкополосного стана 2500 горячей прокатки 10
1.1. Краткая характеристика стана 2500, описание технологического процесса, сортамент выпускаемой продукции 10
1.2. Силовое оборудование электроприводов клетей чистовой группы и петледержателей 13
1.3. Действующая система автоматического регулирования удельного натяжения и петли полосы 17
1.3.1. Функциональная схема системы 17
1.3.2. Физические основы регулирования удельного натяжения петли 21
1.4. Технологические требования к системе автоматического регулирования удельного натяжения и петли полосы стана 2500 23
1.5. Принципы построения известных систем автоматического регулирования натяжения и петли полосы 25
1.6. Система регулирования с перекрестными связями 30
1.6.1. Описание системы 30
1.6.2. Результаты исследования 32
1.6.3. Способ выделения удельного натяжения 34
1.7. Анализ показателей регулирования толщины 35
Выводы 37
Глава 2. Математическая модель системы автоматического регулирования натяжения и петли стана 2500 горячей прокатки 39
2.1. Математическая модель электромеханической системы "петледержатель - полоса - прокатная клеть" 40
2.1.2. Описание математической модели силовой части электропривода петледержателя как объекта управления 41
2.1.3. Описание математической модели силовой части электропривода прокатной клети как объекта управления 43
2.1.4. Описание математической модели прокатываемой полосы как объекта управления 44
2.1.5. Описание математической модели силовой части привода гидронажимного устройства как объекта управления 46
2.2. Синтез контуров регулирования 49
2.2.1. Синтез контура регулирования удельного натяжения 49
2.2.2. Синтез контура регулирования величины петли 51
2.2.3. Синтез контура регулирования положения гидронажимного устройства 57
2.2.4. Моделирование взаимосвязи нажимных устройств и
главного электропривода через прокатываемый металл 62
2.3. Адекватность разработанной модели 65
Выводы 70
Глава 3. Исследование взаимосвязи удельного натяжения и толщины полосы в динамических режимах 72
3.1. Математическая модель взаимосвязи удельного натяжения и приращения толщины полосы 72
3.2. Исследования взаимосвязи удельного натяжения прокатываемой полосы и приращения толщины полосы на математической модели 78
3.3. Экспериментальные исследования взаимосвязи удельного натяжения прокатываемой полосы и приращения толщины полосы 82
3.4. Адекватность математической модели взаимосвязи 90
3.5. Исследование на математической модели изменения удельного натяжения и приращения толщины проката в динамических режимах 94
Выводы 104
Глава 4. Комбинированная система автоматического регулирования удельного натяжения и петли полосы 106
4.1. Функциональная схема комбинированной системы 106
4.2. Расчет контуров регулирования
4.2.1. Расчет контура регулирования петли 111
4.2.2 Расчет контура регулирования удельного натяжения с воздействием на скорость прокатной клети 114
4.2.3. Расчет контура регулирования удельного натяжения с воздействием на положение гидравлического нажимного устройства 118
4.2.4. Синтез перекрестного регулятора 120
Выводы 124
Глава 5. Исследование разработанной системы автоматического регулирования натяжения и петли полосы на математической модели 125
5.1. Математическая модель комбинированной системы 125
5.2. Исследование динамических режимов при возмущающих воздействиях 126
5.2.1. Прокатка переднего конца полосы 127
5.2.2. Прокатка заднего конца полосы 131
5.2.3. Изменение положения петледержателя 133
5.2.4. Изменение межвалкового зазора 135
5.2.5. Изменение скорости клети 137
5.3. Рекомендации по внедрению результатов исследований 140
Выводы 142
Заключение 144
Литература 146
Приложения 155
- Силовое оборудование электроприводов клетей чистовой группы и петледержателей
- Описание математической модели силовой части электропривода петледержателя как объекта управления
- Исследования взаимосвязи удельного натяжения прокатываемой полосы и приращения толщины полосы на математической модели
- Расчет контура регулирования удельного натяжения с воздействием на скорость прокатной клети
Введение к работе
Непрерывные широкополосные станы горячей прокатки благодаря высокой производительности и совершенной технологии являются основными поставщиками листового проката. Объем производства горячекатаного проката в мире достигает 430...440 млн. т в год, что составляет около 60... 70 % всей продукции стали, в том числе в России - около 50 % (33,9 млн. т в 1998 г.) [1, 2]. Современной тенденцией развития широкополосных станов горячей прокатки является переход на выпуск горячекатаной полосы толщиной 1,2...2 мм, т.е. по геометрическим размерам приближающейся к продукции станов холодной прокатки. В связи с этим, возникает задача повышения точности регулирования геометрических размеров полосы, и предъявляются жесткие требования к системам автоматического регулирования технологических параметров. В последних межклетевых промежутках чистовой группы стана горячей прокатки значительное влияние на толщину полосы оказывает удельное натяжение. Соответственно, в связи с повышение требований к точности регулирования возникает задача совершенствования системы регулирования удельного натяжения и петли полосы.
