Модернізація процесу холодної прокатки сталі

Найбільшого поширення набули чотиривалкові кліті. Вони призначені для прокатки сталей від 0,3 до 2,7 мм з сумарним обтисненням до 70-80%.

Безперервний верстат складається з декількох робочих клітей, розташованих послідовно. Прокатка в таких верстатах відбувається одночасно у всіх клітях при незмінному напрямку руху металу. Число обтиснень дорівнює числу клітей. Для розмотування смуги на початку стану встановлюється розмотувач, а для намотування смуги після прокатки в кінці стану - моталка.

До складу безперервного чотирьох клітьового верстату крім основного обладнання входить наступне допоміжне обладнання: подавальний конвеєр, передавальний візок, згибач переднього кінця, правильна машина, знімач рулонів, ланцюгові транспортери, обладнання для обв'язки рулонів. Безперервні стани відрізняються високою продуктивністю. Технологічна схема чотирьох клітьового верстата холодної прокатки сталі наведена на рисунку 1.2.

 

ІV кліть

ІІІ кліть

ІІ кліть

І кліть

Моталка

Розмотувач

Рисунок 1.2 –  Технологічна схема чотирьох клітьового верстата холодної прокатки сталі

 

Підготовлені до прокатки гарячекатані травлені рулони подавачем встановлюють на ланцюговий транспортер з проміжком 200-2300 мм залежно від ширини рулону. Податчик здійснює транспортування рулонів до подаючого пристрою, на ролики якого вони стикаються за допомогою підйомного стола або стовкувача. Далі слідує калібрування рулону.

Після калібрування рулону на роликах розмотувача передній кінець смуги з допомогою задаючих роликів подається в валки 1-ї кліті прокатного стану. Смуга розташована у направляючих стола. Після захоплення смуги робочими валками 1-ї кліті притиск столу опускається на смугу. Це збільшує натяг смуги виключно за осі верстата. Прокатка смуги починається з захоплення її переднього кінця валками 1-й кліті. Після виходу переднього кінця смуги з робочих валків першої кліті і захвату його робочими валками 2-ї кліті старший вальцювальник верстата заміряє товщину обжатого переднього кінця і доводить до значень, зазначених у режимах стиснень. При цьому після переводу верстата на робочу швидкість товщина смуги, котра виходить з 1-й кліті, повинна дорівнювати товщині смуги, наведеної в таблицях режиму стиснень.

У момент захоплення смуги робочими валками 2-ї кліті смуга отримує натяг. Прокатка смуги у 2-4 клітях здійснюється так само, як і в 1-й кліті. Вийшовши з 4-ї кліті передній кінець смуги заправляється на барабан моталки і після 4-5 витків смуги на барабані моталки верстат плавно переводиться на робочу швидкість. Заправна швидкість становить 2-5 м/с, робоча швидкість 25-35 м/с.

 

Таблиця 1.2 - Технологічні параметри, що підлягають вимірюванню і реєстрації

Найменування  технологічного параметру	Умовне  позначення	Одиниці виміру	Номінальне  значення	Похибка вимірювання	Форма результата вимірювання			Место получения результата измерения
					Показання	Реєстрація	Перетворювання	За  місцем	На щиті (пульті)
Товщина між 2 і 3 кліттю	GЕ1	мм	0,9	±0,003	+	+	+	+
Товщина за 4ю кліттю	GЕ2	мм	0,3	±0,003	+	+	+	+
Натяг	QЕ	Н/мм^2	0,5	±0,005	+	+	+	+
Швидкість прокатки	SЕ	м/с	30	±1,5	+	+		+
Температура МОР	TЕ	ºС	52	±2	+	+		+

 

 

