Введение к работе
Актуальность работы. Обостренная конкурентная борьба на международном рынке производителей мелкосортного проката в настоящее время обусловлена, в первую очередь, вводом новых мощностей. Так только в России и Китае за последние 8 лет было запущено в эксплуатацию более десятка мелкосортных станов. На новых станах существенно (до 120 м/с) возросли скорости прокатки. Однако выравнивающим фактором в конкурентной борьбе между уже существующими станами и вновь построенными остается качество проката. Решающее значение при формировании свойств проката имеет процесс последеформационного охлаждения, который определяется множеством технологических параметров, оперативность управления которыми зависит от систем автоматизации.
Проведенный обзор известных систем автоматического управления процессом охлаждения мелкосортного проката выявил ряд существенных недостатков. Во-первых, существующие концепции управления не позволяют добиваться, при прочих равных условиях, равномерного охлаждения проката по всей его длине. Во-вторых, в них не учитываются изменения в процессе прокатки технологических параметров и теплофизических свойств металла, существенно влияющих на его охлаждение. В-третьих, действующие системы автоматического регулирования температуры мелкосортного проката не осуществляют контроль за структурообразованием, что, естественно, не способствует повышению качества продукции.
Поэтому актуальной остается задача создания системы автоматического регулирования процессом охлаждения посредством управления скоростью электроприводов нагнетателей участка охлаждения мелкосортного стана.
Цель работы. Целью диссертационной работы является разработка автоматизированного электропривода нагнетателей участка последеформационного охлаждения мелкосортного стана горячей прокатки.
Для достижения поставленной цели необходимо решение следующих основных задач:
исследование технологических особенностей, существующих способов и систем автоматического регулирования процессом охлаждения катанки на мелкосортных станах;
разработка математической модели процесса охлаждения как объекта управления, комплексной математической модели гидро-, аэроэлектромеха-нотемпературной системы участка охлаждения мелкосортного стана;
определение критериев оптимального управления электроприводами нагнетателей для поддержания заданной температуры проката в контрольных точках;
разработка системы управления процессом охлаждения катанки и синтез регуляторов температур;
проведение теоретических и экспериментальных исследований разработанных автоматизированных электроприводов с системами автоматического регулирования процессом охлаждения катанки.
Методы исследования. Теоретические исследования проводились с использованием аналитических и численных методов решения алгебраических уравнений и систем дифференциального и интегрального исчисления,
методов структурного моделирования. Разработанные алгоритмы реализованы в виде программных модулей для пакета визуального программирования SIMULINK математического пакета MATLAB. Экспериментальные исследования проводились в промышленных условиях на действующем мелкосортном стане "150" ОАО "Белорецкий металлургический комбинат", путем измерения основных параметров с последующей их обработкой.
Научная новизна разработок заключается в создании автоматизированного электропривода нагнетателей участка охлаждения мелкосортного стана, реализующего новую концепцию управления процессом охлаждения.
Теоретически обоснованы и экспериментально подтверждены сформулированные технологические требования к электроприводам нагнетателей и системе автоматического регулирования процессом охлаждения.
Предложено математическое описание, разработаны программные продукты для моделирования процесса охлаждения совместно с работой электроприводов нагнетателей.
Выдвинута новая концепция регулирования процессом охлаждения на мелкосортном стане горячей прокатки. Разработана самообучающаяся система автоматического регулирования процессом охлаждения, самостоятельно обеспечивающая настройку на оптимальные параметры процесса охлаждения с применением адаптированной математической модели.
Теоретически и экспериментально доказано, что предложенная система автоматического регулирования процессом охлаждения обеспечивает выполнение технологических требований во всех режимах с заданной точностью.
Практическая ценность и реализация работы состоит в том, что в результате проведенных теоретических и экспериментальных исследований:
разработаны автоматизированный электропривод и система автоматического регулирования процессом охлаждения, обеспечивающие оптимальное охлаждение проката по всей длине с заданными показателями точности;
результаты диссертационной работы переданы в ОАО "Магнитогорский ГИ-ПРОМЕЗ", где приняты к использованию при проектировании оборудования участков охлаждения;
. - разработанные регуляторы температур и система автоматического регулирования процессом охлаждения внедрены на действующем мелкосортном стане "150" ОАО "Белорецкий металлургический комбинат", в результате чего количество бракованной продукции снизилось на 2,3 %.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается правомерностью принятых исходных положений и предпосылок, корректным применением методов математического моделирования, применением классических методов теории электропривода, теории автоматического управления и теории теплофизики, практической реализацией и экспериментальными исследованиями разработанной системы электропривода в промышленных условиях.
К защите представляются следующие основные положения:
1. Новые технологические требования к системам автоматического регулирования процессом охлаждения катанки и управления электроприводами нагне-
тателей участка последеформационного охлаждения мелкосортного стана.
Комплексная математическая модель, включающая в себя процессы охлаждения, формирования давлений (подачи) нагнетателей и электропривода нагнетателей.
Принципы построения, алгоритмы управления регуляторов температур и самообучающейся системы автоматического регулирования процессом охлаждения.
Результаты теоретических и экспериментальных исследований статических и динамических свойств разработанной системы электроприводов нагнетателей участка охлаждения мелкосортного стана.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на: IV международной (XV Всероссийской) конференции по автоматизированному электроприводу "Автоматизированный электропривод в XXI веке: пути развития" (г. Магнитогорск, 2004 г.); на международной научно-технической конференции "Прогрессивные процессы и оборудование металлургического производства" (г. Череповец, 2006 г.); на научно-технических семинарах кафедры электропривода и автоматизации промышленных установок (2003-2008 г.г.) и объединенном научном семинаре энергетического факультета и факультета автоматики и вычислительной техники ГОУ ВПО "Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова" (июнь 2006 г.).
Публикации. Основное содержание работы опубликовано в 9 печатных трудах, в т.ч. одна статья в ведущем рецензируемом научном журнале, рекомендованном Высшей аттестационной комиссией Минобразования России, 1 патент и 1 свидетельство о регистрации программы.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 61 наименования и 2 приложений. Работа изложена на 208 страницах машинописного текста, в том числе 64 рисунка и 7 таблиц.