Наиболее типовым примером непрерывного широкополосного стана горячей прокатки является стан 2500 ОАО "Магнитогорского металлургического комбината" (ММК), доля продукции которого в России составляет не менее 15%. Технологическая необходимость реконструкции электрического оборудования стана потребовала анализа работы всех систем, в том числе и системы автоматического регулирования натяжения и петли полосы. Как и большинство отечественных широкополосных станов горячей прокатки [3, 4], система регулирования стана 2500 построена по принципу косвенного регулирования и включает в себя два контура: замкнутый контур регулирования угла петледержателя (величины петли) и разомкнутый контур регулирования удельного натяжения. Удельное натяжение полосы регулируется за счет изменения момента (тока) на валу петледержателя, а положение петледержателя регулируется коррекцией задания скорости валков последующей
клети межклетевого промежутка.
Указанный принцип регулирования обеспечивает стабильную прокатку во всех установившихся технологических режимах, однако не обеспечивает требуемой точности регулирования удельного натяжения в динамических режимах. Это объясняется отсутствием в действующей системе непосредственного измерения и контроля удельного натяжения, значительным влиянием систем регулирования положения петледержателя и удельного натяжения друг на друга. Взаимовлияние характеризуется тем, что изменение удельного натяжения, возникающее, например, за счет изменения скорости клети, приводит к изменению статического момента на валу двигателя петледержателя, его скорости и соответственно положения, что сказывается и на удельном натяжении.
Влияние на качество регулирования удельного натяжения в динамических режимах оказывает и значительная инерционность как электромеханического петледержателя, так и прокатной клети, не позволяя тем самым эффективно использовать ресурсы быстродействующей системы автоматического регулирования толщины полосы чистовой группы, выполненной на базе современных гидравлических нажимных устройств. В то же время главным требованием к современным системам регулирования удельного натяжения и петли полосы является поддержание удельного натяжения с высокой точностью, как в статических, так и в динамических технологических режимах [5]. Поэтому возникает необходимость дальнейшего исследования и развития систем регулирования удельного натяжения полосы.
Литературный и патентный обзор показал, что совершенствованием систем регулирования удельного натяжения и петли полосы для широкополосных станов горячей прокатки занимаются как отечественные, так и зарубежные фирмы. Следует отметить работы отечественных предприятий: ВНИИЭлектропривода [6-11], ВНИИметмаша [12-18], НИИтяжмаша и Урал-машзавода [19-22], а так же работы зарубежных фирм: Siemens (Германия) [23], VAI (Австрия) [24], Ansaldo (Италия) [24], General Electric (США) [24,
7 27] и ряда японских фирм [28-30]. Наиболее распространенной в отечественной промышленности является система косвенного регулирования удельного натяжения на базе "астатического" петледержателя, в то время как в зарубежных разработках присутствуют системы прямого регулирования на базе как электромеханических, так и гидравлических петледержателей.
Выбранный при реконструкции стана 2500 ОАО "ММК" путь предполагает следующее: модернизацию существующих аналоговых систем регулирования, при сохранении установленных двигателей и механических частей петледержателей; использование преобразователей с микропроцессорным управлением, контроллеров с модулями входов/выходов и связью с ЭВМ высшего уровня через магистрали типа PROFIBUS. При этом потребовалось проведение теоретических и экспериментальных исследований взаимосвязанных электро- и гидроприводов межклетевого промежутка чистовой группы действующей системы, и разработка быстродействующей системы с улучшенными показателями регулирования в динамических режимах.