Таблиця 1.3 - Технологічні параметри, що підлягають автоматичної сигналізації

Найменування  технологічного параметру	Умовне  позначення	Одиниці виміру	Гранично  допустиме  значення		Допустима  похибка  спрацьовування  сигналізації	Види  сигналізації
			Мін.	Макс.		Світлова	Зву кова	Комбінована
Товщина	GЕ2	мм	0.29	0.31	0.001	+
Натяг (обрив смуги)	QЕ	Н/мм2	0,47	0.53	0.002			+

 

 

 

 

 

 

 

 

2 РОЗРОБКА  КОМПЛЕКСУ МОДЕЛЕЙ ТЕХНОЛОГІЧНОГО  АГРЕГАТУ ЯК об’єкту УПРАВЛІННЯ ТА ЇХ ОБЧИСЛЕННЯ НА ЕОМ

 

2. Розробка структурної схеми  об’єкта керування

 

Основні параметри, котрі впливають  на якість готового прокату та залежності їх впливів відображені на параметричній схемі верстата холодної прокатки сталі, яка наведена на рисунку 2.1.

 

 

Рисунок 2.1 – Параметрична схема верстата холодної прокатки сталі

 

де: U1 – швидкість обертання валків

U2 – швидкість прокату

U3 – переміщення ГНП

Y1 – товщина листа

Y2 – профіль листа

Y3 – натяг листа

F1 – дефекти заготівки

F2 – температура робочих та опорних валків

F3 – тертя

 

Як бачимо з параметричної схеми (рисунок 2.1), товщина листа залежить від переміщення  ГНП та від швидкості прокату. Тому розглянемо вплив цих каналів  на товщину готової продукції. Структурна схема об’єкта керування наведена на рисунку 2.2.

 

Завдання переміщення ГНП

Завдання швидкості прокату

Двигун ГНП

 

Двигун моталки

 

Верстат прокатки

Датчик вимірювання товщини

 

 

 

 

 

 

Рисунок 2.2 – Структурна схема об’єкта керування

 

Найбільш впливає на товщину  готової продукції канал переміщення  ГНП, швидкість прокату дає незначне відхилення.

 

2.  Розробка моделей каналів об’єкта керування

 

Для розрахунку необхідних регулюючих впливів, у програмному пакеті Matlab розроблена математична модель, яка описує поведінку реального об’єкту регулювання. Модель об’єкта керування за каналами обтиснення та швидкості прокату наведена на рисунку 2.3.

 

Рисунок 2.3 – Модель об’єкта керування за каналами обтиснення та швидкості прокату

 

На моделі (рисунок 2.3) зображені два канали завдання, котрі характеризують товщину заготівлі (h_zagot) та швидкість прокату (Sk_prokаta), GNU – передатня функція гідро-нажимного пристрою, dvigatel – передатня функція двигуна стана, stan – передатня функція, що описує стан прокатки, GE2 - датчик товщини, встановлений за місцем.

Необхідна товщина готового прокату на виході стана повинна дорівнювати 0.3 мм. Для зручності розрахунків всі  параметри в моделі задані в метрах. Крива розгону об’єкта керування наведена на рисунку 2.4.

h(t),мм

t,с

 

Рисунок 2.4 – Крива розгону об’єкта керування

 

Як видно  з кривої розгону, математична модель достатньо точно описує процес. Наглядно видно, що для досягнення заданої товщини потрібно близько 20 сек.

Для вибору типу регулятора апроксимуємо криву розгону об’єкта керування (рисунок 2.5).

 

∆х_сам

h(t),мм

t,с

Т

τ

Рисунок 2.5 – Апроксимація кривої розгону об’єкта керування

 

В результаті апроксимації отримуємо значення для  подальшого вибору регулятора:

 

∆х_сам =3×10^-5 мм

τ=0,1 с

Т=3,1 с

 

 

3. Розробка системи автоматичного регулювання

 

3.1 Огляд існуючих систем керування і регуляторів

 

Система автоматичного регулювання (САР) складається з двох частин:

1. Об'єкта керування чи регулювання,  у якому відбувається процес, що підлягає керуванню чи регулюванню;

2. Регулятора, що виконує функції  виміру відхилення регульованої  величини і перетворення його  в регулюючий вплив на об'єкт,  за допомогою якого підтримується  заданий стан об'єкта.