Целью диссертационной работы является разработка электромеханической системы автоматического регулирования натяжения и петли полосы широкополосного стана горячей прокатки с улучшенными показателями регулирования толщины в динамических режимах.
Достижение поставленной цели потребовало решения в диссертационной работе следующих основных задач:
1. Анализа существующих систем автоматического регулирования
удельного натяжения и петли полосы широкополосных станов горячей про
катки с целью обоснования путей реконструкции их электропривода.
Разработки математической модели действующей системы регулирования, включающей главные электроприводы клетей, электропривод петледержателя, гидравлический привод нажимных устройств с учетом их взаимосвязи через прокатываемый металл, а так же оценки адекватности полученной модели существующему объекту.
Разработки математической модели взаимосвязи удельного натяже-
8 ния и толщины прокатываемого металла и исследований с целью оценки работы действующей системы регулирования в динамических режимах.
Разработки комбинированной системы регулирования удельного натяжения и петли полосы с повышенными показателями регулирования в динамических режимах.
Исследований разработанной комбинированной системы на математической модели и оценки показателей ее регулирования.
Содержание работы изложено в пяти главах:
В первой главе рассмотрены принципы построения и физические основы работы действующей системы автоматического регулирования удельного натяжения и петли полосы широкополосного стана на примере стана 2500 ОАО "ММК", сформулированы технологические требования, предъявляемые к системе, приведен анализ известных систем регулирования, применяемых на отечественных и зарубежных станах горячей прокатки, рассмотрены принципы построения прямого регулирования удельного натяжения, дан анализ показателей регулирования толщины.
Во второй главе разработана математическая модель действующей системы автоматического регулирования удельного натяжения и петли полосы стана горячей прокатки, включающая в себя модели электропривода петле-держателя, главного электропривода прокатной клети (с учетом двухзонного регулирования), а так же гидравлического нажимного устройства в составе системы автоматического регулирования толщины полосы и модели взаимосвязи всех указанных приводов через прокатываемый металл. Приведена оценка адекватности полученной математической модели реальным процессам межклетевого промежутка.
В третьей главе выполнена разработка математической модели взаимосвязи удельного натяжения и толщины прокатываемого металла, даны экспериментальные и теоретические исследования указанной взаимосвязи, исследованы удельные натяжения и толщины прокатываемого металла в динамических режимах, приведена оценка показателей регулирования толщины.
В четвертой главе разработана функциональная схема комбинированной системы автоматического регулирования удельного натяжения и петли полосы широкополосного стана горячей прокатки. Выполнен синтез регуляторов контура регулирования петли с воздействием на положение петледер-жателя, регулирования удельного натяжения с воздействием на скорость прокатной клети и быстродействующего контура регулирования удельного натяжения с воздействием на положение гидронажимного устройства. Выполнен синтез перекрестного регулятора, компенсирующего влияние системы автоматического регулирования петли на систему автоматического регулирования удельного натяжения.
В пятой главе выполнено математическое моделирование переходных процессов предложенной комбинированной системы регулирования. Приведены показатели регулирования системы в сравнении с действующей системой стана 2500. Даны рекомендации по промышленному внедрению результатов исследования.
В заключении приводятся выводы по работе.
По содержанию диссертационной работы опубликовано двенадцать научных трудов. Результаты работы докладывались и обсуждались на шести научно-технических конференциях и семинарах. Работа выполнялась при финансовой поддержке в форме гранта Министерства образования РФ и Правительства Челябинской области.
Силовое оборудование электроприводов клетей чистовой группы и петледержателей
Необходимость технологического перехода на прокатку полос более тонкого сортамента на действующем стане 2500 горячей прокатки потребовала анализа функциональных возможностей действующей системы регулирования удельного натяжения и петли полосы. Появилась потребность оценки технологических требований, которые должны обеспечиваться электроприводом петледержателя и всей системой управления удельного натяжения в целом.
Решение подобной задачи связано с анализом промышленных систем регулирования удельного натяжения и петли полосы, принципов их построения, оценки отечественного и зарубежного опыта их разработки и эксплуатации. Потребовалась и оценка влияния удельного натяжения в межклетевом промежутке на приращение толщины прокатываемого металла.
Результатом анализа должно быть обоснование конкретных направлений в разработке принципов регулирования удельного натяжения полосы для прокатного стана горячей прокатки, функциональной и структурной схемы, обеспечивающих повышение точности регулирования толщины в динамических режимах при малых толщинах проката.
Непрерывный широкополосный стан 2500 ОАО "ММК" горячей прокатки предназначен для прокатки полос толщиной 1,8+10,0 мм, шириной 1000+2350 мм из следующих сталей: - сталь углеродистая обыкновенного качества по ГОСТ 16523-89, 14637-89 марок стали по ГОСТ 380-71 и действующим ТУ; - сталь, свариваемая для судостроения по ГОСТ 5521-86; - сталь углеродистая качественная конструкционная по ГОСТ 1577-81, 4041-71, 16523-89, 9045-93 и действующим ТУ; - сталь легированная марки 65Г по ГОСТ 14959-70; - сталь низколегированная по ГОСТ 19281-89; - сталь 7ХНГУ1 по ТУ 14-1-387-84; - сталь углеродистая и низколегированная экспортного исполнения по ТП, СТП на основе иностранных стандартов. В качестве исходной заготовки для стана 2500 используются слябы со следующими характеристиками: - толщина 120+250 мм; - ширина 1000+2350 мм\ - длина 2500+5500 мм; - вес до 25 т. Стан 2500 горячей прокатки состоит из участка загрузки, участка нагревательных печей, черновой и чистовой групп, с промежуточным рольгангом между ними, и линии смотки. Схема расположения технологического оборудования стана 2500 горячей прокатки представлена на рис. 1.1.
Участок загрузки состоит из склада слябов и загрузочного рольганга, трех подъемных столов со сталкивателями. Участок нагревательных печей состоит из собственно шести нагревательных методических печей 3, рольганга перед печами 2 с толкателями 1 и подпечного рольганга после печей 4. Черновая группа состоит из реверсивной клети дуо 5, уширительной клети кварто 6, реверсивной универсальной клети кварто 7, универсальной клети кварто 8. Чистовая группа включает летучие ножницы 10, чистовой окалино-ломатель 11 (клеть дуо), семь клетей кварто 12. Между клетями установлены устройства ускоренного охлаждения полос (межклетевое охлаждение). Промежуточный рольганг 9, оснащенный тепловыми экранами типа энкопанель, обеспечивает сброс и разделку недокатов. Линия смотки включает отводящий рольганг 13 с тридцатью секциями охлаждения полосы (верхнее и нижнее душирование), четыре моталки 14 и тележки с подъемно-поворотными столами.
Толщина подката после черновой группы, в зависимости от сечения прокатываемых полос, составляет 25-30 мм. Прокатка полос до заданной толщины производится в клетях чистовой группы, где полоса находится одновременно в нескольких или во всех клетях. Схема расположения механизмов межклетевых промежутков чистовой группы стана 2500 приведена на рис. 1.2. В этих клетях прокатка ведется с натяжением, которое обеспечивает устойчивость процесса прокатки. В межклетевых промежутках установлены петледержатели (см. рис. 1.2), обеспечивающие постоянный запас прокатываемого металла. Петледержатели с индивидуальным электроприводом обеспечивают постоянство натяжения полосы и равенство секундных объемов металла по клетям за счет соответствующего регулирования скоростей клетей. Для выравнивания температуры по длине полосы с целью получения требуемой температуры конца проката прокатку в чистовой группе клетей ведут с ускорением. В связи с тем, что транспортировка по отводящему рольгангу и захват полос моталкой на скорости выше 10-11 м/с затруднены, непрерывная чистовая группа до захвата полосы моталкой работает на заправочной скорости 10 м/с, а затем осуществляется разгон до требуемой скорости прокатки.