У техніці використовуються три фундаментальних  принципи:

- Принцип розімкненого керування;

- Принцип компенсації (керування за збуренням);

- Принцип зворотного зв'язку (керування за відхиленням).

Принцип розімкненого керування полягає в тому, що алгоритм керування ґрунтується тільки на заданому алгоритмі функціонування і не контролюється збуреннями чи вихідними координатами. Структурна схема САР з принципом розімкненого керування наведена на рисунку 3.1.

Рисунок 3.1 - . Структурна схема САР з принципом розімкненого керування

де: ЗП – задавальний пристрій;

    Р – регулятор;

    ОР – об'єкт регулювання;

    g – задавальний вектор станів пристрою;

    у – вектор станів регулятора;

    f – збурення;

    x – вектор станів об'єкта регулювання (вихідна величина).

У такій системі контроль за фактичним  станом об'єкта регулювання не здійснюється, тому що близькість до бажаної поведінки  системи забезпечується тільки точністю всіх елементів системи і відповідним  вибором задавального вектора станів. По розімкненому принципу побудовані пристрої пуску, лінійні підсилювачі, перетворювачі та ін.

Для компенсації відхилення x, що відбувається за рахунок появи збурень застосовують принцип компенсації та принцип зворотного зв'язку.

Принцип компенсації полягає в перетворенні збурення у величину того ж характеру, що і задавальний вплив, і зміні вектора регулятора таким чином, щоб здійснювалася повна компенсація збурення. Для цього вводиться канал компенсації КК. Структурна схема САР з принципом компенсації наведена на рисунку 3.2.

ЗП

Рисунок 3.2 - Структурна схема САР з принципом компенсації

Перевагою принципу компенсації є можливість досягти інваріантності по збуренню. Недоліком є те, що відхилення вхідної величини від заданого значення може бути викликане впливом інших збурень.

Принцип компенсації використовується в системах стабілізації змінних  стану об’єкта регулювання (струму, напруги, сили звуку, положення в  просторі, тощо) в умовах збурень (зміна  струму навантаження, напруга мережі, тощо).

Принцип керування по відхиленню полягає в тому, що вихідна величина вимірюється, і порівнюється з задавальним впливом. У результаті виділяється деяке відхилення ε (рисунок 3.3), що перетворюється у вектор регулювання y, який впливає на ОР таким чином, щоби зменшити зміну х. Структурна схема САР з принципом зворотного зв'язку наведена на рисунку 3.3.

ЗП

Рисунок 3.3 - Структурна схема САР з принципом  зворотного зв'язку

У системі автоматичного регулювання  для реалізації керування по відхиленню вводять зворотний зв’язок на відміну від принципу компенсації, в якому немає зворотного зв’язку, і вихідна величина не надходить  на вхід схеми.

Застосування комбінованого регулювання  по збуренню та відхиленню підвищує ефективність регулювання. Комбіновані регулятори поєднують переваги обох принципів  – швидкість реакції на зміну  збурення і точне регулювання  незалежно від причини, що викликала  відхилення. Але налаштування таких регуляторів досить складне.

Для регулювання об'єктами управління, як правило, використовують типові регулятори, назви яких відповідають назвам типових ланок:

1. П-регулятор, пропорційний регулятор. Передавальна функція:

2. І-регулятор, інтегруючий регулятор. Передавальна функція:

3. Д-регулятор, диференцюючий регулятор. Передавальна функція:

На практиці дані прості П, І, Д регулятори комбінуються в регулятори виду ПІ, ПД, ПІД. Види безперервних регуляторів наведені на рисунку 3.4.

 

Рисунок 3.4 - Видів безперервних регуляторів:

а) ПІ-регулятор, б) ПД- регулятор, в) ПІД-регулятор