После чистовой группы клетей толщина и ширина полосы измеряются бесконтактными измерителями толщины и ширины. После выхода из последней чистовой клети полоса транспортируется отводящим рольгангом к одной из моталок.
Описание математической модели силовой части электропривода петледержателя как объекта управления
Кроме того, не проводились исследования по отклонению толщины прокатываемого металла при изменении удельного натяжения в динамических режимах для стана 2500 ОАО "ММК" в действующей системе автоматического регулирования удельного натяжения и петли. Для оценки указанной взаимосвязи необходима разработка математической модели, которая позволяет оценить приращение толщины полосы при изменении удельного натяжения в динамических режимах, исследование этой модели в комплексе с существующей системой автоматического регулирования натяжения и петли, а так же проведение на стане пассивного эксперимента, позволяющего оценить реальные взаимосвязи в межклетевом промежутке. 1. Рассмотрены функциональная схема, принцип регулирования удельного натяжения и величины петли полосы, а так же технологические требования к системе широкополосного стана 2500 горячей прокатки ОАО "ММК" при прокатке стандартных полос толщиной выше 2 мм. 2. Сформулированы требования к петледержателям и системам управления современных широкополосных станов горячей прокатки, основными из которых являются непрерывный контроль и регулирование натяжения во всех режимах, включая и динамические. Показано, что в связи с переходом на прокатку более тонких полос толщиной до 1,5-1,8 мм, действующая система не обеспечивает возросшие требования к точности регулирования удельного натяжения в динамических режимах. 3. Дана краткая характеристика общепромышленных систем автоматического регулирования удельного натяжения и петли, сформулированы основные принципы построения современных систем регулирования на основе петледержателей с безредукторным приводом, силоизме-рительных устройств, конструктивно встроенных в петледержатель с применением микропроцессорных систем управления. 4. Показано, что система регулирования удельного натяжения и петли полосы с обратной связью по удельному натяжению и перекрест ными связями целесообразна для стана 2500. Однако необходимость учета двухзонного регулирования скорости привода валков стана 2500 ОАО "ММК", а так же учета изменения технологических параметров при прокатке тонких полос требует создания обобщенной математиче ской модели системы регулирования толщины и натяжения и на ее осно ве принципов синтеза регуляторов. 5. Дана оценка способа косвенного выделения удельного натяжения по параметрам электропривода петледержателя и показана целесообразность применения. 6. Показана необходимость разработки математической модели и исследования взаимосвязи удельного натяжения прокатываемой полосы и приращения толщины полосы. Для оценки динамических режимов системы автоматического регулирования удельного натяжения и петли стана 2500 при различных возмущающих воздействиях и изменениях параметров прокатки в качестве основного метода исследований принято математическое моделирование с проверкой основных полученных результатов экспериментальным путем. Это объясняется тем, что проведение аналогичных исследований на действующем стане без изменения графика его работы практически невозможно. Обобщенная математическая модель системы регулирования удельного натяжения и петли полосы должна учитывать взаимосвязь главного электропривода, снабженного системой автоматического регулирований скорости, электропривода петледержателя в составе действующей системы регулирования удельного натяжения и гидравлического привода нажимного устройства валков прокатной клети в составе системы автоматического регулирования толщины. В подобной системе требуется расчет контуров автоматического регулирования согласно их реальной настройке на стане. Математическая модель должна учитывать и взаимосвязи электроприводов межклетевого промежутка через прокатываемый металл, а также взаимосвязи гидравлических нажимных устройств и главного электропривода через обрабатываемый металл. Поскольку динамические модели как электро- и гидроприводов, так и их взаимосвязей строятся на основе систем дифференциальных уравнений, описывающих состояние объекта с рядом допущений, требуется проверка адекватности разработанной модели исследуемому объекту. Созданная математическая модель составит основу модели для исследований динамических свойств системы регулирования с комбинированным управлением с улучшенными динамическими характеристиками, разработка которой является основной целью диссертационной работы. Математическое описание электромеханической системы "петледержатель - полоса - прокатная клеть" представляет собой сложную задачу, которую можно разбить на четыре части: 1) составление математической модели силовой части электропривода петледержателя; 2) составление математической модели силовой части электропривода прокатной клети; 3) составление математической модели прокатываемой полосы, которая является связующим звеном в системе регулирования натяжения и петли; 4) составление математической модели силовой части привода гидронажимного устройства прокатной клети. Кроме того, необходимо моделирование взаимосвязи нажимного устройства и главного привода клети через прокатываемый металл. Силовая часть электропривода постоянного тока с питанием обмотки якоря от силового тиристорного преобразователя и обмотки возбуждения от тиристорного возбудителя представляет собой электромеханическую систему, при математическом моделировании которой используется ряд допущений [47]: - тиристорный преобразователь рассматривается как управляемый эквивалентный генератор ЭДС с внутренним активным сопротивлением и внутренней индуктивностью, не зависящими от нагрузки преобразователя; ток двигателя считается непрерывным; пульсирующие составляющие ЭДС и тока двигателя не учитываются; полезная ЭДС преобразователя пропорциональна управляющему воздействию на входе его системы управления. Таким образом, тиристорный преобразователь совместно с системой импульсно-фазового управления (СИФУ) рассматривается как апериодическое звено первого порядка, коэффициент которого равен коэффициенту усиления тиристорного преобразователя; - приводные двигатели (главного привода и петледержателя) представлены нагрузкой с противо-ЭДС и внутренними активными сопротивлениями и индуктивностями, не зависящими от нагрузки. Влияние реакции якоря двигателя на возбуждение, а также действие вихревых токов не учитываются; - механическая часть рассматривается как абсолютно жесткая приведенная одномассовая система с постоянной величиной момента инерции.
Исследования взаимосвязи удельного натяжения прокатываемой полосы и приращения толщины полосы на математической модели
Чтобы показать адекватность полученной математической модели взаимосвязи приращения толщины от величины удельного натяжения необходимо получить аналогичную зависимость экспериментальным путем.
Для этого на стане 2500 ОАО "ММК" был поведен пассивный эксперимент, в ходе которого осциллографировались следующие электрические и технологические параметры, получаемые с датчиков, установленных на стане: - углы подъема петледержателей во всех межклетевых промежутках чистовой группы; - якорный ток двигателей петледержателей во всех межклетевых промежутках чистовой группы; - ЭДС двигателей петледержателей во всех межклетевых промежутках чистовой группы (т.к. двигатель петледержателя имеет неизменный магнитный поток, то сигнал ЭДС двигателя пропорционален скорости его вращения); - толщины прокатываемого металла на выходе каждой прокатной клети чистовой группы и отклонение толщины полосы на выходе чистовой группы; - положение гидроцилиндра гидронажимных устройств для последних четырех прокатных клетей и положение винта нажимных устройств для первых двух прокатных клетей; - сигналы наличия металла в валках для всех клетей чистовой группы. Толщина прокатываемого металла на выходе каждой прокатной клети получается путем вычисления по принципу Головина-Симса, а отклонение толщины полосы на выходе чистовой группы измеряется с помощью рентгеновского датчика толщины, установленного за последней (11-ой) прокатной клетью. Величина фактического удельного натяжения прокатываемой полосы в действующей системе вычисляется косвенно по математической модели выделения удельного натяжения на основании параметров электропривода петледержателя (см. рис. 2.14). Сигнал удельного натяжения рассчитывается в реальном времени путем обработки в цифровом виде сигналов тока якоря, скорости и угла поворота петледержателя при заданных величинах веса петледержателя, толщины и ширины прокатываемой полосы. Обработаны осциллограммы, полученные при прокатке более 100 полос различного сортамента стана 2500.
Для оценки влияния удельного натяжения на отклонение толщины следует проанализировать режимы, при которых температура, зазор валков (положение ГНУ), удельные натяжения вне рассматриваемого промежутка, скорость выхода металла из валков предыдущей клети не изменяются. Наиболее близким режимом является прокатка начала и конца полосы (вход прокатываемой полосы в валки последующей клети и выход полосы из валков предыдущей клети). В этих режимах величина удельного натяжения изменяется от нулевого значения до установившегося при заправке и от установившегося значения до нулевого при выходе полосы из предыдущего межклетевого промежутка.
Кроме того, необходимо учитывать фактор "наследственности" отклонения толщины прокатываемой полосы, который вызван тем, что прокатка начального и конечного участков во всех клетях происходит без натяжения. Это поясняется с помощью рис. 3.5, где представлены осциллограммы изменения выходной толщины по всем клетям чистовой группы при прокатке профиля 1,7x1250мм Ст ЗСП.
Так, в момент входа прокатываемой полосы в валки последующей клети первого межклетевого промежутка (клеть 6) отсутствует удельное натяжение, и толщина металла в первом межклетевом промежутке составит Но 5. По сигналам датчиков наличия металла в 6-ой клети начинается подъем 1-го петледержателя до заданного положения и в полосе устанавливается заданное удельное натяжение. При этом если валки прокатной не перемещаются, толщина металла в межклетевом промежутке уменьшится за счет удельного натяжения на величину АН5 (в процентах АН$ %). Далее этот участок полосы входит в валки последующей клети второго межклетевого промежутка (клеть 7). Аналогично, в первоначальный момент толщина металла во втором межклетевом промежутке составит Но б- Но при появлении удельного натяжения отклонение толщины ЕЛНб (в процентах ЕАН6 %) в этом межклетевом промежутке будет складываться из отклонения толщины за счет удельного натяжения во втором межклетевом промежутке ЛНб (в процентах ЛН6 %) и отклонения толщины в предыдущем межклетевом промежутке с учетом обжатия в 6-ой клети. Если перейти к формулам, то это выглядит так:
Из осциллограмм (рис. 3.5) видно, что по мере прохождения прокатываемой полосы по чистовой группе происходит все большее отклонение толщины на ее начальных и конечных участках, что связано с влиянием (отсутствием) удельного натяжения.
Осциллограммы изменения толщины прокатываемого металла при изменении удельного натяжения в режиме захвата и выхода прокатываемой полосы более наглядно представлены на рис. 3.6, 3.7, соответственно. Из осциллограмм (рис. 3.6, а) видно, что динамическое отклонение удельного натяжения при подъеме петледержателя превышает установившееся значение в 1,7...2,2 раза, время выхода на установившееся значение - около 1,6 с. Суммарное динамическое отклонение толщины на выходе 10-ой прокатной клети ZAHJO =9,89% (рис. 3.6, б). Аналогичные осциллограммы получены при прокатке конца полосы (рис. 3.7). Суммарное отклонение толщины полосы конца полосы составило ЕАНю =9,97% (рис. 3.7, б).
На рис. 3.8 приведены значения суммарных отклонений толщины переднего и заднего концов полосы при изменении удельного натяжения от нуля до номинального значения при прокатке более 70 полос различного сортамента стана 2500. Они получены путем замеров рентгеновским датчиком, установленным на выходе чистовой группы.
По экспериментальным данным путем усреднения построен график зависимости суммарных отклонений толщины переднего и заднего концов полосы (см. рис. 3.8). Из графика видно, что по мере уменьшения выходной толщины прокатываемого металла увеличивается отклонение толщины за счет удельного натяжения. Так, при прокатке полос толщиной 4 мм отклонение толщины на начальном и конечном участках полосы составляет 3,5...4,5%, а при прокатке полос толщиной менее 2мм- 11 ...12,5%.
Расчет контура регулирования удельного натяжения с воздействием на скорость прокатной клети
Отличие предлагаемой системы автоматического регулирования величины петли от действующей системы стана 2500 в том, что регулирующий сигнал поступает не на электропривод последующей прокатной клети в функции отклонения положения петледержателя от заданного, а непосредственно на электропривод петледержателя рассматриваемого межклетевого промежутка. Система выполнена в виде трех замкнутых контуров: внутренний контур регулирования тока двигателя петледержателя, средний - контур регулирования скорости петледержателя и внешний - контур регулирования положения петледержателя.
При входе прокатываемой полосы в последующую клеть межклетевого промежутка по сигналу с индикатора наличия металла (#//,+/) на выходе за-датчика сигналов системы (ЗСС) появляются сигналы заданных величин угла подъема петледержателя ит , и удельного натяжения изн , для данного межклетевого промежутка. Величина заданного угла подъема петледержателя изп ,-сравнивается со значением фактического угла иоп,, полученного с цифрового датчика угла, и эта разница подается через регулятор положения РП( на вход замкнутого контура скорости. Далее этот сигнал изс, сравнивается с величиной фактического значения иос,-, полученного с цифрового датчика скорости, и через регулятор скорости РСІ поступает на вход замкнутого контура тока двигателя. Разница задающей величины тока якоря изт и фактического значения тока с датчика тока иот,, пройдя через регулятор тока PTh является напряжением управления иу для СИФУ тиристорного преобразователя петледержателя.
Система автоматического регулирования удельного натяжения с воздействием на скорость валков последующей прокатной клети выполнена в виде трех замкнутых контуров регулирования: внешний - контур регулирования удельного натяжения, средний - контур регулирования скорости валков и внутренний - контур регулирования якорного тока двигателя главного
привода. Причем система автоматического регулирования скорости валков прокатной клети является двухзонной (на функциональной схеме это не показано). Как уже было сказано выше, при входе прокатываемого металла в последующую клеть межклетевого промежутка на выходе блока задания сигналов (ЗСС) появляется сигнал заданного удельного натяжения изн , для данного межклетевого промежутка. Сигнал задания изн ,- сравнивается с фактическим значением удельного натяжения ион,, полученного с датчика удельного натяжения (расчет удельного натяжения производится в соответствии в разработанной математической моделью вычисления удельного натяжения по параметрам привода петледержателя), и эта разница ид» ,- поступает на вход регулятора удельного натяжения PHKj. Сигнал с выхода регулятора удельного натяжения PHKj сигнал суммируется с сигналом с выхода перекрестного регулятора ПР, и результирующий сигнал икск , поступает как дополнительное задание в систему регулирования скорости валков прокатной клети. Контуры регулирования скорости валков и тока двигателя прокатной клети построены по известным принципам построения систем подчиненного регулирования [47].
Регулирование скорости до номинальной происходит за счет изменения подводимого напряжения к двигателю при постоянном токе возбуждения (магнитном потоке), а регулирование скорости выше номинальной - за счет ослабления тока возбуждения (магнитного потока).
Система автоматического регулирования удельного натяжения с воздействием на положение гидронажимного устройства последующей клети выполнена в виде двух замкнутых контуров: внешний - контур регулирования удельного натяжения и внутренний - контур регулирования положения гидронажимного устройства. На вход регулятора удельного натяжения РНН, поступает сигнал разности ид», заданного и фактического удельных натяжений. С выхода регулятора РНН, управляющий сигнал икгну ,+/ поступает на вход системы автоматического регулирования положения гидронажимного устройства как дополнительный задающий сигнал. Этот сигнал икгну,-+/ суммируется с сигналом задания изгнуі+і, далее из полученной суммы вычитается значение, пропорциональное фактическому положению гидронажимного устройства, поступающему с датчика положения ДПГі+і, и результирующий сигнал поступает на вход регулятора положения гидронажимного устройства РПГі+і. Выходное напряжение этого регулятора является управляющим сигналом Uyei+j для сервоклапана гидронажимного устройства, значение которого определяет расход жидкости Qi+i, поступающей в поршневую полость гидроцилиндра.
Перемещения петледержателя в соответствии с управляющими воздействиями системы регулирования положения являются возмущающими воздействиями для системы регулирования удельного натяжения. Причем, как показали исследования на математической модели [73-75,], это влияние значительно и требует в динамических режимах соответствующей компенсации. Поэтому в разработанной системе регулирования удельного натяжения существует компенсация влияния системы автоматического регулирования положения петледержателя, реализовано за счет дополнительной связи [43, 78]. Для этого на вход системы регулирования скорости клети через перекрестный регулятор ПР( поступает дополнительный сигнал с выхода регулятора положения петледержателя. Тем самым, появляется динамическая составляющая скорости клети, компенсирующая линейную скорость петледержателя (см. рис. 2.3) в динамических режимах.
